Proyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto

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1 Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal Sistema de Información Científica Patricia López P, Francisco Prieto G, Marcela Gaytán M, Alma Delia Román Gutiérrez Caracterización fisicoquímica de diferentes variedades de cebada cultivadas en la Región Centro de México Revista Chilena de Nutrición, vol. 34, núm. 1, marzo, 2007, p. 0, Sociedad Chilena de Nutrición, Bromatología y Toxicología Chile Disponible en: Revista Chilena de Nutrición, ISSN (Versión impresa): sochinut@tie.cl Sociedad Chilena de Nutrición, Bromatología y Toxicología Chile Cómo citar? Fascículo completo Más información del artículo Página de la revista Proyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto

2 CARACTERIZACIÓN FISICOQUIMICA DE DIFERENTES VARIEDADES DE CEBADA CULTIVADAS EN LA REGIÓN CENTRO DE MÉXICO. CHEMICAL AND PHYSICAL CHARACTERIZATION OF DIFFERENT BARLEY VARIETIES PRODUCED IN THE CENTER REGION OF MEXICO. Patricia López P 1, Francisco Prieto G 1, Marcela Gaytán M 2, Alma Delia Román G 1. 1 Centro de Investigaciones Químicas Departamento de Química de Alimentos. Tecnología de Alimentos Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Mexico. 2 Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, Querétaro, México. Dirigir la correspondencia a: Profesora Alma Delia Román Gutiérrez Carretera Pachuca-Tulancingo, km 4,5. Ciudad Universitaria, Pachuca Hidalgo, México. aroman@uaeh.edu.mx. 1

3 RESUMEN El objetivo principal de esta investigación fue determinar la composición fisicoquímica de las diferentes variedades de cebada que se cultivan en los estados de Hidalgo y Tlaxcala y a partir de su composición estimar sus usos potenciales en la industria de alimentos. Para lograrlo se utilizaron 7 variedades de cebadas cultivadas en la región antes mencionada. El análisis proximal mostró que Esmeralda 1, M16 Hidalgo, Esmeralda Tlaxcala y Forrajera Tlaxcala son las variedades más apropiadas para la elaboración de maltas y cerveza por su contenido de carbohidratos. Las variedades Esmeralda 2, Pastor Ortiz y M16 Tlaxcala por su alto contenido de proteínas son aptas para fines de alimentación animal y panificación. Palabras claves: cebada, carbohidratos, proteína. ABSTRACT The primary target of this investigation was to determine the chemical and physical composition of the different varieties of barley that are cultivated in the states of Hidalgo and Tlaxcala and from its composition to consider their potential uses in the Food industry. Seven varieties of barleys cultivated in the region before mentioned were analized. The proximal analysis showed that Esmeralda 1, M16 Hidalgo, Esmeralda Tlaxcala and Forrajera Tlaxcala are the most appropriate varieties for the elaboration of malts and beer due to their carbohydrate content. Esmeralda 2, Pastor Ortiz and M16 Tlaxcala varieties due to their protein content are apt for animal feeding and baking. Key words: barley, carbohydrates, protein. INTRODUCCIÓN Los cereales son una de las principales fuentes de alimentación para la humanidad. Se estima que los cereales aportan más de 50% de la energía total consumida por la población humana. Los países subdesarrollados o en vías de desarrollo dependen más aún de los nutrientes proporcionados por los cereales porque constituyen una excelente fuente de energía requerida para el crecimiento y el desarrollo. Dentro de los cereales se encuentra la cebada (Hordeum vulgare), que es el cuarto cereal cultivado a nivel mundial, después del trigo maíz y arroz. La cariópside o grano maduro de la cebada está compuesta de carbohidratos, compuestos nitrogenados, lípidos, vitaminas y sales minerales. En México, el estado de Hidalgo durante el 2002 ocupó el segundo lugar en la producción total de cebada a nivel nacional. El objetivo principal de esta investigación fue determinar la composición fisicoquímica de las diferentes variedades de cebada que se cultivan en los estados de Hidalgo y Tlaxcala. 2

4 MATERIALES Y MÉTODOS Se utilizaron siete muestras de cebada (Hordeum sativum jess), cuatro de ellas fueron producidas en el estado de Hidalgo en las regiones de Apan (Esmeralda 1 y M16), Almoloya de Juárez (Pastor Ortiz) y Emiliano Zapata (Esmeralda 2). Con respecto a las cebadas del estado de Tlaxcala fueron cosechadas en las regiones de Calpulalpan (Esmeralda, Forrajera) y Zacatecanco (M16). Todas las muestras fueron recibidas en bultos de 50 Kg. Los análisis se realizaron por triplicado. El material biológico fue almacenado en recipientes herméticos hasta el momento de su análisis. El análisis proximal se realizo a todas las muestras de acuerdo al método AOAC 1 para humedad (925.10), cenizas (923.03), grasas (920.39), fibra dietética total (962.09), proteínas (46.10 de la AACC 2, hidratos de carbono; se obtuvo el contenido de estos constituyentes por diferencia de porcentajes de todos los constituyentes con respecto al cien por ciento. Se realizó el análisis de varianza ANOVA de una sola vía acoplado a la prueba de rango múltiple de Duncan empleando el software STATGRAPHICS plus versión 4.0. El análisis de componentes principales se realizó con el software Statiscal Analysis System 3. Para éste análisis se utilizó un 95% de confiabilidad RESULTADOS Y DISCUSIÓN El análisis proximal se emplea en todo el mundo para hacer descripciones de los alimentos y conocer sus componentes químicos mayoritarios 4. La composición química de la cebada varía significativamente dependiendo de la variedad y del tipo, debido a que es influenciada por factores genéticos y climáticos, tipos de suelo y de cultivo 5. El grano de maíz está compuesto principalmente de almidón, proteína y aceite, en menor proporción de fibra, vitaminas y minerales. Hernández-Casillas (1986), menciona que el ambiente, es un factor importante, que influye en el contenido de los diferentes componentes químicos del grano. Los resultados obtenidos del análisis proximal se muestran en la tabla 1. El contenido de humedad es un indicador de la calidad de manejo y almacenamiento de cada variedad, la norma establece como rango de humedad máximo % (NMX-FF-043-SCFI-2003) 6. Todas las variedades están dentro de la norma al tener un rango de % de humedad. Para cereales en general se considera como humedad crítica 14% 7. Las variedades al tener un contenido de humedad menor al crítico implican menos gastos en manejo del grano, además de ser menos propenso a deteriorarse (pero también puede ser más susceptible al rompimiento). Por otra parte el conjunto de variedades se encuentra entre los valores promedio reportados por distintos autores, los cuales van desde 10-14% 8,9. Esmeralda 2 (10.1%) contiene menos humedad que las otras variedades. Siendo M16 Tlaxcala (12.4%) la de mayor humedad. Se observó que M16 Hidalgo (10.6%), Pastor Ortiz (10.7%) y Esmeralda Tlaxcala (10.5 %) no presentan diferencias 3

5 estadísticas entre ellas con respecto al contenido de humedad. La variedad Esmeralda 1 (10.8%) tiene un porcentaje cercano a las variedades anteriores pero significativamente diferente a estas. También Forrajera Tlaxcala (12.1%) presentó alto contenido de humedad cercano al de M16 Tlaxcala (12.4%), lo que indica que no fueron sometidas a un buen proceso de secado. El contenido de cenizas varia de 2.1 a 2.6% (tabla 1). Siendo M16 Hidalgo y Pastor Ortiz (2.1%) las variedades con menor contenido de materia inorgánica. La variedad que posee mayor materia inorgánica es Esmeralda 2 (2.6%). Las variedades Esmeralda 1, Esmeralda Tlaxcala, M16 Tlaxcala y Forrajera Tlaxcala tienen un contenido de 2.2% de cenizas. Estas cuatro variedades son estadísticamente similares en contenido medio de cenizas. Son iguales en contenido de materia inorgánica, pero no quiere decir que presenten el mismo contenido de minerales. Por su parte Pastor Ortiz (2.1%) y M16 Hidalgo (2.1%) representan otro grupo donde el contenido de cenizas es bajo. La variedad Esmeralda 2 (2.6%) por poseer el mayor contenido de cenizas no es similar a ninguna de las otras variedades. La variación entre las variedades puede estar influenciada por la composición del suelo en el cual fueron cultivadas cada una de ellas, los fertilizantes utilizados y otros factores ambientales pueden influir en el contenido de material inorgánico de los cereales, es por ello que existe una variación de cenizas de % en cebada 7,10. Tabla 1. Composición química proximal de las diferentes variedades de cebada expresados en por ciento (desviación estándar) En relación al contenido de grasas se encontró una variación entre las muestras de % (tabla 1). En general los cereales tienen bajas cantidades de compuestos lipídicos, la cebada se encuentra entre el % de lípidos los cuales están presentes principalmente en el germen y la capa de aleurona del grano11,12. Por lo tanto todas las variedades de cebada están dentro del intervalo que se conoce para el contenido de grasas en el cereal de estudio. La menor cantidad de grasas está presente en Esmeralda Tlaxcala (1.5%) y M16 Hidalgo (1.6%), al no existir diferencias estadísticas entre ellas. Aún siendo de la misma variedad Esmeralda pero de diferente genotipo Esmeralda 2 (3.0%) es la que posee mayor cantidad de grasas. Las variedades Esmeralda 1 (2.2%), Pastor Ortiz (2.2%) y Forrajera Tlaxcala (2.1%) son estadísticamente similares en contenido medio de grasas. Así como M16 Hidalgo (2.3%) tienen un contenido alto de proteínas con respecto al conjunto de variedades. Los lípidos presentes en la cebada pueden estabilizar o desestabilizar la espuma de la cerveza, cuando los lípidos están unidos a las proteínas tienden a estabilizar y mejorar la espuma, pero cuando se encuentran libres pueden disminuir la espuma (13). 4

6 La cantidad de proteína difiere notablemente en los distintos cereales e incluso dentro del mismo cereal de una cosecha a otra. Esto se debe a la fuerte interacción entre el genotipo y las condiciones ambientales que prevalecen durante el desarrollo y maduración del grano. Es por esto que las siete variedades de cebada tienen contenido de proteína diferente (tabla 1). La cebada tiene usualmente un contenido proteico de %10. La variedad de estudio se encuentran dentro de este rango proteico, el cual oscila entre ellas de %. La variedad con menor contenido proteico fue Esmeralda 1 (8.4%), la con mayor cantidad de proteína fue en Esmeralda 2 (12.2%). Estadísticamente podemos encontrar cuatro grupos de acuerdo al contenido proteico: las variedades que son bajas, medias, intermedias o altas en proteínas. Las variedades altas en proteína son Pastor Ortiz (11.7%), M16 Tlaxcala (11.6%) y Esmeralda 2 (12.2%). El grupo intermedio está compuesto por M16 Hidalgo (11.1%) y Esmeralda Tlaxcala (10.9%). A su vez la variedad de contenido medio de proteína es Forrajera Tlaxcala (10.4%). Por último la de bajo nivel proteico es Esmeralda 1 como ya se mencionó. El contenido de proteínas es de gran importancia para conocer cual es el empleo más apropiado que se le debe dar a cada una de las variedades. Para fines de alimentación animal y panificación se prefieren aquellos granos con alto contenido proteico como lo son Esmeralda 2, Pastor Ortiz y M16 Tlaxcala. Pero para obtener maltas pálidas y de alta calidad se prefieren con contenido de proteínas más bajo (entre %). Además las proteínas pueden tener una influencia importante en el aporte de turbidez a las cervezas. El potencial de extracción de malta disminuye con el aumento en proteína de la cebada, por lo que los requerimientos comerciales normales de cebada para malta estipulan como máximo 11.5%14. Tomando como base este valor las variedades que cumplen son: Esmeralda 1, M16 Hidalgo, Esmeralda Tlaxcala y Forrajera Tlaxcala. En el caso de fibra los valores obtenidos varían entre 4.9% y 8.2% (tabla 1). Las siete variedades de cebada son altas en fibra, ya que generalmente el contenido de fibra en la cebada es de %10. La variedad más baja en fibra fue M16 Hidalgo (4.9%). Pastor Ortiz (8.2%) presentó casi lo doble de cantidad de fibra siendo la más alta. De acuerdo al análisis estadístico se pueden observar cuatro grupos en contenido de fibra. La variedad de bajo nivel de fibra es M16 Hidalgo (4.9%). Esmeralda Tlaxcala (5.3%) conformando el grupo de contenido medio de fibra. Las variedades Esmeralda 1 (6.1%), Esmeralda 2 (6.0%), M16 Tlaxcala (6.0%) y Forrajera Tlaxcala (6.0%) poseen un contenido intermedio. Por último Pastor Ortiz es independiente del resto de las variedades. Pero seis variedades se encuentran próximas a los valores ya conocidos de contenido de fibra a excepción de Pastor Ortiz. En general todas las variedades son una buena fuente de fibra para los rumiantes, que son los que necesitan mayor cantidad para su digestión. 5

7 Los hidratos de carbono son el mayor constituyente de los granos de cereales. En la cebada puede existir una variación de %10. Por consiguiente todas las variedades están dentro de este rango. Debido a que los resultados oscilan entre % (tabla 1). Pastor Ortiz (75.7%) fue la variedad más pobre y Esmeralda 1 (81.1%) la más rica en hidratos de carbono. Las variedades se agrupan en tres grupos estadísticos de acuerdo al contenido de carbohidratos. En primer lugar las que contienen mayor cantidad de estos constituyentes son Esmeralda 1 (81.1%), M16 Hidalgo (80.3%) y Esmeralda Tlaxcala (80.3%), en segundo lugar el grupo conformado por las de contenido medio Esmeralda Tlaxcala (80.3%) y Forrajera Tlaxcala (79.3%). El tercer grupo fue Pastor Ortiz (75.7%) y Esmeralda 2 (76.2%). Las dos últimas variedades son las más bajas en hidratos de carbono. En cervecería es deseable mayor contenido de hidratos de carbono y menor cantidad de proteína. Por otra parte a mayor cantidad de carbohidratos implica mayor cantidad de almidón. El almidón es necesario para producir la maltosa, por medio de su hidrólisis. Entre las muestras se nota una relación directa, es decir, a más alto contenido de carbohidratos menor contenido de proteína (Figura 1). La relación entre hidratos de carbono y proteínas hace apropiadas a las variedades Esmeralda 1, Esmeralda Tlaxcala, M16 Hidalgo y Forrajera Tlaxcala (encerradas en el óvalo) para la industria cervecera. Estas mismas variedades concuerdan con lo indicado durante la discusión de los resultados de proteínas. El Análisis de Componentes Principales (CP) pertenece a un grupo de técnicas estadísticas multivariantes, eminentemente descriptivas, Un aspecto clave en CP es la interpretación de los factores, ya que ésta no viene dada a priori, sino que será deducida tras observar la relación de los factores con las variables iniciales. Los vectores característicos de las variables de los tres primeros componentes principales se presentan en la tabla 2. Este grupo de variables mostró una contribución del 98% de la variabilidad total en los primeros cuatro componentes principales. Figura 1. Correlación entre hidratos de carbono y proteínas del grano de cebada. Tabla 2. Vectores característicos para las variables bromatológicas del grano Se observa que las variables bromatológicas con mayor influencia sobre el CP1 de manera positiva fueron cenizas, grasa y proteína, en tanto que, hidratos de carbono influyó de manera negativa. En el CP2 influyen de manera determinante la fibra y la humedad de forma positiva y negativamente cenizas. En el CP3 influye de manera positiva la humedad y fibra. En la figura 2, se puede observar la distribución del CP1 y CP2, este acomodo obedece principalmente a la cantidad de carbohidratos y proteínas presentes en la cebada, ya que estas dos se encuentran correlacionadas de manera inversa, tomando como base esto, se 6

8 puede observar que hay una clara formación de 4 grupos entre las muestras, lo que nos puede definir el uso al que se destine cada variedad de cebada dando un valor agregado a los productores. Grupo I: Esmeralda 1, M16 Hidalgo y Esmeralda Tlaxcala. Este grupo se caracteriza por ser ricas en carbohidratos. Bajas en contenido de cenizas, grasas, proteínas y fibra, lo cual lo hace apto para la industria cervecera principalmente, whisky, ginebra y vinagre. Grupo II Forrajera Tlaxcala y M16 Tlaxcala. Este grupo es alto en contenido de humedad. En relación a cenizas, grasa y proteína se encuentran en un nivel medio entre los grupos I y III. Para el caso de hidratos de carbono y fibra son mayores al grupo I y menores al grupo IV Este grupo podría ser apropiado para la producción de malta pero para ser usado como potenciador de sabor y color. Figura 2. Distribución de componentes principales tomando en cuenta las variables bromatológicas de la cebada. Grupo III Pastor Ortiz. Este se define por ser el más alto en fibra y el más bajo en hidratos de carbono. El contenido de humedad, cenizas y grasa es muy parecido al grupo I. En contenido de proteína es más alto que el grupo I y II y menor al IV. Lo que hace apropiado para ser incorporado en la industria de panificación. Grupo IV Esmeralda 2. Por último este grupo es el más rico en cenizas, grasas y proteínas. Es el más bajo en humedad. Es más alto en fibra que el grupo I y II, pero menor que el grupo III. Los hidratos de carbono están presentes en menor cantidad en este grupo que en los grupos I y II, su por ciento es semejante al grupo III, pero en una porción relativamente mayor. Por su descripción podría suplir las necesidades al ser incorporado en alimentos balanceados para animales. CONCLUSIONES El análisis proximal mostró que Esmeralda 1, M16 Hidalgo, Esmeralda Tlaxcala y Forrajera Tlaxcala son las variedades más apropiadas para la elaboración de maltas y cerveza porque su contenido de proteína ésta dentro del límite máximo de 11.5%. 7

9 Las variedades Esmeralda 2, Pastor Ortiz y M16 Tlaxcala por su alto contenido de proteínas son aptas para fines de alimentación animal y panificación. El hacer este tipo de determinaciones da un valor agregado al la cebada, lo cual se vera reflejado en una mayor retribución económica para los productores de cebada de estas regiones, al ofrecer al industrial un cereal que cumple con sus necesidades. AGRADECIMIENTOS El presente trabajo de investigación se realizó gracias al apoyo financiero del Programa de Mejoramiento del Profesorado, México (Proyecto No PROMEP/103.5/03/2568. UAEHGO-PTC-255) y con recursos económico de la Fundación hidalgo Produce. BIBLIOGRAFÍA 1.- AOAC. Official Methods of Analysis of the Association of Official Analytical Chemists. 15 Th edition. Vol. II. Edited by Kenneth Helrich. 1990: , AACC. Approved Methods of American Association of Cereal Chemists. 10 Th edition. Vol. II. Method 42-10, SAS Institute Inc., SAS/STAT User s Guide, Version 6, Fourth Edition, Volume 1, Cary, NC: SAS Institute Inc., 2001: pp Matissek, R., Schnepel, F. N. y Steiner, G. Análisis de los alimentos. Ed. Acribia. Zaragoza, España. 1998: pp. 1 y MATUS, N.L. y Redondo, E.J. Evaluación de los Métodos que Permitan el Control de Calidad en Harina, Masa y Tortilla de Maíz en un Proceso Industrial. Tesis de Licenciatura. Universidad de Sonora. Hermosillo, Sonora, México. 1997: pp Norma Mexicana NMX-FF-043-SCFI Productos alimenticios no industrializados para consumo humano -cereal- cebada maltera (Hordeum vulgare L. y Hordeum distichum L.). Especificaciones y métodos de prueba. Publicada en el diario oficial el 18 de octubre del Serna, S. S. R. Química e industrialización de los cereales. AGT Editor. México, D. F. 2001: pp. 3-23, y Harol, E., Ronald, S. K. and Ronald, S. Análisis químico de alimentos de pearson, 2ª edición. Compañía editorial continental S. A. de C. V. México. 1987: pp Andersson, A. A. M., Andersson, R. and Aman, P. Starch and by-products from a laboratory-scale. Barley starch isolation procedure. Cereal Chem 2001: 78(5) Dendy, D. A. V. y Dobraszczyk, B. J. Cereales y productos derivados, Química y Tecnología. Ed. Acribia. Zaragoza, España. 2004: pp

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11 Tabla 1. Composición química proximal de las diferentes variedades de cebada expresados en por ciento (desviación estándar) H. DE VARIEDAD HUMEDAD CENIZAS GRASA PROTEÍNA FIBRA CARBONO Esmeralda 1 H 10.8 (0.1) C 2.2 (0.02) B 2.2 (0.1) B 8.4 (0.7) A 6.1 (0.5) C 81 (0.5) C M16 H 10.6 (0.1) B 2.1 (0.07) A 1.6 (0.1) A 11.1 (0.8) C 4.9 (0.2) A 80 (0.8) C Pastor Ortiz H 10.7 (0.1) B 2.1 (0.03) A 2.2 (0.1) B 11.7 (0.6) D 8.2 (0.8) D 76 (0.9) A Esmeralda 2 H 10.1 (0.1) A 2.6 (0.02) C 3.0 (0.02) D 12.2 (0.2) D 6.0 (0.5) C 76 (0.5) A Esmeralda T 10.5 (0.1) B 2.2 (0.04) B 1.5 (0.04) A 10.9 (0.1) C 5.3 (0.01) B 80 (0.2) C M16 T 12.4 (0.1) E 2.2 (0.05) B 2.3 (0.1) C 11.6 (0.1) D 6.0 (0.2) C 79 (1.0) B Forrajera T 12.1 (0.2) D 2.2 (0.05) B 2.1 (0.1) B 10.4 (0.1) B 6.0 (0.1) C 79 (0.2) B ***Letra diferente dentro de la columna indica diferencias significativas estadísticas. Tabla 2. Vectores característicos para las variables bromatológicas del grano. VARIABLE CP1 CP2 CP3 Humedad Cenizas Grasas Proteína Fibra Hidratos de carbono CP PROPORCIÓN ACUMULADO

12 Figura 1. Correlación entre hidratos de carbono y proteínas del grano de cebada R = * 13.7 Proteínas Hidratos de carbono * Significativo con p 0.05; N=21 Figura 2. Distribución de componentes principales tomando en cuenta las variables bromatológicas de la cebada. 3 CP2 (+humedad, Fibra) (-cenizas) CP1( +cenizas, grasas, proteínas) (-hidratos de carbono) GRUPO I GRUPO II GRUPO III GRUPO IV 11

13 2 CP3 (+Humeda) CP1 (+Cenizas, grasas, proteínas) (-hidratos de carbono) GRUPO I GRUPO II GRUPO III GRUPO IV 12