AIANBA. Estudio de la asociación del contenido y tipo de carotenoides con el color del grano de maíz evaluado mediante una carta de color.

Selección de los principales trabajos científicos originales expuestos en el último Congreso Nacional de Maíz: Generando Valor para un Futuro Sustentable organizado por AIANBA, socia fundadora de MAIZAR en Noviembre del año pasado.

AIANBA. Estudio de la asociación del contenido y tipo de carotenoides con el color del grano de maíz evaluado mediante una carta de color.

En esta sección continuamos presentando una selección de los principales trabajos científicos originales expuestos en el último Congreso Nacional de Maíz: Generando Valor para un Futuro Sustentable organizado por AIANBA, socia fundadora de MAIZAR en Noviembre del año pasado.

Estudio de la asociación del contenido y tipo de carotenoides con el color del grano de maíz evaluado mediante una carta de color.

Di Martino, AM1; Farroni, A1; Robutti, JL1,2; Borrás, FS1; Nazareno, MA3
1Laboratorio de Calidad de Alimentos - EEA INTA Pergamino - Ruta 32 Km 4,5 - CC 31 - (2700) Pergamino BA
2UNNOBA- 11 de Septiembre 844 - (2700) Pergamino BA
3Laboratorio de Pigmentos Naturales - Instituto de Ciencias Químicas - Facultad de Agronomía y Agroindustrias - Universidad Nacional de Santiago del Estero - Av. Belgrano (S) 1912 - (4200) Santiago del Estero

ABSTRACT

The red color of kernels is a quality factor of interest to many maize processing industries. In this research 28 samples of maize from different sources were used covering a range from a pale yellow to a deep red-orange color. The color parameters L, a and b were obtained from a color chart developed specifically for maize. Carotenoids were characterized and quantified by reverse phase high performance liquid chromatography (RP-HPLC). Multivariate as well as multiple regression analyses of data showed a high degree of association between color parameters and certain carotenoids, mainly zeaxanthin. The carotenoid patterns differed between red and yellow maizes, zeaxanthin being the main carotenoid for red maizes and lutein for yellow ones. The high association between color parameters and zeaxanthin concentration seems to warrant the feasibility of predicting the zeaxanthin concentration from the chart determinations.

Key words: Maize - Carotenoids - Color
Palabras clave: Maíz - Carotenoides - Color

INTRODUCCIÓN

Los maíces colorados duros argentinos presentan varios factores diferenciales de calidad: dureza endospérmica, contenido y calidad de proteínas y contenido de pigmentos; este último expresado en su coloración rojiza-anaranjada. Este tipo de granos son de utilidad en la alimentación de aves ya que imparten coloración deseable a la piel de pollos y a la yema de huevos. Incorporando estos maíces a la dieta se evita la adición de pigmentos sintéticos.

El maíz argentino tipo "Plata" obtiene bonificaciones en los mercados nacional y de exportación debido a ciertas características de sus granos, entre otras una pronunciada coloración rojiza-anaranjada (Freidenberg 2000). En las transacciones comerciales la evaluación del color se realiza "a ojo" según el criterio subjetivo del perito clasificador que la efectúa. Una carta de colores, desarrollada específicamente para maíz, permitiría objetivar, en cierta medida el criterio del perito evaluador. Con este objetivo en el Laboratorio Tecnológico de la EEA Pergamino se ha desarrollado una carta de colores para la clasificación de maíces cuya coloración varía entre amarillo a anaranjado-rojizo. Dicha carta permite la ponderación de los parámetros cromáticos L, a y b, que son coordenadas que identifican perfectamente al color. El parámetro L se denomina luminosidad, y describe la relación entre la luz reflejada y la absorbida, sin considerar longitudes de onda específicas. El parámetro a denota la rojidez o el verdor y el b mide la amarillez o la azulinidad (Pomeranz 1977). Por comparación entre los parámetros cromáticos de distintos colores, será más oscuro aquel que posea un valor menor de L, más "rojo" aquel de mayor valor de a y más "amarillo" el que posea mayor valor de b.

El color amarillo, anaranjado ó rojizo-anaranjado del grano de maíz se debe al contenido de pigmentos carotenoides, salvo en aquellos casos en los que se presente pericarpio coloreado. Di Martino et al (2002) encontraron que existe una correlación entre el contenido de carotenoides determinado por cromatografía líquida de alta performance fase reversa (RP-HPLC) y el color del endospermo de maíz. El análisis cuantitativo de estos pigmentos puede efectuarse por RP-HPLC, técnica que permite la cuantificación individual de los carotenoides presentes. Sin embargo, este tipo de estudios requiere de equipamiento sofisticado y de personal entrenado además de una preparación laboriosa de la muestra.

El objetivo de este trabajo es estimar el contenido de carotenoides a partir de la evaluación del color del grano mediante la carta desarrollada para maíz, lo que constituiría una metodología mucho más simple y económica.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se seleccionaron 28 muestras de maíces que abarcaran en su clasificación por color los 22 colores de la carta cromática. Dichas muestras comprendieron materiales comerciales, material en proceso de mejoramiento y poblaciones del Banco Activo de Germoplasma Pergamino con diversas características en cuanto a las propiedades físicas y químicas del grano.

La clasificación por color se realizó siguiendo la metodología descripta por Di Martino et al (2003) modificando la iluminación, utilizándose un gabinete para la evaluación visual del color COLORLUX modelo 1000 que provee condiciones estandarizadas de iluminación.

El análisis de carotenoides se realizó en un laboratorio bajo condiciones especiales de luz (lámpara de tungsteno de 25 W; filtrada con Lexan de 25 mm de espesor).

Luego de la clasificación por color se tomaron los mismos 20 granos y se molieron en molino refrigerado Analyzer modelo MC-II para evitar un eventual incremento de temperatura que pudiera ocasionar la degradación de los carotenoides. Se determinó humedad por método AACC 44-16 (1995). Se tomaron dos submuestras de aproximadamente 1 g y se extrajeron por separado. Previo a la extracción las muestras se hidrataron con 15 mL de agua por un período de 1 hora, se centrifugaron y se volcaron los sobrenadantes. La extracción de carotenoides se realizó empleando metanol en frío con homogeinizador ULTRA-TURRAX y se agregó 1 g de HyfloSupercel. Se filtró por succión y se re-extrajo el sólido. Se realizaron sucesivas extracciones hasta no observar coloración amarilla en el maíz molido. Se juntaron todos los extractos y se secaron con Na2SO4 anhidro. Se filtraron por succión y se concentraron en rotaevaporador, luego se llevaron a sequedad con corriente de nitrógeno seco y se retomaron con 2 mL de metanol. Se filtraron con filtros de membrana de 0,2 mm y se procedió al análisis por RP-HPLC, para lo que se utilizó un equipo Hewlett Packard modelo 1050, provisto de bomba cuaternaria, inyector automático de muestras, horno calefactor de columna y detector de longitud de onda variable UV-Vis a 450 nm; software HPChem Station Serie 3.0. Las condiciones cromatográficas empleadas fueron: Columna: Vydac 201 TP54, RP-C18, 4,6 x 250 mm, diámetro de partícula 5 micras, tamaño de poro 300 Å, no "end capped" (Grace Vydac, Hesperia, USA); precedida por un guarda columna Vydac 201GD54T de 4,6 mm diámetro de partícula 5 micras (Grace Vydac, Hesperia, USA); Volumen inyectado: 0,2 µL; Fase Móvil: metanol 0,01% 2,6-di-tert-butil-4-metilfenol, 0,05% trietilamina; Flujo: 1 mL/min.; Temperatura: 25º C. La identificación de los tiempos de retención y la cuantificación de los carotenoides se realizaron mediante el empleo de estándares externos de luteína, zeaxantina, b-criptoxantina, a-caroteno y b-caroteno obtenidos de fuentes naturales con los que se confeccionó una curva de calibrado de cinco puntos para cada estándar.

Los cromatogramas se procesaron empleando el programa GRAMS 32 (Galactic Industries, Salem, NH). Las predicciones de los valores de las coordenadas cromáticas L, a y b en base a los cromatogramas se realizaron mediante análisis multivariado empleando el "add-on" PLS/IQ del mismo "software". La relación entre el contenido de zeaxantina y las coordenadas cromáticas se determinó mediante regresión lineal múltiple utilizando el procedimiento PROC REG del paquete estadístico SAS versión 8.2.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la Tabla 1 se observan los valores de las coordenadas cromáticas L, a y b para las 28 muestras analizadas. Las coordenadas cromáticas correspondientes a la carta de colores tienen rangos comprendidos entre 81,0 a 51,8 para L; 12,6 a 56,8 para a y 92,8 a 61,2 para b (correspondiendo los primeros valores al color 1 de la carta y los últimos al color 22). De acuerdo a los valores de coordenadas cromáticas para las muestras, las muestras 12 y 8 son las de menores valores de a y de mayores valores de b, por lo tanto son las menos rojas y las más amarillas y las muestras 25 y 26 las de mayores valores de a y de menores valores de b, por lo tanto son las más rojas y las menos amarillas.

Tabla 1: Valores de las coordenadas cromáticas L, a y b y contenido de carotenoides para las muestras de maíz estudiadas.

En la Figura 1 se muestra un cromatograma típico de carotenoides en el que puede observarse que los componentes mayoritarios son xantófilas di-hidroxiladas, principalmente luteína y zeaxantina. No se detectó contenido de a-caroteno y los niveles de b-caroteno detectados fueron demasiado bajos como para cuantificar de manera confiable en todas las muestras. No se pudo cuantificar zeinoxantina ya que no se contaba con cantidades suficientes del correspondiente estándar.

 

Figura 1: Cromatograma HPLC de carotenoides de maíz.
1: luteína, 2: zeaxantina, 3: zeinoxantina, 4: b-criptoxantina, 5: µ-caroteno, 6: b-caroteno.

Se observa un patrón distinto de cromatograma según se analicen maíces amarillos o rojizo-anaranjados (Figura 2). La diferencia radica fundamentalmente en que el carotenoide mayoritario es zeaxantina en los maíces más colorados y luteína en los más amarillos. No se detectó contenido de a-caroteno y los niveles de b-caroteno detectados fueron demasiado bajos como para cuantificar de manera confiable en todas las muestras.

Figura 2: Cromatogramas parciales HPLC de carotenoides de maíces de distinto color.

Se efectuó una predicción de los valores de las coordenadas cromáticas L, a y b a partir de los cromatogramas de carotenoides mediante análisis de los componentes principales. Los valores de R2 fueron 0,916 con dos factores para L, 0,873 con un factor para a y 0,873 con dos factores para b, lo que indica una alta asociación entre el perfil de carotenoides y las coordenadas cromáticas. Los "factor loadings " de los componentes principales para la predicción de los tres parámetros (L, a y b) fueron máximos al tiempo de retención de 6,37 min., coincidente con la retención de zeaxantina, por lo que podemos inferir que el contenido de zeaxantina es el principal factor incidente en el color del grano de maíz.

Se realizaron regresiones lineales múltiples empleando como variables dependientes las concentraciones de carotenoides y como variables independientes las coordenadas cromáticas L, a y b. El nivel de significación (a) se estableció en el 1%.

Para zeaxantina, se emplearon sólo dos de las variables dependientes (L,a, y L,b). No se emplearon simultáneamente a y b por ser variables complementarias. Las ecuaciones resultantes fueron:

c (zeaxantina) = 252,37751 - 2,9986L - 0,84419a (R2 aj. = 0,9491)

c (zeaxantina) = 133,9239 - 1,22802L - 0,36509b (R2 aj. = 0,9547)

donde c (zeaxantina) es la concentración de zeaxantina expresadas en µg de pigmento por g de maíz en base seca. Los coeficientes de regresión resultaron ser todos significativos al nivel establecido, revelando que existe una alta asociación entre el contenido de este pigmento y las coordenadas cromáticas. Esto confirma las inferencias efectuadas en base al análisis de los componentes principales a partir de los cromatogramas.

Para luteína la regresión entre la concentración de pigmento y las coordenadas cromáticas presentan un valor bajo de R2 aj. (R2 aj. = 0,3586 para L y a, y R2 aj. = 0,2102 para L y b) lo que indica que el contenido de luteína tiene una incidencia poco significativa sobre el color del grano de maíz. Para b-criptoxantina solo fue significativa la variable L (R2 aj. = 0,8451), por lo tanto, su incidencia será significativa sólo sobre la luminosidad (L).


CONCLUSIONES

Los resultados de este estudio, si bien preliminares, revelan una tendencia respecto a la posibilidad de predecir el contenido de zeaxantina a partir de la evaluación del color del grano mediante el empleo de una carta de color desarrollada específicamente para maíz. Se considera que es necesario continuar las investigaciones para confirmar lo informado en este trabajo.


BIBLIOGRAFÍA

AACC. (1995) Approved Methods of the American Association of Cereal Chemists. Novena Edición. St. Paul, MN United States of America.
Di Martino, AM; Robutti, JL y Borrás, FS. (2002). XXIV Congreso Argentino de Química - CD de Resúmenes.
Di Martino, AM.; Robutti, JL.; Cirilo, A. (2003). RTA . Vol. VIII (24): 14-15. ISBN 0328-7750.
Freidenberg L. (2000). Forrajes y Granos. 56:114.
Pomeranz, Y. y Meloan, C.E. (1977). Food Analysis Theory & Practice. Avi Publishing Company, Inc. (Ed.). Westport, Connecticut. United States of America.