CONTENIDO DE PROTEINA Y ALGUNAS CARACTERISTICAS DEL ALMIDON EN SEMILLAS DE AMARANTO (AMARANTHUS SPP.) CULTIVADO EN CHILLAN, CHILE.

Felícitas Hevia H.¹ , Marisol Berti D.² , Rosemarie Wilckens E.² y Carolina Yévenes^2
1Facultad de Ingeniería Agrícola, Universidad de Concepción, Casilla: 537, Chillán, Chile, E-mail: fhevia@udec.cl.
²Facultad de Agronomía, Universidad de Concepción, Casilla: 537, Chillán, Chile

Recepción originales 27 de febrero de 2002

ABSTRACT

Protein content and some starch characteristics in amaranth (Amaranthus spp.) seeds cultivated in Chillan, Chile.

Key words: genotypes, water absorption, swelling power, water solubility

The protein content and characteristics of the starch such as water absorption index, water solubility index and swelling capacity in the seed were evaluated in twelve genotypes of amaranth cultivated in Chillán, Chile. A randomized complete block design with twelve treatments and four replications was used. The average protein content obtained was 16,8% and fluctuated between 15,4% and 18,2%. Averages of 2,36, 6,07% and 2,5 for water absorption index, water solubility index and swelling power, respectively, were determined. Statistically significant differences were found between the genotypes for all of the variables that were studied, except for water absorption index.

RESUMEN

Palabras claves: genotipos, absorción de agua, poder de hinchamiento, solubilidad en agua, proteína

Se evaluó el contenido de proteína y algunas características del almidón, como absorción de agua, solubilidad en agua y poder de hinchamiento, en las semillas de doce genotipos de amaranto cultivados en Chillán. Se utilizó un diseño de bloques completos al azar con doce tratamientos y cuatro repeticiones. El contenido de proteína promedio fue de 16,8% y fluctuó en el rango de 15,4 y 18,2%. Se encontraron, además, valores promedio de 2,36; 6,07% y 2,5 para índice de absorción en agua, solubilidad en agua y poder de hinchamiento, respectivamente. En todas las variables estudiadas se encontraron diferencias significativas, entre los genotipos, excepto para el índice de absorción en agua.

INTRODUCCION

Las semillas de amaranto han sido reconocidas por su calidad nutritiva, pudiendo ser un excelente complemento nutricional de la dieta humana y animal (Lehmann, 1989; Kauffman y Weber, 1990; Del Valle et al., 1993; Rayas-Duarte et al., 1996; Bejosano y Corke, 1998;). Además, el amaranto es un cultivo con potenciales de rendimiento que superan los 4000 kg ha^-1 (Bressani et al., 1987; Calderón et al., 1991; Mujica y Berti, 1997).

El contenido de proteína de los granos fluctúa entre el 12 y 19% y destaca por la alta concentración de algunos aminoácidos esenciales, como lisina, metionina y triptofano, presentando un perfil de aminoácidos bien balanceado, de mejor calidad que los cereales (Calderón et al., 1991; Bressani et al., 1993; Stallknecht y Schulz-Schaeffer, 1993; Bressani y Estrada, 1994; Mujica y Berti, 1997; Radosavljevic et al., 1998).

El almidón se almacena en el perisperma y representa entre el 48 y 69% de la semilla (Zhao y Whistler, 1994; Radosavljevic et al., 1998). Contiene poca amilosa, 5-8%, con respecto a cereales como el trigo, que contiene tres veces más (Baker y Rayas-Duarte, 1998). Por ello, las propiedades físico-químicas de los almidones del amaranto son diferentes (Lorenz y Collins, 1981) y hacen que sea inadecuado para la panificación, además, por no presentar gluten en el grano (Baker y Rayas-Duarte, 1998).

Los gránulos de almidón del amaranto son mucho más pequeños (1mm) que los encontrados en granos de cereales como maíz (5 a 20 mm) y arroz (3 a 8 mm) (Radosavljevic et al., 1998; Hevia et al., 2000), por lo que presentan una mayor superficie de contacto por unidad de peso. Ello sugiere una gran variedad de posibles aplicaciones, tanto en la industria de productos alimenticios y no alimenticios, como espesantes de alimentos, sustitutos de la grasa, almidón para la ropa, plásticos biodegradables, y coberturas de papel (Becker et al., 1981; Lorenz y Collins, 1981; Okuno y Sakaguchi, 1981; Kauffman y Weber, 1990; Stallknecht y Schulz-Schaeffer, 1993; Zhao y Whistler, 1994; Baker y Rayas-Duarte, 1998; Radosavljevic et al., 1998).

El índice de absorción de agua y el poder de hinchamiento son usados como indicadores de la retención del agua, mientras que el índice de solubilidad indica el nivel de degradación de los polímeros contenidos en éste (Ruales et al., 1993). El índice de absorción de agua es una medida indirecta del grado de almidón gelatinizado por la cocción (Bressani y Estrada, 1994). Todas estas variables están relacionadas con la palatibilidad de los alimentos.

Dadas estas características del grano de amaranto, se ha sugerido que la harina podría ser incorporada en la formulación de alimento infantil de bajo costo y con alto valor proteico (Sánchez-Marroquin et al., 1986; del Valle et al., 1993), en sopas instantáneas y salsas (Yáñez et al., 1986) y en la preparación de espagueti (Rayas-Duarte et al., 1996; Bejosano y Corke, 1998).

Por lo anteriormente expuesto, el objetivo de esta investigación fue evaluar el contenido de proteína y conocer algunas características del almidón de la semilla de doce genotipos de amaranto, además, estudiar posibles correlaciones existentes entre el contenido de proteína, rendimiento de proteína, rendimiento de grano y algunas características del almidón.

MATERIALES Y METODOS

Semilla de amaranto. Provino de un ensayo realizado en la Facultad de Agronomía de la Universidad de Concepción, en Chillán, en el cual, se sembraron doce genotipos/líneas (Cuadro 1). La siembra se realizó el 26 de octubre de 1995, sembrándose 2,0 g de semillas por hilera a una profundidad de 1,5 cm. La fertilización fue realizada con 110 unidades de P₂O₅ kg ha^-1 y 50 unidades de K₂O kg ha^-1 al voleo e incorporado en el último rastraje. Además, se aplicó 160 unidades de N kg ha^-1 tres semanas después de la emergencia. El control de malezas se realizó en forma manual y se regó cada 10 días aproximadamente, dependiendo de la evaporación de bandeja del sector. La cosecha se realizó en forma manual.

Diseño experimental. Cada unidad experimental (tratamiento) fue sembrada en parcelas de 5 m de largo y 40 cm entre hileras. El diseño empleado correspondió a bloques completos al azar con doce tratamientos (genotipos/líneas) y cuatro repeticiones.

Análisis de laboratorio. Los análisis de laboratorio se realizaron después de la cosecha, en el Laboratorio de Análisis Químico del Departamento de Agroindustrias de la Facultad de Ingeniería Agrícola, Universidad de Concepción y comprendió las siguientes evaluaciones:

Contenido de humedad. Se pesaron en forma exacta (+1 mg) 3,0 g de muestra previamente molida en un molino Retsch con un tamiz de 500 mesh, y se secaron en una estufa con convección de aire forzada a 70ºC, hasta alcanzar peso constante.

Contenido de proteína (%). Se determinó mediante el método Kjeldahl en 0,25 g de muestra molida (AOAC, 1997). El resultado se informó como %N*6,25, base materia seca.

Rendimiento de proteína. El rendimiento de la proteína se determinó a partir del porcentaje de proteína y el rendimiento de semilla en kg ha

Características de absorción de agua del almidón. Se pesó en forma exacta (+1 mg) 2,5 g de cada muestra de amaranto molida y se agregó 30 ml de agua destilada a 30ºC. Se agitó por 30 min y luego se centrifugó por 15 min a 3000 rpm. Se pesó el gel y en el sobrenadante se determinó las sustancias solubles. Para ello se dejó secar hasta peso constante 10 ml de la suspensión en una estufa con convección de aire forzado a 90ºC durante 12 horas (Ruales et al., 1993). A partir de lo anterior se determinó:

1. Indice de absorción de agua. Se expresó como el peso (g) del gel por gramo de materia seca.

2. Poder de hinchamiento. Se determinó como el cuociente entre el peso del gel (g) y el peso total del soluble menos el peso del soluble en el sobrenadante (g).

3. Indice de solubilidad de agua (%). Se calculó como peso (g) de los solubles en el sobrenadante por gramo del total de materia seca, multiplicado por 100.

La determinación de estas tres variables se realizó de acuerdo a la metodología usada por Hevia et al., (1998).

Análisis estadístico. Previa transformación de los datos porcentuales mediante la relación (x + 0,5)^0,5 (Steel y Torrie, 1989), se realizó un análisis de varianza de acuerdo al diseño utilizado. Para medir las diferencias entre medias de los tratamientos se utilizó la prueba de diferencia mínima significativa (DMS) con un 95% de confianza (P£0,05). Se hicieron también análisis de correlación simple para cada una de las variables mencionadas.

RESULTADOS Y DISCUSION

Rendimiento de grano. Los rendimientos de grano (Cuadro 2) para los doce genotipos variaron entre 617 y 4084 kg kg ha^-1, con un promedio general de 2830 kg kg ha^-1. Este último fue similar al promedio indicado por Bressani et al. (1987), e inferior a lo informado por Calderón et al. (1991). Mujica y Berti (1997) indican rendimientos de amaranto en Ecuador, Perú, Bolivia y Argentina, del orden de 1585, 2723, 1292 y 824 kg kg ha^-1, respectivamente.

De los doce genotipos incluidos en este ensayo, sólo tres se encontraron bajo el valor promedio y uno de ellos, ’ICTA-01-0012‘, fue particularmente bajo, debido a que es de fotoperíodo corto y no se adapta a estas condiciones. El alto rendimiento obtenido con ‘Plainsman’ ratifica lo informado por Herrera (1998), quien cosechó 4084 kg kg ha^-1 de grano con este cultivar, en la misma localidad.

Por otra parte, en este estudio se trabajó con líneas no mejoradas y que por lo tanto, no eran homogéneas genéticamente, lo que indujo un alto coeficiente de variación para esta variable (23,6%). No hubo pérdidas de grano importantes durante la cosecha, alrededor de 1% (Berti, M., comunicación personal). En cambio, Lee et al. (1994) observaron una gran pérdida de grano durante la cosecha (28%), causada por una maduración irregular e incompleta, tamaño pequeño de la semilla, tendedura y problemas técnicos en la cosecha misma. En atención a ello, Aufhammer et al. (1995) indican que no es posible comparar los rendimientos obtenidos en diferentes ensayos sin considerar la forma en que se llevó a cabo la cosecha.

Se encontró diferencia significativa entre algunos genotipos (P£0,05) para esta variable.

Contenido de proteína. El contenido de proteína fluctuó entre 18,2 y 15,4% (Cuadro 2) y la composición de proteína promedio de todos los genotipos estudiados fue de 16,8%. Este valor es mayor a los informados por Bressani et al. (1987), Calderón et al. (1991) y Aufhammer et al. (1995), que correspondieron a 14,7%, 13,8% y 13,9%, respectivamente. Con ´Plainsman´ se obtuvo un 16,5% de proteína, lo que es levemente inferior al 17,1% informado por Hevia et al. (2000) para este mismo cultivar cuando se aplicó una dosis de N similar, 150 kg de N kg ha^-1, en Chillán.

La diferencia observada en el contenido de proteína se debería a características inherentes del genotipo, ya que no se manejaron variables agronómicas como fecha de siembra y fertilización, entre otras, que sí habrían podido afectar estos resultados (Fuentes, 1996; Hevia et al.,1994; 1998; 2000; 2001). Se encontró diferencia significativa, entre varios genotipos (P£0,05).

Rendimiento de proteína por hectárea. Los rendimientos de proteína por hectárea fluctuaron entre 101 y 673 kg kg ha^-1. El valor promedio para los doce genotipos estudiados fue 477 kg kg ha^-1. Fue menor para el genotipo ICTA 01-0012, como consecuencia del bajo rendimiento de semilla obtenido, ya que presentó un porcentaje de proteína igual al promedio de todos los genotipos. El mejor rendimiento de proteína se alcanzó con ‘Plainsman’, el que fue inferior al informado por Hevia et al.(2000), 715 kg kg ha^-1, cuando se aplicaron 150 kg de N kg ha^-1, también en Chillán.

Los mayores rendimientos de proteína por hectárea no coincidieron en su totalidad con los porcentajes más altos de proteína, lo que se debe a que el rendimiento de semilla influyó fuertemente sobre esta variable. Una situación similar informaron para quinoa Fuentes (1996) y Hevia et al. (1998). Se encontró diferencia (P£0,05) entre los genotipos para el rendimiento de proteína por hectárea.

Actualmente, el grano de amaranto no se compra según su contenido de proteína, dado que cuenta con un buen prestigio en cuanto a la calidad y cantidad de proteína. Sin embargo, es utilizado para enriquecer y producir alimentos con alto valor nutricional. Si se desea mejorar la calidad del grano de amaranto esta variable que combina calidad con producción adquiere relevancia.

Características de absorción de agua del almidón. Esta investigación se realizó bajo similares condiciones de clima y de manejo para todos los genotipos estudiados. Por tanto, las diferencias en absorción de agua, solubilidad de agua y poder de hinchamiento se explican, principalmente, por diferencias en la constitución genética de los 12 genotipos de amaranto considerados en este ensayo.

Cuando se modifica el almidón se produce una degradación de los polímeros de éste, formándose fragmentos que generalmente son solubles en agua y, por ello el índice de solubilidad es un buen indicador del grado de degradación de estos polímeros (Stone et al., 1984; Ruales et al., 1993). Al separarse fragmentos de la cadena de almidón se facilita la formación de uniones puente hidrógeno con el agua y la amilosa, lo que beneficia la absorción de agua y la gelatinización (Fennema, 1980). La importancia de este índice radica en la incidencia que tiene en la palatabilidad de los alimentos (Ruales et al., 1993).

El índice de solubilidad en agua fluctuó entre 8,94 y 4,54% con un valor promedio de 6,07% (Cuadro 3). En cambio, Hevia et al. (2000) informan para el cultivar Plainsman con una dosis de N similar un índice de solubilidad en agua (17,1) que duplica al valor observado en este estudio (7,98), mientras los valores observados para poder de hinchamiento e índice de absorción de agua fueron similares, como se señalará más adelante. Ello indica que hubo una menor presencia de cadenas cortas de hidrato de carbono, lo que habría causado una menor degradación de los polímeros. Pero, también podría ser que hubiese una mayor presencia de sólidos solubles en agua, como minerales y vitaminas hidrosolubles.

Ruales et al. (1993) mencionan que el índice de absorción de agua y el poder de hinchamiento se utilizan para medir la capacidad de retención de agua por el almidón modificado después de algún tratamiento, por ejemplo, térmico. Cuando los granos de amaranto son sometidos a cocción se destruyen los agregados de almidón y se dañan los gránulos, lo que facilitaría su absorción y retención de agua (Hevia et al., 2000).

En esta investigación el índice de absorción de agua de los doce genotipos, varió entre 2,50 y 2,27 con un promedio de 2,36 (Cuadro 3). A su vez, el poder de hinchamiento fluctuó entre 2,72 y 2,23 con un promedio de 2,50 (Cuadro 3). En un estudio de fertilización nitrogenada en amaranto realizado en Chillan, Hevia et al. (2000) encontraron para ‘Plainsman’, cuando se fertilizó con 150 kg N kg ha^-1, valores levemente superiores, para índice de absorción de agua 2,7 y para poder de hinchamiento 2,9. La diferencia se puede atribuir a características ambientales, dado que ambos estudios se realizaron en la misma localidad pero en diferente año.

Se confirmó que el almidón de amaranto presenta menor poder de hinchamiento, mayor solubilidad en agua, y una capacidad de absorción de agua superior que el almidón de trigo (Lorenz y Collins, 1981). Todo ello influye sobre las características tecnológicas del grano de esta especie.

Sólo se observó diferencia significativa (P £ 0,05) entre algunos tratamientos para el índice de solubilidad y el poder de hinchamiento.

De acuerdo a los datos aportados por Hevia et al. (2001) para la elaboración de snacks, bebidas y papillas de alta concentración para lactantes, que requieren un alto grado de cocción, se podrían recomendar cultivares que poseen un alto índice de absorción de agua y un mayor poder de hinchamiento. En cambio, para preparar papillas instantáneas, sopas o colados se necesitan cultivares con un alto índice de absorción de agua y un mayor índice de solubilidad en agua. En atención a que no se observó diferencia en el índice de absorción de agua, se debe elegir el genotipo más adecuado basado en el poder de hinchamiento y el índice de solubilidad en agua. Así para el primer caso resultan más adecuados los granos de los genotipos Plainsman y Concepción y para el segundo caso los de Plainsman, Concepción y K 433.

Análisis de correlación simple. Se determinó que el índice de solubilidad en agua tiene una correlación baja y positiva (P £ 0,05) con el rendimiento de grano (r=0,316*), y rendimiento de proteína (r=0,361*). En tanto, la correlación entre poder de hinchamiento e índice de solubilidad fue significativa y de valor intermedio (r=0,503*), atribuidos a las partículas de amilosa que son preferentemente solubilizadas y lixiviadas desde los gránulos hinchados de almidón modificados (Lorenz y Collins, 1981; Stone et al., 1984). Mientras que el poder de hinchamiento tuvo una correlación alta y significativa con el índice de absorción de agua (r=0,710*).

Finalmente, el rendimiento de semilla se relacionó significativamente con el rendimiento de proteína, corroborando lo descrito previamente por Fuentes (1996) y Hevia et al. (1998; 2001), quienes indican que el rendimiento de proteína se ve más influenciado por el rendimiento de semilla que por el contenido de proteína. Es decir, en la medida que la planta llenó más sus granos, la cantidad de proteína acumulada también aumentó, cuando hubo un adecuado suministro de N.

CONCLUSIONES

1. El contenido de proteína, el índice de solubilidad y el poder de hinchamiento de los genotipos estudiados fue variable, lo que indica que estarían determinados genéticamente.

2. El índice de absorción de agua fue igual en todos los genotipos estudiados.

3. Se encontró una correlación significativa entre índice de solubilidad en agua y poder de hinchamiento; índice de absorción de agua y poder de hinchamiento; y entre rendimiento de semilla y rendimiento de proteína por hectárea.

AGRADECIMIENTOS

Memoria del cuarto autor para obtar al título de Ingeniero Agrónomo.
Los autores desean agradecer el financiamiento de este estudio a la Dirección de Investigación de la Universidad de Concepción, Proyecto DIUC 95.122.03-1.

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