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Biotecnología en el Sector Agropecuario y Agroindustrial

Print version ISSN 1692-3561

Rev.Bio.Agro vol.8 no.1 Popayán Jan./June 2010

 

EFECTO DE LA GERMINACIÓN SOBRE EL CONTENIDO Y DIGESTIBILIDAD DE PROTEÍNA EN SEMILLAS DE AMARANTO, QUINUA, SOYA Y GUANDUL

EFFECT OF THE GERMINATION ON THE PROTEIN CONTENT AND DIGESTIBILITY IN AMARANTH, QUINUA, SOY BEAN AND GUANDUL SEEDS

EFEITO DA GERMINAÇÃO SOBRE O CONTEÚDO E DIGESTIBILIDADE DE PROTEÍNAS EM SEMENTES DE AMARANTO, QUINUA, SOJA E GUANDUL:

CHAPARRO ROJAS, D.C.1 PISMAG PORTILLA, R.Y.2 ELIZALDE CORREA, A. 3 VIVAS QUILA, N.J.4 Y ERAZO CAICEDO, C.A.5

1 Ingeniera agroindustrial. Grupo de Investigación Innovaciones Agraindustriales con Proyección Social, Popayán, Colombia.

2 Bióloga-Química, MSc. Ciencias de los Alimentos y Nutrición. Grupo de Investigación Innovaciones Agraindustriales con Proyección Social, Universidad del Cauca, Popayán, Colombia.

3 Autor corresponsal: Universidad del Cauca Facultad de Ciencias Agropecuarias. Programa Ingeniería Agraindustrial aelizalde@unicauca.edu.co

4 Zootecnista, Especialista en Nutrición Animal Sostenible, M.Sc. Ciencias Agrarias-Producción Animal Tropical. Grupo de Investigación Nutrición Agropecuaria, Facultad de Ciencias Agropecuarias, Universidad del Cauca, Popayán, Colombia.

5 Medico, Especialista en Medicina Familiar y en Desarrollo Comunitario. Grupo de Investigación Innovaciones Agraindustriales con Proyección Social, Universidad del Cauca, Popayán, Colombia.

Correspondencia:adelizaldeco@gmail.com

Recibido para evaluación: 8 de noviembre 2009 . Aprobado para publicación: Febrero 19 de 2010



RESUMEN

Se evaluaron los cambios en la concentración y digestibilidad de proteína durante la germinación en semillas de amaranto (Amaranthus sp), quinua (Chenopodium quinoa w.), soya (Glycine max) y guandul (Cajanus cajan). Las semillas utilizadas fueron suministradas por agricultores del Departamento del Cauca, seleccionadas asegurando calidad grado uno y porcentaje de germinación mayor al 90 %.

Se estandarizó el método para la obtención de semillas germinadas, mediante la definición de variables como uso o no de desinfectante, tipo de sustrato, tiempo de germinación y temperatura. Se aplicó un diseño de bloques completos al azar con tres réplicas por día de germinación, para los días cero, uno, dos y tres; para cuantificación de proteína se utilizó Kjeldhal y para digestibilidad in-vitro de la proteína, se utilizó digestibilidad en pepsina.

Los hallazgos permitieron concluir que la germinación induce cambios en la concentración y digestibilidad de la proteína de forma particular en cada tipo de semillas; en amaranto y soya, la germinación generó un incremento significativo en el contenido de proteína a partir del segundo día de germinación y en guandul a partir del primer día; en la quinua genero un descenso en el contenido de proteína en el segundo día, siendo estadísticamente igual en los días cero, uno y tres de germinación. La germinación mejoro la digestibilidad de la proteína, en semillas de quinua, guandul y soya, no generó cambios en semillas de amaranto

Palabras clave:

Semillas, germinación, proteína, digestibilidad, granos andinos.


SUMMARY

The changes in protein concentration and digestibility were evaluated during the germination in seeds of amaranth Amaranthus sp), quinua (Chenopodium quinoa w), soy bean (Glycinemax) and guandul (Cajanus cajan). The seeds used were supplied by Cauca department farmers, assuring the degree one quality and germination percentage over 90%. The method for the obtaining of germinated seeds, was standardized by defining variables such as using or not using disinfectant, substratum type, germination time and temperature. There was applied a complete blocks design at random with three replies for germination day, for the zeros, one, two and three days. There was used Kjeldhal for protein quantification and digestibility in pepsin for digestibility in-vitro. The flndings concluded that germination induces changes in protein concentration and digestibility in a particular way in each type of seeds; in amaranth and soy bean germination generated a significant increase in protein content from the second day of germination and in guandul from the first day; In quinua, it generated a decrease in protein content on the second day, being statistically equal on zero, one and three germination days. The germination improved the digestibility of protein in quinoa seeds, guandul and soybeans; it did not genérate changes in amaranth seeds.

Key words:

Seeds, germination, protein, digestibility, Andean grains.

RESUMO

Se avaliaram as mudanças na concentração e dlgistibiidade de proteína durante a germinação em sementes de amaranto (Amaranthus sp), quinua (Chenopodium quinoa w), soja (Glycine max)e guandul (Cajanus cajan). As sementes empregadas foram fornecidas por agricultores do Departamento do Cauca, selecionandoas para garantir a qualidade grau um e a porcentagem de germinação maior ao 90%. Padronizouse o método para a obtenção de sementes germinadas, mediante a definição de variáveis como uso ou não de desinfetante, tipo de substrato, tempo de germinação e temperatura. Aplicaramse um desenho de blocos completos ao azar com três réplicas por día de germinação, para os días zero, um, dois e três; para quantificação de proteínas se empregou Kjeldhal e para digestibilidade in-vitro da proteína, empregou-se digestibilidade de pepsina. O achado permitiu concluir que a germinação induz cãmbios na concentração e digestibilidade da proteína dum jeito particular em cada tipo de sementes; no amaranto e na soja, a germinação gerou um acréscimo significativo no conteúdo de proteína a partir do segundo día, sendo estatisticamente igual nos días zero, um e três de germinação. A germinação melhorou a digestibilidade da proteína, em sementes de quinua, guandul e soja, não gerou mudanças ñas sementes de amaranto.

Palavras chaves:

Digestibilidade (digestáo); quinua; guandul.

INTRODUCCIÓN

La Encuesta Nacional de la Situación Nutricional en Colombia 2ESIN, 20052 [1], reporta que el departamento del Cauca posee índices de desnutrición crónica Infantil de 24,5%, valor superior al promedio nacional, el cual es del 13,6%; este problema afecta principalmente a niños menores de cinco años, madres gestantes y lactantes; con los consecuentes altos índices de anemia, problemas de crecimiento y bajo rendimiento cognitivo.

La misma encuesta reporta deficiencias en la ingesta de proteínas del 36%; siendo Vaupés, Cauca y Chocó, los departamentos con mayor prevalecía de deficiencia en la ingesta de proteínas, registrando porcentajes de deficiencia mayores al 50% (Vaupés con 65,3%, Cauca con 58,4% y Chocó con 57,1%).

En respuesta a este diagnóstico, surgió el planteamiento y desarrollo de la investigación, bajo la hipótesis que la germinación incrementa la concentración y digestibilidad de la proteína en semillas cultivadas en el departamento del Cauca: amaranto y quinua (autóctonos de la región andina), guandul y soya; granos cultivados en el departamento del Cauca, y sobre los cuales se adelantan programas de recuperación, revaloración y uso; por cuanto constituyen una alternativa viable para mejorar los niveles de desnutrición proteica, ya que se destacan por su excelente valor nutricional.

Durante la germinación de las semillas se presentan muchos cambios en su composición, debido a la utilización de sus reservas (carbohidratos, lípidos y proteínas), para el desarrollo de su eje embrionario. Así, la investigación estuvo encaminada a determinar el momento exacto de la germinación, en el que las semillas de amaranto, quinua, guandul y soya alcanzaban el mayor incremento de proteína y su mayor dlgestibilidad para lograr un mejor aprovechamiento al ser suministrados como fuente de proteína, en la alimentación humana.

Para el desarrollo de la investigación, se utilizaron semillas de producción regional, las cuales fueron suministradas por agricultores del departamento del Cauca; las semillas de las cuatro especies fueron seleccionadas para asegurar un grado uno en su calidad y un porcentaje de germinación mayor del 90%. Inicialmente, fue necesario estandarizar el método más apropiado para la germinación de las semillas objeto de estudio; para ello se evaluaron los métodos para la producción de germinados propuestos por algunos autores [2, 3], de tal forma que permitiera la estandarización de un proceso práctico, de fácil aplicación y bajo costo.

Durante el proceso de germinación se proporcionó a las semillas las condiciones adecuadas para la germinación y se controlaron las variables que tienen mayor influencia dentro del proceso (humedad y temperatura), además se realizó un seguimiento en las diferentes etapas del proceso germinativo deteniendo la germinación a diferentes tiempos (días uno, dos y tres) para la obtención de muestras, en las cuales se evaluó la concentración y dlgestibilidad de la proteína.

METODOLOGÍA


SEMILLAS

Se utilizaron 12 kg de semilla por especie, amaranto (Amaranthus sp.), quinua (Chenopodium quinos), soya

(Glycine max) y guandul (Cajanus cajan), semillas de producción regional, suministradas por agricultores rurales del Departamento del Cauca; las semillas de las cuatro especies fueron seleccionadas para asegurar un porcentaje germinación mayor del 90% y un grado uno en su calidad física, aplicando la metodología descrita por Ellzalde A. [4], y de acuerdo con las respectivas Normas Técnicas Colombianas: NTC 604, trigo para consumo adaptada para amaranto [5], NTC 484,1129 soya [6,7], NTC 871 frijol adaptada para guandul [8] y la norma ITINTEC 205.024 para quinua [9].


DISEÑO EXPERIMENTAL

Una vez validado el método más apropiado para la producción de semillas germinadas, se realizó un diseño experimental completamente al azar, realizando mediciones en tres días diferentes del proceso germinativo (tratamientos) y un tratamiento testigo correspondiente a semilla sin germinar, cada tratamiento con tres repeticiones (tres bandejas con un peso de 500 g de semilla seca por bandeja), utilizando en total 6000 g de semilla en cada especie objeto de investigación (soya, guandul, quinua y amaranto), la distribución de cada uno de los tratamientos y sus respectivas repeticiones se localizaron completamente al azar dentro de un estante diseñado para el desarrollo de la investigación, formado por una estructura en PVC dotado de bandejas plásticas Ref.A-BB01 (55 cm x 29 cm), colocado al interior de un cuarto, en condiciones de oscuridad total, con una humedad relativa que osciló entre 55% - 83% y con una temperatura entre 19°C- 28°C.


ADECUACIÓN DE LAS SEMILLAS

Previo al montaje, cada submuestra fue lavada en agua potable y posteriormente puesta en remojo (1500 mide agua potable por 500 g de semilla), por un tiempo y a una temperatura específica a cada semilla como se muestra en el Cuadro 1. Luego del remojo, las semillas fueron lavadas con agua potable y escurridas, para ser ubicadas sobre bandejas plásticas acanaladas, previamente limpias y desinfectadas.

Durante la fase de germinación, se practicó humectación de las semillas conforme al requerimiento particular de cada especie, según se Indica en el Cuadro 2.

Cuadro 2

Cumplido el tiempo planeado, de acuerdo con el diseño experimental (día uno, dos, tres post emergencia), se detuvo el proceso y se procedió a deshidratar las semillas hasta una humedad final del 12%, para ello se utilizó un deshidratador construido en acero inoxidable marca COMEK estabilizado a temperatura de 37± 0.5°C; las muestras secas se empacaron al vacío en bolsas de polietileno de alta densidad recubiertas con bolsas de papel kraft, posteriormente fueron sometidas a análisis de proteína y digestibilidad.


DETERMINACIÓN DE PROTEÍNA TOTAL Y DIGESTIBILIDAD DE LA PROTEÍNA.

Los análisis de las 48 muestras obtenidas de las diferentes réplicas, fueron practicados con la aplicación del método Kjeldhal para la determinación de proteína (Nx6.25) según norma IS01871 [10] y la aplicación de la norma NTC 719 para determinar digestibilidad de proteína in-vitro [11] .


MÉTODO ESTADÍSTICO.

El estudio estadístico se realizó mediante el análisis de varianza de una vía "ANOVA", para las variables de proteína cruda, digestibilidad de proteína cruda. Las medias de los diferentes tratamientos fueron comparadas por el método de los rangos múltiples de Duncan. El nivel de significancia fijado para estos análisis fue del 5%. Además estos métodos estadísticos fueron modelados en el programa SPSS Versión 11.5.


RESULTADOS Y ANÁLISIS

Para cada especie, se tomó como día cero, las muestras de semillas secas sin germinar; como día uno cuando las semillas presentaron un porcentaje de germinación superior al 70%, como día dos cuando las semillas presentaron un porcentaje de germinación entre 80% - 90%. En el día tres se registró un porcentaje de germinación superior al 90%, en cada una de las especies.


PROTEÍNA CRUDA

Los resultados para contenido de proteína cruda (N x 6,25; humedad base 12%), se muestran en el Cuadro 3.

Cuadro 3

De acuerdo con la información registrada en el Cuadro 3, se encontró que la concentración de proteína presente en las semillas sin germinar fue de: 12,52 ± 0,10 en el amaranto, 14,76 ± 0,09 en la quinua, 37,71 ±0,17 en soya y 18,83 ±0,15 en guandul.

Igualmente, se encontró que el proceso de germinación generó un incremento significativo en la concentración de proteína cruda en las semillas de amaranto, soya y guandul, mientras que en la quinua se observo un 18,83 ± 0,15 ligero descenso en la concentración de proteína el primer día de germinación.

Al analizar los cambios en la concentración de proteína durante la emergencia de las semillas de amaranto, se encontró que la concentración de proteína no varió de forma significativa el primer día de germinación; sin embargo, fue significativo el incremento durante de el segundo y tercer día de emergencia con respecto a la concentración de proteína de las semillas sin germinar (día cero) y a la de las semillas del día uno, registrándose el mayor incremento el tercer día de la germinación, lo anterior sugiere que al tercer día de germinación es posible conseguir 17,3 kg más de proteína cruda por tonelada de semilla de amaranto. En las semillas de quinua la germinación no mejoró la concentración de proteína, la proteína encontrada en las semillas con dos y tres días de germinación, fue estadísticamente igual a la proteína de las semillas sin germinar (día cero); por el contrario, en el primer día de germinación se presentó un descenso significativo en el contenido de proteína, con respecto a la proteína de las semillas sin germinar (día cero), encontrándose una diferencia de 0,61 %. En las semillas de soya y guandul, se observó un incremento significativo en la concentración de proteína durante los dos primeros días de germinación, con relación a las semillas sin germinar (día cero), estabilizándose en el tercer día de emergencia de las semillas, día en el cual se observa un ligero descenso en la concentración de proteína, con respecto al día dos de germinación. Mediante la emergencia se logra obtener 2,26% más de proteína total en soya, lo que representa 22,6 kg más de proteína cruda por cada tonelada semillas de soya y 2.48% más de proteína en guandul lo que representa 24.8 kg más de proteína por tonelada de semilla.

Los valores encontrados para la concentración de proteína en las semillas sin germinar de amaranto, soya, quinua y guandul, se hallan dentro de los rangos reportados por otros autores [12, 13, 14, 15, 16,17, 18,19].

La tendencia al incremento de la concentración de proteína cruda observada en las semillas de amaranto, guandul y soya, concuerda con los hallazgos encontrados por otros investigadores: Donangelo, M., et. al; [20], experimentando con semillas de soya, lupino y frijoles negros, encontraron un incremento en la concentración de proteína de estas semillas, cuando fueron sometidas al proceso de germinación; Moueium et. al[21], en sus investigaciones con diferentes variedades de maíz, observaron el máximo incremento de la proteína luego de 72 horas de germinación; Jiménez M. et. al [22], investigando los efectos de la germinación en semillas de soya, durante cinco días, encontraron un incremento del contenido de proteína de la semilla a lo largo del periodo de germinación.

Sin embargo, los anteriores hallazgos son discordantes con los resultados reportados por otros investigadores: Oloyo R. [18], quien estudió el efecto de la germinación en semillas guandul encontrando que la concentración de proteína disminuía con el proceso de germinación; Ahmed M.B. et. al [23], indicaron que tras tres días de germinación el contenido de proteína de semillas disminuía; Nielsen S. y Liener I. [24], quienes experimentando con frijol común, encontraron una tendencia a la de disminución del contenido de proteína cruda a medida que aumentaba el tiempo de germinación; igualmente, Urbano G. et. al [25], estudiaron el proceso germinativo de arvejas, y encontraron disminución en el contenido de proteína cruda a partir del día dos de la germinación.

Entretanto, Colmenares de Ruíz A. y Bressanl R. [26], reportan que no registraron cambios significativos en la concentración de proteína cruda, entre las semillas sin germinar, de diferentes variedades de amaranto, con respecto al tercer día de germinación; estas observaciones presentan cierta similitud con el comportamiento de la concentración de proteína cruda, durante el proceso germinativo de semillas de quinua, encontrado en el presente estudio.


DIGESTIBILIDAD DE LA PROTEÍNA

Tal como se muestra en el Cuadro 4, la digestlbilidad in vitro de la proteína de las semillas de las especies estudiadas, se vio afectada Indistintamente con el proceso germinativo.

Cuadro 4

De acuerdo con la Información reportada en el Cuadro 4, la dlgestibllldad de la proteína en semillas de amaranto permaneció estable durante la germinación, observándose una ligera tendencia a disminuir en el día tres con respecto a la digestibilidad de la proteína de las semillas sin germinar; en las semillas de qulnua y soya, el proceso de germinación generó un comportamiento irregular en la digestibilidad de la proteína, observándose un incremento en el día uno de germinación, un posterior descenso en el día dos de germinación, para finalmente repuntar en el día tres de germinación; en semillas de guandul el incremento en la digestibilidad de la proteína fue progresiva con el paso del tiempo de germinación. Los resultados tabulados son las medias de tres observaciones, (±) Desviación típica, letras diferentes en la misma columna indican diferencias significativas P < 0,05.

Los datos de digestibilidad in vitro de la proteína para semillas de amaranto, mostraron una tendencia a la disminución lo que corrobora la información presentada por Harmuth - Hoene A. [27] quien encontró que la digestibilidad de la proteína en semillas de fríjol mungo disminuyó de 82% a 79% durante un periodo de germinación de cuatro días.

Por otra parte, la germinación en las semillas de leguminosas, soya y guandul, generó un incremento en el porcentaje de digestibilidad de la proteína; estos hallazgos confirman lo reportado en investigaciones desarrolladas por otros autores como Makokha A.O. et. al [28], quienes encontraron un incremento en la digestibilidad de la proteína de diversas variedades de soya entre las 72 y 144 horas del periodo germinativo; Khalil A. et. al [29], registraron un pequeño incremento en la digestibilidad de semillas germinadas de soya y lupino con respecto a las semillas sin germinar; Jiménez M. et. al [22], reportan en su estudio que la digestibilidad aparente de las semillas de soya durante un periodo de germinación de cinco días incrementó con una relación directamente proporcional al tiempo; Jirapa R et. al [30] y Khattak, A.; Zeb, A. y Blbi, N. [31], encontraron incrementos de digestibilidad de la proteína en semillas de mijo y garbanzo, respectivamente con el paso de los días de la germinación; Donangelo M. et. al [20], encontraron que la digestibilidad de la proteína en semillas de lupino incrementó con la germinación; Sangronis E. y Machado C. [32], observaron que la digestibilidad in vitro de guandul y fríjoles blancos se incrementó, según ellos, debido a la reducción de factores antinutricionales como ácido fítico y taninos, los cuales según Alonso, R., Aguirre, A. y Marzo, F. [33], son los responsables de la unión con proteínas para formar complejos que evitan el ataque enzimático para la degradación proteica.

Sin embargo, respecto a variaciones de la digestibilidad de la proteína cruda entre semillas germinadas y sin germinar, otros autores han reportado resultados discordantes con los resultados encontrados en la presente investigación, y a los hallazgos presentados por los investigadores anteriormente citados; Urbano G. et. al [25] y Donangelo M. [20], demostraron en sus respectivas investigaciones, que la digestibilidad de la proteína varió muy poco o permaneció constante durante el proceso germinativo de las semillas.


CONCLUSIONES

La concentración de proteína cruda encontrada en semillas de producción regional fue de: 12,52 ±0,10 para amaranto; 14,76 ± 0,09 para quinua; 18,83 ± 0,15 para guandul y 37,71 ±0,17 para soya.

Con el proceso de germinación se logró un Incremento en la concentración de proteína cruda en semillas de amaranto (1,73 %), soya (2,26 %) y guandul (2,48 %), con respecto a las semillas de las mismas especies sin germinar.

La germinación genero un incremento significativo de la digestibilidad in Vitro en la proteína de las semillas de quinua soya y guandul, pasando de 79,40% a 90,35% en quinua, de 80,23 % a 85,99% en soya y de 79,80 % a 90,25 % en guandul; registrándose el mayor incremento el día uno de la germinación en el caso de semillas de quinua y soya y el día dos de germinación en las semillas de guandul.

Se pudo establecer que la cantidad de proteína realmente asimilable (Proteína digestible), se encuentra entre el 70 % y el 90 % de lo ofrecido por las semillas en sus diferentes estados de germinación.




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