Condiciones de germinación para potenciar la acumulación de compuestos bioactivos de maíz morado (Zea mays L.) cultivado en Ecuador

Abstract

El maíz (Zea mays L.) es un cereal perteneciente a la familia Poaceae, contiene carbohidratos, grasas, proteínas, vitaminas y minerales. El maíz morado por su parte agrupa un conjunto de variedades con el fruto de color morado que se desarrollan fundamentalmente en los Andes de Colombia, Perú, Bolivia y Ecuador. En general el maíz morado es una variedad ancestral que aporta una cantidad importante de carbohidratos, alrededor del 75%, un 10% de proteína y azúcares. Las sustancias minerales están constituidas por P (0.43%), K (0,40%), Mg (0,16%) S (0,14%) y otros minerales 0,27%. Existen cantidades significativas de caroteno 4,85 mg/Kg., vitamina A 4188,71 mg/Kg., tiamina 4.54 mg/Kg., riboflavina 1.32 mg/Kg., niacina 14.11mg/Kg., ácido pantotéico 7,41 mg/kg y vitamina E 24,71 mg/kg (Urango, 2018). Esta variedad de maíz se describe como alimento funcional y saludable y podría contener antioxidantes naturales que retarden el envejecimiento celular, principalmente por los mecanismos de acción de la cianidina-3-β-glucósido, pelargonidina-3-β-glucósido, peonidina-3- β-glucósido, ácidos fenólicos, quercetina y hesperidina (Guillén-sánchez et al., 2014) Por otra parte, los germinados son brotes de plantas que se han cultivado durante un corto período de tiempo, generalmente de 3 a 7 días, a partir de semillas, granos o legumbres. Son ricos en nutrientes, como vitaminas, minerales, fibra y antioxidantes, se han estudiado por su posible efecto beneficioso para la salud humana. Se ha demostrado que los germinados tienen propiedades antioxidantes, antiinflamatorias, antitumorales, antidiabéticas, neuroprotectoras y cardioprotectoras. Otras investigaciones afirman que los germinados pueden mejorar la función cognitiva, reducir el riesgo de enfermedades cardiovasculares y ayudar a prevenir ciertos tipos de cáncer (Núñez-Gastélum et al., 2022) En la industria de los germinados, se utilizan técnicas de cultivo especializadas para garantizar que los germinados sean seguros y estén libres de bacterias y otros patógenos, deben ser cultivados en ambientes controlados para evitar la contaminación cruzada y se monitorea cuidadosamente el agua, la temperatura y la humedad para garantizar su calidad y seguridad. La industria de los germinados también está innovando en nuevas variedades de germinados para satisfacer la creciente demanda del mercado. Se están produciendo germinados de diferentes tipos de semillas, granos y legumbres, y se están desarrollando nuevas técnicas de cultivo para aumentar la producción y mejorar la calidad de los germinados (Liu et al., 2022) Los aislados proteicos por su parte, se utilizan ampliamente en la industria alimentaria y de la nutrición deportiva como suplementos nutricionales para aumentar la ingesta de proteínas y mejorar el rendimiento físico y la recuperación muscular después del ejercicio. También se utilizan en la elaboración de alimentos procesados y enriquecidos con proteínas, como barras de proteínas, batidos, bebidas y productos cárnicos. Los aislados proteicos son una fuente importante de proteínas de alta calidad, ya que contienen todos los aminoácidos esenciales necesarios para el crecimiento y reparación del tejido muscular y otros tejidos del cuerpo. Además, se ha demostrado que el consumo de proteínas en cantidades adecuadas contribuye a la saciedad y al mantenimiento del peso corporal saludable (Sahni et al., 2020) Asimismo, el proceso de obtención de los aislados proteicos incluye varios pasos, como la extracción de la proteína de la fuente original, su purificación y concentración, y la eliminación de otros componentes no deseados. El resultado es una proteína en polvo con un alto porcentaje de proteína y baja en grasas y carbohidratos (Senadheera et al., 2023) Con respecto a los polifenoles, son un grupo de compuestos químicos que se encuentran en plantas y se caracterizan por tener estructuras químicas que contienen múltiples grupos fenólicos. Los polifenoles son un tipo de antioxidante y se han estudiado por su posible efecto beneficioso para la salud. Existen muchos tipos de polifenoles, pero algunos de los más comunes son los flavonoides, los ácidos fenólicos y los taninos. Se encuentran en alimentos como frutas, verduras, té, vino tinto, cacao y algunos frutos secos (Álvarez-Sala Walther et al., 2000) Los polifenoles tienen varias funciones importantes en las plantas, incluyendo la protección contra el estrés ambiental, la regulación del crecimiento y el desarrollo, y la defensa contra patógenos y depredadores. En cuanto a la salud humana, se ha investigado ampliamente sobre los posibles beneficios de los polifenoles. Algunos estudios sugieren que los polifenoles pueden tener propiedades antioxidantes, antiinflamatorias, antitumorales, antidiabéticas, neuroprotectoras y cardioprotectoras. Además, se ha demostrado que pueden mejorar la función cognitiva, reducir el riesgo de enfermedades cardiovasculares y ayudar a prevenir ciertos tipos de cáncer. (Valenzuela Landaeta & Espinoza Piombo, 2012) Es importante destacar que la mayoría de los estudios sobre los efectos de los polifenoles se han realizado en modelos animales o en estudios observacionales en humanos, y se necesitan más investigaciones para confirmar los beneficios potenciales de los polifenoles para la salud humana. Sin embargo, se sabe que una dieta rica en frutas, verduras y otros alimentos que contienen polifenoles puede ser beneficiosa para la salud en general. En cuanto a las bioactividades o actividades biológicas, se definen como las respuestas biológicas que se producen cuando una molécula o compuesto químico interactúa con células, tejidos u organismos completos. Estas respuestas pueden ser de diferentes tipos y niveles de complejidad, desde una simple interacción molecular hasta la regulación de procesos celulares y metabólicos complejos. Las bioactividades son de gran importancia en diferentes áreas de la biología, la biotecnología y la medicina (Guo et al., 2023). Entre las bioactividades más comunes que se evalúan en la investigación biológica se encuentran la actividad antibacteriana, antifúngica, antiviral, antiinflamatoria, antitumoral, antioxidante, neuroprotectora, entre otras. La evaluación de estas bioactividades puede realizarse mediante diferentes métodos, como ensayos in vitro e in vivo, y su resultado permite determinar la capacidad de una molécula o compuesto para interactuar con sistemas biológicos y producir una respuesta biológica específica (Ye et al., 2022). Surge la importancia de las investigaciones que permitan mejorar la comprensión sobre el proceso de envejecimiento humano. Algunos autores lo definen como el resultado del daño acumulativo en las células y tejidos del organismo, y depende tanto de factores intrínsecos y extrínsecos, como el material genético de cada individuo, su estilo de vida y el entorno que le rodea, entre los factores responsables del daño acumulativo que conducen al envejecimiento cabe destacar los oxidantes biológicos, ya sean producidos endógena o exógenamente (Díaz-Hung & González Fraguela, 2014) El daño producido por los Radicales Libres (RL) al ser humano, implica la génesis o exacerbación de numerosos procesos de enfermedades crónicas no transmisibles. Es también considerable el número de estudios que reconocen el efecto beneficioso de la dieta sobre la longevidad y en los procesos de enfermedades propias del envejecimiento y vinculadas a Estrés Oxidativo (EO). Son múltiples las reacciones redox necesarias para el buen funcionamiento del organismo humano, aunque en varias de ellas se producen continuamente RL. Estos compuestos, altamente inestables y reactivos atacan componentes celulares causando daño sobre proteínas, lípidos y el ADN. A pesar de que el organismo dispone de mecanismos de defensas naturales contra los RL inevitablemente las defensas suelen no ser suficientes y el daño oxidativo va acumulándose en el tiempo (Galicia-Moreno & Gutiérrez-Reyes, 2014) Ante el estrés oxidativo el organismo responde con la defensa antioxidante, pero en determinadas ocasiones puede ser insuficiente, desencadenando diferentes procesos fisiológicos y fisiopatológicos. En la actualidad son muchos los procesos relacionados con la reducción de radicales libres como son: mutagénesis, transformación celular, cáncer, arteriosclerosis, infarto de miocardio, procesos de isquemia/reperfusión, diabetes, asfixia del neonato, enfermedades inflamatorias, trastornos del sistema nervioso central, envejecimiento entre otros (Bello-Medina et al., 2022). Actualmente, existe un interés generalizado por la búsqueda de agentes antioxidantes naturales con baja toxicidad y de fácil manejo para la industria. En muchos países se están desarrollando alimentos funcionales, productos nutraceúticos y otros, con un alto valor nutricional y que puedan ejercer actividades biológicas sobre el organismo humano, ayudando a prevenir enfermedades en el mismo. Yang & Zhai. (2010 evaluaron la capacidad antioxidante de los granos y marlo de “maíz morado” utilizando los métodos DPPH (2,2-Difenil-1-Picrilhidrazilo), FRAP (Ferric ion Reducing Antioxidant Power) y TEAC (Trolox Equivalent Antioxidant Capacity), y a su vez comparándolos con BHT (hidroxitolueno butilado). Se encontró que la mayor capacidad antioxidante fue aquella presentada por el marlo, seguida por los granos y por último el BHT. Recientes investigaciones reportan la existencia de cianidina 3 - glucósido en el grano del maíz morado, como la principal antocianina (flavonoide) contenida en este fruto. Otras antocianinas identificadas fueron cianidina 3-(6”- malonil glucósido) y peonidina 3- glucósido. La cianidina 3-glucósido, una importante antocianina presente en el maíz morado, suprime el 7,12-dimethilbenzo antraceno, el cual induce a la carcinogénesis mamaria. El maíz morado podría actuar en cierta medida como un agente quimioterapéutico prometedor (Chatham et al., 2020) La obtención de productos derivados de matrices vegetales con actividades farmacológicas asociadas a radicales libres puede ayudar a reducir y prevenir los riesgos de enfermedades cardiometabólicas. Estas plantas se convierten en la alternativa natural de elección al poseer compuestos con alta capacidad antioxidante como los fenoles y polifenoles. Varias investigaciones validan las propiedades farmacológicas del maíz morado, ya que contrarrestan los efectos nocivos de los radicales libres, estrés oxidativo y la carcinogénesis, siendo este tipo de alimentos útiles para su aplicación industrial (Kowalczyk et al., 2021; Liu et al., 2011) Surge por tanto la necesidad de profundizar en el conocimiento de las propiedades nutricionales y biológicas del maíz morado. La caracterización química y el conocimiento de las condiciones de germinación de esta variedad favorecería su utilización en la industria alimentaria y farmacéutica. Por otra parte, su estudio y puesta en valor contribuye a los objetivos mundiales de desarrollo sostenible (1 y 8 entre otros) y podrían mejorar las expectativas económicas de desarrollo de los grupos campesinos del Ecuador.