Métodos de selección y perspectiva de mejoramiento para

Métodos de selección y perspectiva de mejoramiento para

Seminario Internacional
“Producción de trigo candeal bajo condiciones de
sequia”. Nov. 11,2009 INIA Quilamapu, Chillan Chile.
Trigo Candeal parta pasta y pan de alta
calidad. Control Genético, Efectos AgroClimatológicos y Métodos para Evaluar y Mejorar
Calidad Industrial
Roberto J. Peña, Karim Ammar
Programa Global de Trigo
CIMMYT
Presentación
Introducción.
El trigo cristalino. Consumo y usos
Composición y factores de calidad bajo control genético
Factores bióticos y abióticos que afectan la calidad
Efecto de la fertilización y el manejo de cultivo sobre la calidad
Mejoramiento genético.
Estrategias
Ampliación de la diversidad en gluteninas
Métodos de caracterización y selección
Usos alternos/complementarios
Distribución del área de producción mundial de trigo.
~45% en países en desarrollo y ~20% economías emergentes de EE & CEI
Países en desarrollo
Economías emergentes
Áreas de producción de trigo cristalino
Usos de Trigo Cristalino
Los productos a base de trigo cristalino son diversos:
1. La Pasta es consumida en todo el mundo.
2. Couscous, pan y Burghul se consumen en el Norte de África
y en Asia occidental
Pan de
T. durum
Usos principales *
América
Medio Oriente
Uso
& Europa
& África Norte
_______________________________________________
Pasta
(97
97--99%
99%))
(15%)
Panes locales
(~2%, Europa)
(50%
50%))
Couscous & bulgur
---
(19%
19%))
Pasta
Otros (mote chileno,
peruano, pordige etc,)
etc,) (~1%)
(~1%)
(16%)
_______________________________________________
* Bozzini, 1988
Couscous
Couscous
Usos del trigo y atributos de calidad
Principales atributos de calidad
•Una variedad de trigo apta para elaborar un producto, podría no ser aceptable
para fabricar otro producto diferente.
•Las diferencias en calidad entre harinas resultan principalmente de diferencias
en la composición entre variedades de trigo:
Dureza del endospermo
Cantidad y calidad de proteína (composición del gluten)
Propiedades de viscosidad del almidón (relación amilosa/
amilosa/ amilopectina
amilopectina))
Principales Productos de Trigo
Pasta
Panes de moldes
14
Panes Fermentados. América/Europa
13
Tortilla/
Pan Árabe
12
Pan plano
Asia
11
Couscous
Couscous
África del Norte
Galletas
Pasteles,
10
Pan al vapor, China
9
Tallarines Orientales, China,/Japón/Corea
BLANDO
MEDIO
DURO
D
Dureza
de Grano
T. Durum
Fuerza de Gluten
Contenido de Proteína %
15
Endospermo de Trigo
El endospermo de trigo consiste de
gránulos de almidón ocluidos en
una matriz laminar de proteína de
reserva.
La dureza del grano esta influenciada por la adhesión de
proteína al granulo de almidón.
Trigo suave: Sin proteína adherida
Trigo duro: con proteína adherida
Dureza (textura) de grano
Efecto en la Molienda
Grano muy duro: Tiempo de molienda prolongado y mayor gasto de energía de molienda. Grano
muy blando (suave): Tiempo de cernido prolongado, mayor perdida de harina como subproducto.
Daño de almidón:
Grano duro
Grano blando (suave)
En contraste, el trigo suave
no es fracturado sino
“reventado” por lo tanto el
daño de almidón es mínimo.
El trigo duro es fracturado
entre los rodillos y se daña
una porción del almidón.
Almidón dañado
Almidón normal
Proteínas del gluten del trigo
Glutenina
elasticidad
Gliadina
viscosidad
Gluten viscoelástico
Masa viscoelástica
Calidad de gluten
Buena
Red de
Gluten
continua
Mala
Red de
Gluten
discontinua
Masa
Las propiedades de calidad
de panificación dependen
principalmente de las
propiedades visco elásticas
(fuerza y extensibilidad) del
gluten
Pan
Separación electroforética de las gluteninas de
alto y bajo peso molecular
Gluteninas de
alto peso molecular
(~20% de la glutenina total)
Las propiedades viscoelásticas
del gluten de trigo dependen
principalmente de la composición
de las gluteninas de APM y BPM
Gluteninas de
bajo peso molecular
(~80% de la glutenina total)
Gluteninas de bajo peso molecular (BPM)
de los tipos LMWLMW-1 y LMWLMW-2 de trigo durum
Extracto de gluteninas
2
4
Extracto completo
6
5
8
6
12
15
9
2
5
13
12
6
4
8
9
15
19
16
19
LMW-2
LMW-1
LMW- 2-
gluteninas
BPM
LMW-2
Las variedades de trigo deben tener glutenina LMW-2 para producir pastas de
buena calidad
Las nuevas variedades de México tienen LMW-2 y gluten fuerte
2. SOMAT_4/INTER_8
Cualidades: El pigmento amarillo (23.2 Minolta, b),
proteína en grano (13.5 %), superior a Jupare C2001.
Gluteninas de Alto Peso Molecular
(HMW_1B)
Defecto: Fuerza de Gluten (AlvW) igual o menor a
Jupare C 2001. Presenta la glutenina 20,
7 desfavorable para calidad.
6
7
20
7
8
7
8
8
8
3. CS/TH.CU/…
Cualidades: El contenido de Proteína (13.8 %), fuerza
de gluten (AlvW= 407) es mayor a Jupare C2001.
Tiene gluteninas (7+8), favorables para calidad.
4. CNDO/PRIMADUR…
Cualidades: Fuerza de Gluten Excelente (sedim.
12.1 ml), tiempo de amasado (2.7 min.) y Color
amarillo (23.3 Minolta, b) son superiores al testigo.
Gluteninas 6+8/7+8, favorables para calidad.
5. GODRIN/GUTROS//…
Cualidades: Excelente contenido de proteína (13.7%),
y fuerza de Gluten (SDS=13.5 ml), tiempo de
amasado (2.9 min.) y Color amarillo (24.6 Minolta, b).
Gluteninas 7+8, favorables para calidad
1
2
3
4
5
1.JUPARE C 2001
2.SOMAT_4/INTER_8
3.CS/TH.CU//GLEN/3/GEN/4/MYNA/VUL/5/2*DON87/6/2*BUSCA_3
4.CNDO/PRIMADUR//HAI-OU_17/3/SN_TURK_MI83-84_375/NIGRIS_5//TANTLO_1
5.GODRIN/GUTROS//DUKEM/3/THKNEE_11
HMW_1B
7+8
20
7+8
6+8/7+8
7+8
LMW
2
2
2
2
2
Almidón
Endospermo de trigo
Contribuye a determinar la textura de los
alimentos
Panificación
•Provee una superficie a la matriz de gluten
•Absorbe gran cantidad de agua.
• Durante la cocción, el almidón absorbe
mucha agua contribuyendo a que el gluten se
coagule y de estructura a la miga .
Vida de anaquel (retención de frescura).
•Cuando el almidón adquiere una consistencia
de pasta firme por que hay gran capacidad de
retención de agua, esto mejora la miga y la
retención de la frescura a través del tiempo.
Características físicas
La calidad de molienda (potencial de rendimiento harinero )
depende principalmente de factores físicos del grano:
El grano se abre y el endospermo
es raspado para separarlo del
salvado y el germen. Esto se logra
con rodillos corrugados en el
sistema de quebrado
Para buen rendimiento se requiere:
Humedad (<14%)
Grano bien lleno; grande; parte ventral poco profunda, ovalado y no
muy largo. Peso hectolítrico >79Kg/hl y peso de mil granos > 45g
Un grano grano arrugado y pequeño, con aristas profundas en su
parte ventral, produce bajos pesos hectolítrico y de mil granos
El peso hectolítrico es un parámetro físico utilizado en la
comercialización de trigo.
Peso hectolítrico > 78 kg/hl corresponde grano bien llenado.
Peso hectolítrico > 82 Kg/hl presentan muy alto potencial de
rendimiento de harina o de sémola.
Molienda:
1. La separación del grano en salvado (afrecho), embrión (germen) y endospermo
2. Reducción gradual de las partículas de endospermo hasta obtener harina fina o
sémola
Break rolls
Piso de molienda de un molino
moderno grabnde
Fast
Feed
Slow
Roll fluting
British
Embrión
Coleorhizae
Ridicula
Plumula
Coleoptila
Escutelo
45°
Nip
U.
S.
Endospermo
Salvado
Aleurona
Epispermo
Testa
Endocarpio
Epicarpio
Pericarpio
cepillo
Endosperm
cells
0
50
12xx
El grano se abre y el endospermo es
raspado para separarlo del salvado y
el germen. Esto se logra con rodillos
corrugados en el sistema de quebrado
100
Control Genético de los Caracteres de Calidad
Se sabe como manipular y seleccionar, a través del fitomejoramiento, los
principales genes que controlan la calidad de procesamiento de trigo
Características de Calidad
Genes Principales:
Dureza de grano (puroindolinas)
Gluteninas
Gliadinas
Contenido de Proteína
Pina-D1, Pinb-D1
Glu-1, Glu-3
Gli-1, Gli-2, Gli-3
Gpc-1, Pro-1, Pro-2,
(5DS)
(1A,1B,1D)
(A,B,D 1 & 6)
(6B, 5D)
Secalinas (rye) (1B/1R)
Enzimas (grano brotado)
Textura del almidón
Poli fenol oxidasa
Pigmento amarillo
Sec-1, Sec-2
Amy-1, Amy-2
Wx-1
Ppo-A1, Ppo-D1
Psy-A1 , Psy-B1
(1RS, 2RS)
(A, B, D 6 & 7)
(7AS, 4AL, 7DS)
(2A, 2D)
(7AL, 7BL)
Características de calidad del grano de trigo que se
encuentran bajo control genético
Pueden ser modificados por:
Susceptibilidad a enfermedades (fusarium, alternaria)
manejo de cultivo
Interacción genotipo ambiente (calor, sequia),
Procesamiento
Efecto de enfermedades en la calidad del grano de trigo
Enfermedad
Efecto en la calidad
ALTERNARIA
(punta negra, embrión)
-obscurece harina /sémola
-obscurece producto
FUSARIUM
(chupado, color rosa)
-produce toxinas
-reduce rendimiento
de harina/sémola
-produce mico toxinas
Condiciones ambientales extremas pueden afectar la
calidad del trigo
Factor ambiental:
Efecto en calidad:
_________________________________________
Estrés térmico
•temperaturas
extremas
Estrés hídrico
•sequía
•humedad alta
-llenado de grano
-cantidad de proteína
-calidad de proteína
(exceso de gliadina en cond. de alta T)
-llenado de grano
-cantidad de proteína
-calidad de proteína
-brotamiento en espiga
-actividad enzimática alta
-pobre calidad de panificación
Medio ambiente
Alta humedad ambiental durante la etapa de madurez del grano
promueve germinación (el brotamiento ) en la espiga. La
calidad de panificación es significativamente deteriorada
Suceptibles
Tolerante
La tecnología de producción afecta la calidad de
trigo
Factor:
Afecta:
Fecha de siembra
(temprana , tardía)
Período de madurez
–Peso hectolítrico
–Proteína en grano
Desarrollo de la planta
–Peso hectolítrico
–Proteína en grano
Competencia de las plantas
–Proteína en grano
–Panza blanca (trigo cristalino)
Disponibilidad de nutrientes
–Proteína y dureza de grano
–Panza blanca (trigo cristalino)
Tipo de siembra
(plano, surcos, etc.)
Densidad de siembra
(baja, alta)
Fertilización
(dosis, tiempos, fuentes)
El manejo eficiente de la fertilización nitrogenada permite
mejorar el contenido de proteína
Grano
almidonoso
“Amarengado”
(“panza blanca”)
0
kgN/ha
kgN
/ha
Rafi
150
kgN/ha
Nácori
Atil
Altar
Efecto del manejo de nitrógeno sobre la incidencia de panza blanca en la línea
durum, SootySooty-9/Rascon9/Rascon-37 en CIANO, Cd. Obregón promedio de 2 años
1999/00 y 2000/01
60
% Panza blanca
53
50
DMS (0.05) = 0.7%
40
29
30
20
8
10
8
4
4
1
2
1
0
225
0
225
75
150
0
225
75
75
75
225
3
2
0
1
1
0
0
300
0
300
30
270
0
300
100
200
0
300
100
100
100
300
0
Basal
1er nudo
Embuchet
Total N
0
0
0
0
150
0
0
150
15
135
0
150
50
50
50
150
0
150
0
150
225
0
0
225
0
150
75
225
300
0
0
300
N (kg/ha) y tiempo de aplicación
Influencia de la fertilización nitrogenada en el
rendimiento y la proteína en trigo Cristalino (Atil
(Atil 2000)
(K Sayre, Y. 0000-01)
rendimiento
proteína
300-0-0
75-75-75
ton/ha; proteína
% 16
14
Cuando el N se encuentra
en cantidades suficientes
durante el desarrollo de la
planta y el llenado del
grano, se logran
altos rendimientos y alta
proteína en grano
12
10
8
6
4
2
0
30-270-0
N (kg/ha) y tiempo de aplicación
0-225-0
0-150-75
75-150-0
15-135-0
225-0-0
0-0-0
Basal1er nudoembuche
Proteína en harina
Al disminuir el contenido de proteína, también
disminuye la fuerza y la extensibilidad (Alveografo):
Variedad
Proteína en
grano (%)
Alto
A
W >350
P/G <4.0
13.3
P/G >5.0
Bajo
Variedad
Variedad
B
W >350
P/G <4.5
12.7
P/G >5.0
W <300
P/G >5.0
W <300
P/G >5.0
10.4
10.3
C
W > 350
P/G <4.0
12.4
P/G >5.0
W <300
P/G >5.0
9.5
Parámetros usados para determinar fuerza de gluten en T.
durum..
durum
Comercialización
• Proteína en grano
• SDS-sedimentación
• Gluten húmedo/seco
• Índice de calidad de gluten (gluten Índex:% gluten retenido en la malla
porosa durante el centrifugado)
Pruebas rápidas a pequeña escala utilizadas en:
Mejoramiento
• Proteína en grano
• SDS-sedimentación
• Mixógrafo (tiempo de desarrollo, altura, ancho de curva de amasado,
energía total de amasado)
• γ -gliadinas / gluteninas de bajo peso mol.
Parámetros usados para determinar fuerza calidad de sémola y pasta
Atributos de alta calidad en pasta cocida:
• Sólidos en agua de cocción:
cocción Bajo contenido de sólidos liberados
(Materia orgánica total) durante la cocción
• Firmeza
Firmeza: Resistente & elástica al masticar (“al dente”)
• Pegajosidad
Pegajosidad: no pegajosa a boca y dientes
• Textura
Textura: Firme, elástica, tersa, no adhesiva
Parámetros reológicos:
• Farinógrafo/ Mixógrafo:
Mixógrafo Tiempo de desarrollo de masa,
absorción, estabilidad, amplitud de curva de amasado
• Alveógrafo
Alveógrafo: Fuerza, extensibilidad
• Viscoelasticidad
Viscoelasticidad: de gluten (crudo/cocido), de pasta cocida
Formula usada (Barilla
(Barilla)) para predicción de calidad de pasta
cocida (valor de pasta, VP):
VP = K + 2GLU + 0.04W +8.5 P/L - 2 (P/L) 2
GLU:
W:
P/L:
K:
gluten seco (o contenido de proteína) en sémola
Parámetro de fuerza del alveógrafo
Parámetro de extensibilidad del alveógrafo
Factor de T de secado de pasta
(Source: Landi, 1995)
Parámetros utilizadas en molinos para determinar fuerza
del gluten (calidad de cocción de pasta) en trigo Durum
Farinógrafo
Mixógrafo
Alveógrafo
(Fuente: Marchylo et al., 1998)
Fuerza de gluten de trigos cristalinos de Canadá y de Italia (Dexter et al., 1998)
W =126
W =168
W =207
W =266
W =242
W =321
W =122
W =275
W =245
W =143
W =231
(> significa mayor)
Canadiense >> Italiano: Proteína, sedimentación,
extensibilidad (P/L)
Canadiense similar al Italiano: Fuerza de gluten (W)
Variedades y líneas de trigo cristalino con calidad
superior
Variedad
Alveógrafo
Y. 0101-02
W
P/L
_______________________________________
Altar C84
310
2.3
Atil C2000
320
1.9
Jupare C2001
340
2.4
Rascon 37/2* Tarro...
357
1.8
Plata 3//Crex/ Alla....
381
1.9
Robe 1/3/ Plata...
402
3.0
Somat 4/ Inter 8....
418
1.9
Duilio / Silver 1....
437
1.6
SN TurkM183-84 375....
438
2.5
AAZ 1/ Crex//Ajaia....
465
2.6
Lund 5/3/ Plata 3.....
478
2.5
_______________________________________
C
a
n
a
d
a
I
t
a
l
i
a
Estudio realizado en el CIMMYT 1999-2000
Alternatives for predicting pasta & bread making
qualities of durum wheat
• Food processing and end-product quality attributes (Quality control)
- Laboratory-scale processing equipment (expensive)
- Large amount of sample (semolina/flour)
- Time-consuming
• Viscoelastic properties of semolina/flour doughs (Breeding/Quality control)
- Large amount of sample (semolina/flour)
- Time-consuming
• Small-scale tests (Predictive in breeding/trading)
- Small amount of sample (whole meal/semolina/flour)
- Short testing time
Parámetros de calidad de gluten evaluados (192/155
líneas representando amplia diversidad genética):
Proteína :
Grano:
Harina:
Alveógrafo:
GRNPRT
FLRPRT
W (parámetro de fuerza):
ALVW
P/L (Índice tenacidad/extensibilidad): ALVPL
Gluten (Glutomatic):
Glutomatic):
húmedo:
Seco:
Índice:
Vol Pan(masa directa AACC, 10-09)
WETGLU
DRYGLU
GLUIND
Vol pan:
LV
Gluteninas APM &BPM (SDS-PAGE)
SDS--sedimentación (ml/1g
SDS
(ml/1g--harina)
Grano:
Harina:
GRNSED
FLRSED
Análisis Estadístico:
Estadístico
Mixógrafo:
Tiempo desarrollo:
Altura de curva:
Grosor Tiempo Des:
Grosor Des +3 min:
(Payne et al., 1980; Singh et al., 1991)
M PT
MPH
MWP
MWP3
Análisis de Componentes Principales (PCA)
Correlaciones Pearson (parámetros vs. W, P/L,
LV)
Regresión en pasos (predicción de: W, P/L, LV)
Testing conditions and parameters
Mixograph
Absorption:
Parameters
MPT:
MPH:
MWP:
MWP3:
peak
MWP
MPT
MWP3
60%
Peak time
Peak height
Width at peak time
Width 3 min after
MPH
Alveograph
Absorption: 60-70%, according to dough consistency
after 5 min of mixing
Mixing time: Variable (8-12 min), until dough was
continuous, cohesive, and smooth P
Parameters
W:
Overpressure (strength parameter)
P/L:
Tenacity/ extensibility ratio
W
L
CIMMYT ®
Correlation between grain quality-screening parameters and
variables associated with pasta- and bread-making quality in DW
ALVW
ALVPL
LV
MWP3
MPT
FLRSED, GLUIND
GRNSED, MWP
0.64
0.54
0.51
0.50
MPH
- 0.38
GRNSED
0.61
PRT (GRN & FLR)
GLU (DRY & WET)
- 0.29 to
-0.32
FLRSED, GLUIND
MWP3
0.45 to
0.42
MPH
0.44
MWP
- 0.24
MPH
MPT
GRNPRT
FLRPRT
0.34 to
0.32
MWP, GLU
(DRY & WET)
0.26 to
0.24
GRNPRT
FLRPRT
0.34
0.28
GRNSED, GLUIND
MPT
0.25 to
0.15*
WETGLU
DRYGLU
0.17*
0.15*
FLRSED, MWP3
NS
R values > ± 0.21 are highly significant (p< 0.01)
Stepwise regression analysis. Best combinations to predict (p < 0.01) ALVW, LV, and ALVPL
ALVPL
Cumulative
ALVW
LV
Cumulative
Cumulative
R2
R2
R2
MWP3
+GRNPRT
+GRNSED
+GLUIND
0.407
0.468
0.545
0.569
MPH
+GRNSED
0.146
0.240
GRNSED
+FLRPRT
+GLUIND
+MPH
0.370
0.530
0.607
0.631
Quality characteristics of durum wheat sets with differing Glu-B1 glutenin composition
(all possess LMW-2 type LMW glutenins)
_______________________________________________________________________________
Quantitative parameter (mean ± SD)
______________________________________________________________________
Glu-B1
FLRSED GLUIND MPT
MWP3
ALVW
ALVPL
LV
type
(ml)
(%)
(min)
(cm)
(x 10 -4 J)
(ml)
_______________________________________________________________________________
6+8 (n = 12) * 10.7 ± 2.4 67 ± 12 3.0 ± 1.0
2.0 ± 0.6
337 ± 116 3.6 ± 2.4 718 ± 88
13+16 (n = 9) 10.5 ± 3.4 64 ± 16
2.5 ± 0.6
1.7 ± 0.4
249 ± 65
3.3 ± 1.8
680 ± 141
9.9 ± 2.8 63 ± 16
3.3 ± 1.4
1.9 ± 0.6
235 ± 81
3.7 ± 1.7
637 ± 112
7+8 (n = 64)
20 (n = 8)
7.3 ± 1.0 43 ± 9
1.8 ± 0.2
1.3 ± 0.2
133 ± 46
4.1 ± 3.8 435 ± 68
_______________________________________________________________________________
* No. of samples used to obtain LV data was 9, 3, 39, and 4, for 6+8, 13+16, 7+8, and 20,
respectively
6+8, 13+16, 7+8, similar in quality-screening parameters and in
extensibility (ALVPL)
Strength and bread making value: 6+8 ≥ 13+16 and 7+8 >20
Conclusiones:
- SDS
SDS--sedimentación + proteína en grano: No son suficientes para
seleccionar solo las líneas de gluten fuerte.
- Los valores de gluten húmedo y altura de mixograma se relacionan
principalmente a la cantidad del gluten mas no a la calidad
- Las líneas de trigo cristalino que desarrolla CIMMYT poseen:
• Glutenina de BPM tipo LMWLMW-2
• Alta frecuencia (>75%) de las subunidades de gluteninas de APM
7+8 and 6+8.
• En consecuencia, la mayoria de las líneas poseen gluten medio
fuerte a fuerte; aceptable a excelente para producir pastas con
buena calidad de cocción
Desarrollo de líneas de trigo de alto potencial de
rendimiento y alta calidad industrial
Roberto J. Peña y Karim Ammar
Mejoramiento de Trigo. Énfasis global y ecoeco-regional
Mejoramiento en México: altiplano nivel del mar
Cruzas: uso de diversidad genética amplia (incluye
genes de ancestros del trigo)
trigo)
• combina alto rendimiento, resistencia a
enfermedades & calidad
Selección: líneas mejoradas para distribución mundial
• Dos ciclos/ año en ambientes contrastantes
Cd. Obregón
Toluca
El Batán
Objetivos de CIMMYT y Socios:
• Generar datos sobre adaptabilidad y comportamiento
en varias ecoeco-regiones
• Entender las necesidades agronómicas y de calidad
el productor y del usuario
CIMMYT global wheat-related Offices
wheat
wheat-related
Ankara,
Ankara,
Turkey
Turkey
• Participan en selección de líneas y definición de
prioridades incluyendo a programas nacionales,
centros de investigación y productores
Beijing,
Beijing,
China
China
Mexico
Mexico
Aleppo,
Aleppo,
Syria
Syria
Tbilisi,
Tbilisi,
Georgia
Georgia
Addis
AddisAbaba,
Ababa,
Ethiopia
Ethiopia
Montevideo,
Montevideo,
Uruguay
Uruguay
• Mejorar el flujo continuo de conocimiento
Almaty,
Almaty,
Kazakstan
Kazakstan
Kathmandu
Kathmandu,,
Nepal
Nepal
New
NewDelhi,
Delhi,
India
India
El laboratorio de Calidad de Cereales de CIMMYT:
•
Determinan factores genéticos asociados con la calidad.
•Industrial (procesamiento y calidad de producto)
•Nutricional (mas Hierro y Zinc) en los productos de trigo
•
Efectúa selección usando metodologías diversas durante el
fitomejoramiento de trigo.
•
Participa en la identificación de líneas candidatas a variedades.
•
Colabora con Programas Nacionales en el desarrollo de nuevas
variedades comerciales.
Glu-1
Glu-3
Sec-1
Gli-1
Uso potencial de la Espectroscopia NIR como herramienta
rápida en la selección de parámetros de calidad
• La espectroscopia NIR mide la absorción
en la región del cercano IR del espectro.
• Las uniones O-H, N-H, C-H, S-H tienen
muy buena absorbancia en la región NIR
(humedad, proteína, grasa, fibra, azucares,
ácidos, etc.).
Espectroscopia NIR (NIRS)
Muestras
de
calibración
• NIR genera Información sobre
composición química y física de los
granos y las harinas
• Las muestras que se usan para desarrollar
modelos de calibración deben cubrir toda
la variación (geográfica, estación de
cultivo, etc.) que deba considerar el
modelo.
Uso de la espectroscopia NIR para selección rápida
y no destructiva
Desarrollando calibraciones para la determinación no
destructiva de la composición del grano y de atributos de
calidad:
•Dureza del grano
•Proteína
•Cenizas
•Humedad
•Contenido de gluten
•Sedimentación,
•Almidón
•Amilosa
Amilosa//amilopectina
•Glutenina insoluble (?)
Proteína en grano
En general, a mayor rendimiento de grano menor contenido de
proteína en el mismo. Sin embargo.........
proteína, %
14.5
14
13.5
13
12.5
12
11.5
11
10.5
10
7.5
8
8.5
Rendimiento, Ton/ha
9
Hay líneas que combinan alto rendimiento y alto contenido de
proteína. Estas son identificadas y seleccionadas entre miles de
líneas experimentales.
Resistencia al brotamiento (germinación en espiga)
El endospermo de grano brotado
produce altos niveles de enzima
(Índice de caída, FN <180 seg)
que dañan al almidón, la proteína
y la calidad de panificación
Grano sano
Grano brotado
FN disminuye
La prueba de sedimentación (Zeleny
(Zeleny y SDS) tiene alta
correlación con parámetros de calidad de panificación
Vol. Pan
ml
800
800
700
700
600
600
r = 0.8256
500
500
r = 0.7392
400
400
10
30
50
5
70
Tiempo de
amasado
2.5
min
10
15
20
25
2.5
2
2
1.5
1.5
1
1
r = 0.7036
0.5
r = 0.8467
0.5
0
0
10
20
30
40
50
Zeleny, ml
60
70
5
10
15
20
SDS-sedim., ml
25
Color amarillo de la harina/sémola
de trigo cristalino
El pigmento amarillo confiere un
color amarillo brillante altamente
deseable a las pastas (corta y larga)
El color amarillo se debe a pigmentos
amarillos (carotenoides,
principalmente luteína)
Opciones analíticas :
• Determinación del pigmento
amarillo (extracción con alcohol)
• Medición del color amarillo con
colorímetros (Minolta , Hunterlab).
Mixolab de Chopin
•Nuevo instrumento que genera información sobre la calidad del gluten y
del almidón, los cuales afectan la calidad de pan y tallarines.
•Ventaja principal. Genera el perfil d desarrollo de masa y de pastificación
de almidón en una misma muestra pequeña (40g harina).
A
B
Chopin-Mixolab
D
C
A Dough development
time
B Stability to over mixing
D Dough breakdown
National-Mixograph
Chopin-Mixolab
Newport- Rapid Visco Analyzer
El método de lavado de gluten en
el Glutomatic permite estimar:
• Sanidad del grano (deterioro del
gluten)
• Cantidad de gluten húmedo y seco
•Índice de fuerza de gluten
B
Calidad de panificación
A
C
Principales atributos :
Características de amasado:
• Tiempo de desarrollo
• Estabilidad prolongada
• Tolerancia al sobre amasado
Características de masa:
• Vigor de fermentación
• Visco elasticidad
• Propiedades de manejo de masa
Características del pan
• Volumen y simetría
• Textura de miga, tamaño de
celda
• Vida de anaquel (frescura)
A
B
C
Dough development time
Range of stability
Absorption - (height)
Evaluar la calidad final del producto es recomendable para
confirmar que los datos de parámetros de composición evaluados
estiman satisfactoriamente la calidad de procesamiento del
trigo/harina
Fresco
Seco
Guía de características de calidad mas importantes que deben atenderse en fitomejoramiento
_________________________________________________________________________________
pastificación
Grano/harina Dureza de
Fuerza de
Extensibilidad.
&
viscosidad
Producto
Proteína % grano
Gluten
de gluten
del Almidón
_________________________________________________________________________________
Pan leudado
Alto a medio Duro-semi duro Fuerte a medio alta
Media
Pan plano
Medio
Duro-semi duro Medio a fuerte
alta
Media a alta
Pan al vapor
Medio
Semi duro
Medio a fuerte
alta
Media a alta
Tallarín amarillo
(Ramen)
Tallarín seco
Tallarín fresco
Tallarín blanco
(Udon)
Galletas &
Pasteles (tortas)
Alto a medio
Medio
Medio
Duro-semi duro Medio a fuerte Media
Semi duro
Medio
Media
S-duro/S-blando Medio
Media a alta
Media
Media
Media
Medio
Blando/ S-blando Medio
Media
Alta
Bajo
Blando
Meda a alta
Media
Débil
Pastas alimentaria &
Couscous (de durum)
Alto a medio Vítreo
Fuerte
Baja
Media
_________________________________________________________________________________
Métodos de Evaluación de la Calidad
Métodos (Química, Bioquímica, Reología)
Convencionales:
Dureza (NIR) & Sedimentación
√
Mixografo
x x
x
--NIR espectroscopia (composición del grano)
--Reología (visco elasticidad de masa)
--Análisis de proteínas (electroforesis)
--Propiedades del almidón (RVA, en China)
x x
√
x
Alveógrafo
√
√
placa ELISA
(1B/1R)
--Brotamiento de grano (Falling Number)
--Inmunología (ELISA, 1B/1R, Toxinas)
SDS-PAGE
Selección Asistida por Marcadores (MAS)*
Caract. Potenciales:
--Tolerancia al brotamiento (Amy-1, Amy-2)
--Gen de alta proteína (Hpg-1)
--proteínas del gluten (Glu-1/Glu3/Gli1)
--Dureza de grano (Pina-1, Pinb-1)
--Amilosa/amilopectina en almidón (Wx-1)
--Color de Harina (Psy-1
*MAS = Marker Assisted Selection. Estas pruebas
se usaran solo si demuestran ser mas efectivas y
de menor costo que los métodos convencionales.
Análisis PCR de genes Pina y Pinb
(dureza de grano)
Fuente: T. M. Ikeda et al.2004
A B C A B C A B C A B C
1
2
3
4
D
D
B
D
Desarrollo de trigo cristalino de alto rendimiento y calidad en
CIMMYT
Nuevas Cruzas: Sólo se utilizan progenitores que produzcan
nuevas
líneas que combinen alto rendimiento, resistencia a enfermedades y
alta calidad
__________________________________________________________
Actividad de mejoramiento
Generación
F1-F2
Selección Rendimiento-Enfermedades
F3
(40 mil-80 mil líneas)
√ x x
Selección Rendim.-Enferm.-Calidad
F4-F6
(4 mil-8 mil líneas)
Selección Rendim.-Enferm.-Calidad
(1 mil- 2 mil líneas)
Selección Rendim.-Enferm.-Calidad
(300 - 1000 líneas)
F7
F8
F9
F10
Ensayos de Rendimiento/Calidad
(100-250 líneas)
Ens. Rendim. Campos Comerciales/Calidad
(10-20 líneas)
Candidatos a Variedades: Rendim/Calidad
(1-3 líneas)
x
√
Vitriosidad, sedimentación y color amarillo
x
x
√
x Eliminar
√ Seleccionar
Mixógrafo
Alveógrafo
√
(Algunos casos)
√
x x
Mejoramiento de Calidad Industrial
Hacia una generalización de altos niveles de calidad!
2006
1267 lineas evaluadas
Numero de lineas % de lineas
en grupo
en grupo
Color amarillo
Sobresaliente: mas que 2.5 puntos superior al testigo
Bueno a sobresaliente: mas que 1 punto superior al testigo
No acceptable: menos de 1 punto superior al testigo
Fuerza del gluten
Muy fuerte: 120% o mas del testigo
Fuerza acceptable a muy fuerte: mas que 90% del testigo
Gluten debil: menos que 90% del testigo
Proteina del grano
2007
1790 lineas evaluadas
Numero de lineas % de lineas
en grupo
en grupo
2008
1008 lineas evaluadas
Numero de lineas % de lineas
en grupo
en grupo
2009
1042
Numero de lineas % de lineas
en grupo
en grupo
101
554
712
8.0
43.8
56.2
488
1488
302
27.3
83.1
16.9
317
768
239
31.5
76.3
23.7
378
850
192
36.3
81.6
18.4
243
1125
130
19.4
89.6
10.4
472
1683
107
26.4
94.0
6.0
234
945
63
23.2
93.8
6.3
184
978
64
17.7
93.9
6.1
Alta: mas que 1% mas que el testigo
182
14.5
112
6.3
343
34.1
195
18.7
Mas alta que el testigo
732
58.3
841
47.0
679
67.4
836
80.2
Menos alta que el testigo
523
41.7
949
53.0
328
32.6
206
19.8
● Poner Calidad en las cruzas (selección de progenitores)
● Seleccionar confiablemente durante la fase de evaluación
del rendimiento
Mejoramiento de Calidad Industrial: COLOR
Donde estábamos y donde llegamos
5
SAWALI ORO
CEVY ORO
PATRONATO ORO
4
3
Confiablemente
Exportable
RIO
COLORADO
BANAMICHI
2
ACONCHI
SAMAYOA
ALTAR
1
ATIL/NACORI
Parcialmente
Exportable
RAFI
0
Forraje
JUPARE
0
-1
-2
Australia
1
Canada
2
Francia
3
4Italia
5USA
Mexico
6
7
Líneas de trigo cristalino del CIMMYT:
•Bajo contenido de cenizas
•Grano grande de alto peso especifico y peso de
mil granos
•Alto potencial de rendimiento de sémola
•En general de gluten fuerte y tenaz
• Predominan gluteninas de BPM tipo LMW-2
• Alta frecuencia (>70%) de Glu-APM 7+8 y 6+8
•Ahora contenido de pigmento amarillo
competitivo en el mercado internacional
Gluten strength and bread making quality variability in durum
wheat lines of CIMMYT (most possess LMW-2 type glutenin)
All pop's ( n= 192)
Parameter
Range
___________________________________________
Flour protein
6.4 - 15.4 (%)
Flour SDS-sedimentation
5.0 - 17.0 (ml/g)
Gluten Index
22 - 93 (%)
Mix Tim (min)
1.4 - 7.9
ALV W
38 - 603
ALV P/L
0.8 - 13.3
Loaf Vol. (n = 155)
370 -860 (ml/100g)
___________________________________________
Contribution of the HMW glutenins
(HMW-Glu) to wheat quality
Genetic
control
HMW-Glu
Subunits
Effect
Chromosome:
1AL
1, 2*
0 (null)
+
-
1BL
7+8, 13+16, 17+18
7+9
7, 20, 6+8, 13+19
+
5+10
2+12
3+12, 4+12
+
1DL
±
±
-
Frecuencia de alelos en cada Glu-1 locus
población de trigo durum D10Y-F6 HR n=416
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
null
1
2*
GLU -B1 17+18
6+8
7+8
7+17
GLU D1
none
5+10
2+12
Esquema de selección por calidad (gluten fuerte / buena calidad de
panificación):
Nuevas
Cruzas:
F3-F5:
F6-F8:
- De ser posible evitar LMW-1 y HMW-Glu 20 en las cruzas
- SDS-sedimentación para descartar gluten débil (líneas
CON LMW-1 tipo LMW glutenins
- Seleccionar con GRNPRT y GRNSED
- Determinar GLUIND and propiedades mixográficas (MPT,
MWP3) en líneas seleccionadas por fuerza de gluten
(ayuda a eliminar líneas con HMW-Glu 20).
- De ser posible confirmar gluteninas HMW & LMW
deseables en las líneas seleccionadas
Ensayos de rendimiento:
- Aplicar el esquema anterior y determinar características
alveográficas y calidad de panificación en líneas
prometedoras para confirmar fuerza de gluten y calidad de
panificación
TENDENCIAS MUNDIALES
Comportamiento anual de producción, consumo e inventarios
(Miles de TM)
Producción
y Consumo
Inventarios
640,000
160,000
620,000
140,000
120,000
600,000
100,000
580,000
80,000
560,000
60,000
540,000
40,000
520,000
20,000
500,000
0
2003/04
2004/05
2005/06
2006/07
2007/08Feb
Inventarios Finales
132,391
150,621
147,647
125,076
109,704
Consumo
587,493
606,893
624,430
615,770
618,966
Producción
553,538
625,123
621,456
593,199
603,594
Productor
Cotizaciones de futuros de trigo en las Bolsas
Agropecuarias (Promedios Trimestrales)
12
US DLS/ Bushel
10
8
6
4
2
0
I
II
III
IV
I
II
III
IV
I
II
III
IV
I
Futuro Chicago 3.20 3.13 3.25 3.28 3.59 3.74 3.92 4.92 4.70 5.25 7.66 8.67 10.1
Molinero
Futuro Kansas
3.41 3.19 3.39 3.75 4.15 4.64 4.79 5.13 4.92 5.22 7.42 8.92 10.6
2005
Consumidor
2006
2007
2008
Existe interdependencia entre los actores
principales de la cadena productiva
Consumidor
Investigación y
transferencia
de tecnología
Productor
Investigación y
transferencia
de tecnología
Investigación y
transferencia
de tecnología
Molinero
Gracias