V. Contribución de la fertilización orgánica y mixta sobre las propiedades físicas, compuestos fenólicos y capacidad antioxidante del frijol pinto
https://doi.org/10.52501/cc.197.05
Laura Gabriela Espinosa-Alonso
Sergio Medina-Godoy
Maribel Valdez-Morales
María Myrna Solís-Oba
Dimensions
V. Contribución de la fertilización orgánica y mixta sobre las propiedades físicas, compuestos fenólicos y capacidad antioxidante del frijol pinto
Laura Gabriela Espinosa-Alonso*
Sergio Medina-Godoy**
Maribel Valdez-Morales***
María Myrna Solís-Oba****
DOI: https://doi.org/10.52501/cc.197.05
Resumen
Introducción: La fertilización es crucial para la producción alimentaria, en términos de valor nutricional y ambiental. Aunque la fertilización orgánica, o biofertilización, mejora la composición de nutrientes, su efecto sobre el contenido de compuestos bioactivos y antioxidantes de los alimentos es poco explorado. Objetivo: Analizar la contribución de la fertilización orgánica y mixta (orgánica-mineral) sobre la calidad nutracéutica del frijol pinto San Rafael y Libertad. Métodos: En primavera-verano de 2021 se cultivó frijol en macetas de 4 kg en invernadero. Se aplicaron distintos esquemas de fertilización: sin fertilización (sf); mineral (fm) con urea/super fosfato triple (1.212/1.625 g/maceta); orgánica (org) a base de macroalgas (0.06 ml Algaenzims/maceta), y mixta orgánica-mineral (mix). Se aplicó el análisis de componentes principales (pca) a 19 características de semillas, contenido de compuestos fenólicos (ccf), capacidad antioxidante (ca) y actividad antirradical (% ara), utilizando dpph y abts. Resultados y conclusiones: Los tratamientos de fertilización no afectaron el color de las semillas pero sí tuvieron un impacto considerable en la calidad nutracéutica y en el tamaño del grano de frijol de manera diferencial, en función de la variedad. El pca identificó tres componentes: el primero, relacionado con el potencial nutracéutico, influenciado por compuestos fenólicos y capacidad antioxidante-dpph; el segundo, ligado al rendimiento de compuestos fenólicos y grupos de fenoles, y el tercero, asociado al tamaño del grano y a la capacidad antioxidante-abts. Se favorece la calidad nutracéutica con fertilización orgánica, pero con granos más pequeños; la fertilización mixta equilibra calidad y tamaño; la fertilización mineral propicia granos más grandes, con menor calidad nutracéutica en pinto San Rafael. La fertilización mineral mejora la calidad nutracéutica, mientras que la orgánica ofrece un equilibrio entre calidad y tamaño, siendo la opción preferida para pinto Libertad.
Palabas clave: biofertilización, frijol pinto, nutracéuticos, Phaseoulus vulgaris, sustentabilidad.
Introducción
El frijol común (Phaseolus vulgaris L.) pertenece al grupo de las leguminosas, reconocidas por la fao como semillas nutritivas esenciales para un futuro sostenible. A nivel mundial, el frijol representa 50% del consumo de leguminosas, siendo la más importante como fuente de alimentación humana, con una alta disponibilidad y de bajo costo, factores por los que se ha integrado a la canasta básica en distintas regiones, especialmente en Latinoamérica y África. Este alimento desempeña un papel vital en la nutrición y, por ende, en la seguridad alimentaria de una considerable parte de la población mundial, ya que constituye una fuente primordial de proteína vegetal. Su valor nutricional no se limita al aporte proteico, ya que también contiene carbohidratos complejos como fibra soluble e insoluble, por lo que es considerado un alimento de bajo índice glicémico, en comparación con otros almidones, y su consumo puede ayudar a controlar los niveles de glucosa posprandial; además contiene vitaminas del complejo B, principalmente ácido fólico y minerales, destacando hierro, calcio y zinc (fao, 2016). Adicionalmente, ha sido ampliamente reconocido su valor nutracéutico pues contiene compuestos bioactivos con beneficios que trascienden más allá de la nutrición. Este reconocimiento se basa en su rico contenido de compuestos fenólicos, en el que destacan flavonoides, antocianinas, flavonoles y taninos condensados, inhibidores de glicosidasas, amilasas y proteasas, lectinas y fitatos. Aquí hay que subrayar la fibra dietética y su función prebiótica derivada de componentes como el almidón resistente y los fructooligosacáridos, que incluyen la estaquiosa y la rafinosa (Cámara et al., 2013). La sinergia entre estos elementos proporciona una serie de propiedades de gran relevancia, entre ellas, sus capacidades antioxidantes y antiinflamatorias, así como su potencial anticancerígeno. Además, se ha observado que estos componentes contribuyen a la reducción del nivel de colesterol y lipoproteínas, desempeñando un papel protector en relación con las enfermedades cardiovasculares. También se ha señalado su efecto hipoglucemiante, el cual puede ser de utilidad en la prevención y el manejo de la diabetes tipo 2. Es importante mencionar que estos beneficios se ven complementados con mejoras en la salud gastrointestinal (Gutiérrez-Uribe et al., 2005; Finley et al., 2007; Reynoso-Camacho et al., 2007; Oomah et al., 2010; Campos-Vega et al., 2010; Moreno-Jiménez et al., 2015 y Suárez-Martínez et al., 2016).
Respecto de su relevancia económica, en 2021 la producción global de frijoles alcanzó un total de 27 715 023.7 toneladas. México contribuyó con 3.8% de esta producción mundial, equivalente a 1 288 806.47 toneladas. Esto posicionó a nuestro país como el séptimo productor a nivel mundial, con un valor económico de 1 011 955 000 dólares. Es importante destacar que el mercado estadounidense es el principal comprador de frijoles mexicanos, siendo la variedad pinto la más solicitada (faostat, 2021; siap, 2022). La elección de colores está estrechamente vinculada con las diferencias regionales En el norte del país, prevalece una marcada preferencia por el frijol pinto, mientras que en el noroeste se inclinan por los tonos amarillos. En la región central sobresalen los frijoles de colores claros y rosados, mientras que en el sur y en el sureste, los frijoles negros son altamente demandados (Magaña et al., 2015). Además de la variación en el color, el tamaño del grano es otro factor fundamental que determina la calidad, la cual se establece según el peso de 100 semillas expresado en gramos. De acuerdo con este criterio, se distinguen tres categorías: pequeñas con menos de 25 g por 100 semillas, medianas entre 25 y 40 g por 100 semillas y grandes con más de 40 g por 100 semillas (Ulloa et al., 2011). Los frijoles de mayor tamaño tienen un valor añadido en términos de precio por lo que son altamente preferidos por comerciantes y empacadores. Un aspecto comercial importante es que el frijol constituye una harina libre de gluten y puede ser empleado como un sustituto del trigo en diversas preparaciones (Cámara et al., 2013).
Las variedades de frijol pinto han sido altamente aceptadas por los consumidores en el Altiplano del centro-norte del país. Su demanda anual alcanza 350 000 toneladas, de las cuales Zacatecas, Durango, Chihuahua y San Luís Potosí son los principales productores, seguidos por Coahuila, Nuevo León, Sonora y Guanajuato (Acosta-Gallegos et al., 2016).
Pinto San Rafael es un grano de tamaño medio (38 gramos, peso de 100 semillas), de forma oval, color crema con manchas café claro y testa con características de oscurecimiento lento, así como con capacidad de absorción de agua superior a 100%, durante 16 horas de remojo, lo que sugiere que es adecuado para la cocción y para el proceso de enlatado. El grano de pinto Libertad es color crema, con manchas café e hilio amarillo, con un rango de 33 a 49 g por 100 semillas y peso promedio de 38 g, considerado de tamaño mediano a grande, con forma elíptica en la sección transversal y longitudinal (Rosales, Ibarra et al., 2012).
En el aspecto nutrimental, una porción de 100 g de frijol pinto cocido proporciona aproximadamente entre 8 y 10% de la ingesta diaria recomendada de proteínas, así como alrededor de 11 y 4% de los requerimientos diarios de hierro y calcio, en una dieta basada en 2 000 calorías. En relación con las vitaminas se ha observado que 100 gramos de frijol cocido contribuyen con casi 30% de la cantidad requerida de vitamina B6 (piridoxina) y vitamina B9 (ácido fólico). Además, aportan 25% de la cantidad necesaria de vitamina B1 (tiamina) y, en menor medida, de vitamina A y vitamina C, con un rango de 3 a 8% (Cámara et al., 2013). De acuerdo con los compuestos fenólicos presentes en el frijol pinto de las variedades genéricas americanas Buster, Maverick y Othello, los flavonoides kaempferol y kaempferol 3-O-glucósido han sido identificados como los principales, mientras que p-coumárico y ferúlico son los ácidos fenólicos esenciales, además de los ácidos sinápico y gálico, los cuales se concentran de manera preponderante en la cascarilla del frijol (Luthria y Pastor-Corrales, 2006; Lin et al., 2008). Por otra parte, Giusti (2017) reporta la existencia de un contenido significativo de catequina, epicatequina y ácido clorogénico en el frijol pinto.
Se sabe que el genotipo, el ambiente, la maduración en el tiempo de la cosecha, el peso y el tamaño del grano, así como el tiempo de almacenamiento, son factores que influyen en el contenido de los compuestos fenólicos presentes en el grano de frijol; sin embargo, poco se ha investigado sobre la contribución de la fertilización en este contenido de los compuestos fenólicos y su capacidad antioxidante.
Se ha demostrado que los biofertilizantes contribuyen a reducir la dependencia de los agroquímicos, los cuales ejercen un impacto perjudicial en los ecosistemas y en la salud humana. Además, en años recientes se le ha dado mayor importancia a la utilización de bioestimulantes, lo que ha dado como resultado mejora de la calidad y el rendimiento de los cultivos. Estos productos no sólo son amigables con el medio ambiente, sino que también pueden contener diversos componentes, como aminoácidos libres, extractos de frutas, microorganismos, sustancias húmicas, quitosano, micro y macroalgas marinas, entre otras sustancias biológicamente activas. Se ha constatado que las algas marinas albergan hormonas promotoras del crecimiento y nutrientes como las vitaminas y los aminoácidos. Estos componentes se han utilizado para obtener extractos que mejoran el crecimiento y el desarrollo de las plantas (Shukla et al., 2018). Esos extractos pueden aumentar los niveles de clorofila en las hojas, así como fomentar la ruptura del almidón mediante amilasas, liberando azúcares en los tejidos de las plantas. Además de su influencia en la fotosíntesis y en el metabolismo de carbohidratos, estos extractos también estimulan el crecimiento y la resistencia al estrés ambiental, disminuyendo la generación de especies reactivas de oxígeno (ros), en respuesta al estrés por sequía, que pueden afectar vías bioquímicas y fisiológicas normales (Hasanuzzaman et al., 2020). En cuanto al cultivo de frijol, se ha investigado el impacto de la fertilización orgánica e inorgánica de su desarrollo fisiológico y de su rendimiento. Aunque gran parte de estos estudios ha dirigido su atención en las características agronómicas y de rendimiento, hay pocas investigaciones que aborden las propiedades nutricionales y, en menor medida, las nutracéuticas, del grano de frijol. Ortiz-Sánchez et al. (2023) evaluó el rendimiento y el valor nutricional del frijol Rarámuri, cultivado en Durango. En este estudio se empleó una estrategia de fertilización orgánica con té de estiércol, lodos residuales, supermagro y fertilizante orgánico comercial. Los resultados demostraron que el control sin fertilización presentó menor rendimiento en las características agronómicas, mientras que el análisis proximal del valor nutricional no mostró diferencias significativas, confirmando que la fertilización orgánica puede incrementar la productividad del frijol sin comprometer su calidad nutricional y como una alternativa sostenible. En cuanto al uso de algas marinas, García Bertoldo et al. (2015) evaluaron el efecto de la combinación de inoculantes para frijol, extractos de algas marinas y complemento con molibdeno y polvo de roca, como fuente de fertilizante mineral, en sustitución de la urea. Los resultados indicaron que se obtiene el mismo rendimiento del cultivo convencional a menor costo. Por otro lado, Kocira, Kocira et al. (2018) investigaron el impacto del extracto de kelp (Ecklonia maxima) en el rendimiento y en el contenido de minerales y proteínas en dos cultivares de frijol de origen polaco. Los resultados demostraron que el efecto fue dependiente de la variedad de frijol, así como de la frecuencia y la concentración de la aplicación, lo que sugiere su aplicación para mejorar la calidad nutricional y el rendimiento del frijol. Asimismo, en 2018 esos autores informaron sobre las propiedades nutricionales y nutracéuticas del frijol, revelando que no hay un impacto a nivel nutricional, pero sí un aumento de compuestos fenólicos, flavonoides y antocianinas totales, así como de la capacidad antioxidante del grano de frijol con la incorporación de extracto de algas marinas (Kocira, Świeca et al. 2018). Ziaei y Pazoki (2022) demostraron que la aplicación de extractos de algas mitiga el estrés por sequía y mejora los atributos bioquímicos que contribuyen a un incremento en el rendimiento del grano. En otro enfoque, la utilización de fertilización mixta se ha presentado como una alternativa para disminuir el impacto ambiental asociado al exceso de fertilización mineral. Sachan y Krishna (2020) evaluaron la combinación de fertilizantes orgánicos (estiércol de aves, 5 T/ha) e inorgánicos (NPK 100%, 200 kg/ha) en el crecimiento y el rendimiento del frijol francés cultivado en Fiji y concluyeron que esta combinación resultó más efectiva que su uso individual. Dicha estrategia de fertilización mixta fue evaluada por ShahirQadiri et al. (2023), quienes obtuvieron resultados similares al combinar fertilizante inorgánico NPK (15:15:15:) con estiércol de gallina (150 kg/ha) en el cultivo de frijol, en Badakhshan, Afganistán. Adicionalmente, Mohamed et al. (2023) exploraron la influencia de la fertilización mixta, combinando compost orgánico y fertilizante de nitrógeno mineral, en conjunto con ácido salicílico (sa), en aspersión foliar, como bioestimulante, en cuatro diferentes niveles de concentración, sobre el crecimiento vegetativo, el rendimiento y la calidad de las semillas de frijol Nebraska, donde el tratamiento mixto orgánico-mineral 25-75% y 150 ppm de sa podrían mejorar el crecimiento, la productividad y la calidad de las plantas de frijol común.
Con el propósito de mejorar las prácticas agrícolas en uno de los cultivos de máxima trascendencia nacional y lograr, en cierta medida, la disminución de la dependencia de la fertilización mineral, al mismo tiempo que se contribuye con evidencia que demuestre el impacto en las propiedades nutracéuticas del cultivo de frijol, este estudio se enfoca en evaluar la contribución de la fertilización orgánica y mixta. Dicha evaluación comprende las propiedades físicas de las semillas, incluyendo su color y su tamaño, así como los compuestos fenólicos totales y por grupos, en extractos crudos de harina de grano de frijol, además de su capacidad antioxidante. El análisis se centró en dos variedades mexicanas: pinto San Rafael y pinto Libertad, las cuales se cultivaron en un entorno de invernadero y se sometieron a diferentes tratamientos de fertilización: 1) control sin fertilización; 2) 100% mineral, basada en urea/superfosfato triple; 3) 100% orgánica, basada en un producto comercial de algas marinas; 4) una combinación orgánico-mineral al 50-50 por ciento.
Materiales y métodos
Pinto San Rafael y pinto Libertad fueron las dos variedades mejoradas cultivadas en invernadero en macetas de 4 kg, con suelo agrícola obtenido en el Centro de Investigación en Biotecnología Aplicada ciba-ipn ubicado en el municipio de Tepetitla, Tlaxcala (2 260 metros sobre el nivel del mar), mismo que fue enriquecido con 7% de vermicomposta comercial, con una densidad de siembra de 60 000 plantas por hectárea. Se hizo el trasplante de una plántula por maceta cuando la radícula estaba totalmente expuesta y se cultivó durante el periodo primavera-verano de 2021. Se aplicaron distintos esquemas de fertilización: sin fertilización (sf); mineral (fm) con urea/superfosfato triple (1.212/1.625 g/maceta); orgánica (org) a base de macroalgas (0.1 ml Algaenzims/maceta,) y mixta orgánica-mineral (mix) con la combinación de urea/superfosfato triple (1.212/1.625 g) y 0.1 ml Algaenzims por maceta. La fertilización mineral se realizó en sólido, con riego para solubilizar, de acuerdo con Flores-Gallardo et al. (2018); mientras que para la aplicación de Algaenzims se consideró un litro por hectárea como el 100%, de acuerdo con la ficha técnica (http://www.palaubioquim.com.mx/algaenzims), y su aplicación fue foliar. Se mantuvo el riego de las macetas tres veces por semana por las mañanas para minimizar la evapotranspiración. Una vez completado el ciclo de cultivo, se obtuvo la semilla seca y se almacenó a 4 °C hasta su utilización. Se analizaron las características físicas de la semilla y posteriormente fueron trituradas en licuadora y después en molino de café, hasta obtener una harina homogénea.
Características físicas de la semilla. El color se analizó en el grano entero em class="no-indent"pleando un colorímetro Chroma meter CR-400 (Konica Minolta) a través de la escala CIELab* (L*, a*, b*, ∆E, C* y hue) y el mosaico de referencia blanco (Y = 87.1, x = 0.3147, y = 0.3209). El peso de 100 semillas fue registrado empleando una balanza analítica Metler Toledo AB204-S/fact. La densidad aparente de la semilla relaciona el peso aparente y el volumen a granel que proporciona la magnitud del tamaño del grano. Se colocó el grano de frijol en una probeta de 100 ml y se determinó su peso en gramos, esto es, g/ml.
Compuestos fenólicos de extractos de frijol
A partir de 500 mg de harina de frijol se obtuvo el extracto de compuestos fenólicos. Una vez depositados en un tubo de plástico de 15 ml, se agregaron 8 ml de etanol (ETOH) al 80%. La mezcla se homogeniza con vortex por 30 segundos y se sónica por 15 minutos. Posteriormente, los extractos son depositados horizontalmente en un agitador con movimiento orbital (Shaker RK-30, Premiere), a temperatura ambiente, a 100 rpm durante dos horas. Posteriormente se obtiene el sobrenadante, una vez centrifugado por 20 minutos a 5 000 rpm (Centrífuga Hermle 2366) y el residuo es reextraído dos veces más, repitiendo el proceso. Los extractos obtenidos son colectados en un matraz bola para eliminar el solvente, mediante un rotaevaporador (Yamato, RE300), a 45 °C. Una vez concentrados los extractos, se recuperan alrededor de 2 ml en un tubo de plástico de 15 ml, previamente seco y a peso constante, y se adiciona 1 ml de agua destilada al matraz bola para lavar el extracto y recuperarlo; se repite el proceso dos veces más. Finalmente, se agrega agua destilada al extracto en proporción 3:1 para garantizar que sea congelado; posteriormente se liofiliza para obtener el extracto seco, mismo que se pesa. La solución de trabajo para los análisis posteriores se prepara a partir de 20 mg del extracto seco, disuelto con 2 ml de ETOH al 80% y se agita en vortex hasta su completa disolución.
Compuestos fenólicos totales por Folin-Ciocalteau
El análisis se realizó con el método adaptado a microplaca, propuesto por Swain y Hills (1959). Se mezclan 140 µl de agua destilada, 10 μl del extracto a evaluar (10 mg/ml en ETOH 80%), del blanco o del estándar, y 10 µl del reactivo de Folin-Ciocalteau recién preparado (1:1 v/v en agua). Una vez mezclados se incuban por durante tres minutos en la oscuridad a temperatura ambiente. Finalmente se adicionan 40 µl de NaCO3 7.5% (peso/volumen) y la mezcla se incuba en la oscuridad por 15 min a 45 °C. Se registra la absorbancia a 760 nm y se emplean (+)-catequina (0-300 µg/ml) y ácido gálico (0-200 µg/ml) como estándares, expresando los resultados como equivalentes de mg equivalentes de (+)-catequina cae y mg equivalentes de ácido gálico GAE por gramo de harina de frijol.
Compuestos fenólicos por grupos/uv
El análisis se realizó de acuerdo con el método de Oomah et al. (2005). Se mezclan 20 µl del extracto de los compuestos fenólicos a evaluar (10 mg/mL en ETOH al 80%), con 230 µl de una solución de ETOH al 80% acidificada al 2% con HCl, en una microplaca para uv de 96 pozos. Se preparan curvas estándar de (+)-catequina (0-100 mg/l), ácido cafeico (0-20 mg/l), quercetina (0-30 mg/l) y rutina (0-10 mg/l). La absorbancia de los extractos fue monitoreada a 280, 320 y 360 nm para los fenólicos totales, ésteres tartáricos y flavonoles totales, después de agitar durante dos minutos en un espectrofotómetro (Multiskan Go, ThermoScientific). Los resultados son expresados en miligramos equivalentes de (+)-catequina (mgEcaT), mg equivalentes de ácido cafeico (mgEcaF) y mg equivalentes de quercetina (mgEQUE) por gramo de harina de frijol. Para la cuantificación de flavonoides se emplea una solución al 1% de 2-aminoetil éster de difenil borinato, diluido con ETOH 80%. La reacción se lleva a cabo con 50 µl ETOH 80% para el blanco, 180 µl de agua desionizada y 20 µl de solución al 1% de 2-aminoetil difenilborinato. Y para la muestra, se adicionan 100 µl de extracto de compuestos fenólicos, 130 µl de agua desionizada y 20 µl de solución al 1% de 2-aminoetil difenilborinato. Se mezcla y se lee la placa inmediatamente después a 404 nm. Los resultados son expresados en miligramos equivalentes de rutina (mgERUT) por gramo de muestra.
Capacidad antioxidante de extractos de frijol
La capacidad antioxidante de los extractos de frijol se definió de acuerdo con el método de Cardador-Martínez et al. (2006). El radical dpph• 150 µM en metanol al 80% se prepara el día del análisis. Se colocan 20 µl de la muestra, del blanco y del estándar de Trolox (0-500 µg/ml), en la microplaca y 200 µl de dpph, registrando la absorbancia después de 30, 60,75 y 90 minutos, a 515 nm. Los resultados se expresan como µmol Trolox equivalentes (TE)/g de muestra y en porcentaje de actividad antirradical: %ara = 100* (1- Abs muestra/Abs blanco).
Además, se evaluó la capacidad antioxidante por abts de acuerdo con el método de Re et al. (1999). Se preparó el radical abts•, 2,2-azinobis-(ácido3-etilbenzotialzolina-6-sulfónico) a partir de 96 mg de abts y 16.55 mg de persulfato de potasio; ambos se añadieron a un matraz volumétrico de 25 ml y se disolvieron con 20 ml de agua destilada. Se sonicó durante 10 minutos y aforó. A partir de éste se prepara la solución de trabajo de abts•; a partir de 0.5 ml de la solución stock de abts• en 25 ml de agua destilada. Y se ajusta la lectura a 0.7 de absorbancia a 
=735 nm. Se prepara la placa con 20 µl de la muestra, del blanco y del estándar de Trolox (0-500 µg/ml), y 200 µl de abts•, registrando la absorbancia a 735 nm. Los resultados se expresaron en µmol Trolox equivalentes (TE)/g de muestra y en porcentaje de actividad antirradical: %ara = 100* (1- Abs muestra/Abs blanco).
Análisis estadístico
Los análisis fueron realizados por triplicado y se presenta el promedio de las réplicas ± desviación estándar. Los análisis de varianza se realizaron por medio de modelos lineares (glm), comparación de medias por Duncan, correlación de Pearson, para cada variedad, un análisis de componentes principales pca y un análisis de agrupamiento jerárquico de enlace completo con la distancia euclidiana como medida de similitud, para ambas variedades, con Statistical Analysis System, sas 9.0.
Resultados
Propiedades físicas del grano de frijol
De acuerdo con el peso de 100 semillas de la variedad San Rafael, los valores oscilaron entre 36.82 y 43.16 g. Se identificaron diferencias estadísticamente significativas entre los tratamientos: fm > mix > sf > org. Por otro lado, la densidad aparente mostró una mayor uniformidad, variando de 0.72 a 0.74 g/ml. Por lo que se observa, estos valores no muestran diferencias significativas. En contraste, el peso de 100 semillas osciló entre 27.06 y 44.99 g para la variedad Libertad, presentando diferencias significativas entre los tratamientos: org > sf > mix > fm. Estas diferencias también se reflejaron en la densidad aparente, que se situaron en un rango de 0.72 a 0.76 g/ml, como se ilustra en la figura 1.
Figura 1. Tamaño del grano de frijol pinto Libertad, expresado en peso de 100 semillas y densidad aparente
De acuerdo con la descripción del grano de frijol pinto San Rafael, las semillas constan de un fondo crema con manchas café claro, características distintivas de las variedades pinto. Al analizar los datos de color CIELab* para las semillas de los tratamientos de fertilización, no se encontraron diferencias significativas entre los diversos parámetros. Los valores registrados varían de 65.62 a 68.43 en luminosidad (L), de 1.59 a 2.78 en a*, que refleja la gama del rojo al verde, y en cuanto a la tonalidad amarilla b*, los valores fluctuaron entre 15.04 y 16.53. Además, con respecto al mosaico blanco de referencia, la diferencia de color ΔE varió de 26.89 a 28.49, mientras que los valores de saturación o Croma se encuentran en el rango de 15.17 a 16.61, y los valores de Hue, de 79.76 a 84.43. Estos resultados confirman que el color de las semillas es altamente estable y no se ve afectado por la fertilización empleada, como se muestra en la tabla 1.
Tabla 1. Parámetros CIELab* de color del grano de frijol pinto San Rafael y Libertad, bajo distintos esquemas de fertilización
|
Sin fertilización |
Mineral |
Orgánica |
Mixta |
|||||
|
Pinto San Rafael |
||||||||
|
L* |
68.12 |
± 3.21 |
68.43 |
± 2.48 |
68.23 |
± 1.89 |
65.62 |
± 1.26 |
|
a* |
2.78 |
± 0.28 |
2.00 |
± 0.77 |
1.59 |
± 0.56 |
2.66 |
± 0.68 |
|
b* |
15.42 |
± 0.68 |
15.44 |
± 0.91 |
16.53 |
± 0.78 |
15.04 |
± 0.81 |
|
ΔE* |
28.44 |
± 2.82 |
28.49 |
± 2.53 |
27.62 |
± 1.03 |
26.89 |
± 0.28 |
|
C* |
15.67 |
± 0.68 |
15.58 |
± 0.81 |
16.61 |
± 0.74 |
15.17 |
± 0.90 |
|
h |
79.76 |
± 1.03 |
82.51 |
± 3.18 |
84.43 |
± 2.12 |
79.88 |
± 3.12 |
|
Pinto Libertad |
||||||||
|
L* |
66.65 |
± 2.69 |
62.47 |
± 5.80 |
66.61 |
± 2.95 |
64.36 |
± 5.15 |
|
a* |
3.99 |
± 0.11 |
3.73 |
± 0.93 |
3.84 |
± 0.18 |
4.28 |
± 0.66 |
|
b* |
14.82 |
± 0.41 |
16.33 |
± 1.10 |
15.15 |
± 0.35 |
15.86 |
± 2.28 |
|
ΔE* |
28.05 |
± 1.97 |
24.38 |
± 3.98 |
27.79 |
± 1.96 |
26.00 |
± 4.62 |
|
C* |
15.35 |
± 0.41 |
16.76 |
± 1.27 |
16.20 |
± 0.68 |
16.43 |
± 2.37 |
|
H |
74.95 |
± 0.28 |
76.59 |
± 3.32 |
75.76 |
± 0.86 |
75.07 |
± 0.66 |
De manera similar, el grano de frijol pinto Libertad también mostró una notable uniformidad en las semillas analizadas. Los valores de luminosidad son muy similares a los del frijol pinto San Rafael, variando entre 62.47 y 66.65. Sin embargo, se observaron valores ligeramente más altos en a* (3.73 a 4.28), una tonalidad amarilla b* similar (14.82 a 16.33), una diferencia de color ΔE de 24.37 a 28.05, un rango de saturación de 15.35 a 16.76 y valores más bajos de Hue, que oscilaron entre 74.94 y 76.58. Estos resultados reafirman la estabilidad del color de las semillas, como se muestra en la tabla 1.
Compuestos fenólicos y capacidad antioxidante de frijol
El rendimiento del extracto seco de compuestos fenólicos obtenidos mediante extractos hidrofílicos con etanol al 80% para la variedad pinto San Rafael osciló entre 182.47 a 200.87 mg/g de harina, que equivale, en promedio, a 19.1%, y es superior en los tratamientos orgánicos y mixto. El valor de los compuestos fenólicos totales por Folin-Ciocalteau F-C presentó un rango de 0.99 a 1.20 mgEAG/g de harina y 1.07 a 1.30 mgEcaT/g de harina, respectivamente; estadísticamente inferior para el tratamiento de fertilización mixta (tabla 2). Adicionalmente, se confirmó la superioridad de la fertilización orgánica, con valores de 22.18 ± 2.41 mg de equivalentes de (+)-catequina (mgEcaT)/ g de harina, que representan los fenólicos totales, así como 0.83 ± 0.18 mg de equivalentes de ácido cafeico (mgEAC) por gramo de harina, para los ésteres tartáricos, por encima de los tratamientos alternativos de ausencia de fertilización sf y mixto mix. Notablemente, la fertilización mineral demostró los valores más bajos, en términos de fenoles totales (15.41 ± 3.54 mgEcaT/g de harina) y ésteres tartáricos (0.67 ± 0.12 mgEcaT/g de harina). En lo que respecta a los flavonoles y los flavonoides totales, no se observaron diferencias estadísticamente significativas entre los diversos tratamientos. Los valores se mantuvieron en un rango constante, entre 0.73 y 0.77 mg de equivalentes de quercetina (mgEQUE), por gramo de muestra, y entre 1.08 y 1.14 mg de equivalentes de rutina (mgERUT)/g de muestra, como se detalla en la tabla 2.
Tabla 2. Contenido de compuestos fenólicos totales y por grupo* y capacidad antioxidante de frijol pinto San Rafael
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Pinto San Rafael |
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Sin fertilización |
Mineral |
Orgánica |
Mixta |
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Rendimiento extracto seco (mg/g harina) |
188.27 ± 2.326b |
182.47 ± 4.45b |
195.6 ± 2.42a |
200.87 ± 7.53 |
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Fenoles totales F-C mg EAG/g harina |
1.14 ± 0.08a |
0.99 ± 0.13b |
1.16 ± 0.13a |
1.20 ± 0.06a |
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Fenoles totales F-C mg ECAT/g harina |
1.23 ± 0.09a |
1.07 ± 0.15b |
1.26 ± 0.14a |
1.30 ± 0.07a |
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*Fenoles totales mg ECAT/g harina |
18.18 ± 1.88ab |
15.41 ± 3.54b |
22.18 ± 2.41a |
19.69 ± 3.31ab |
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*Ésteres tartáricos mgEAC/g harina |
0.67 ± 0.11b |
0.67 ± 0.12b |
0.83 ± 0.18a |
0.71 ± 0.04b |
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*Flavonoles mgEQUE/g harina |
0.77 ± 0.10 |
0.76 ± 0.08 |
0.74 ± 0.06 |
0.73 ± 0.21 |
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*Flavonoides mgERUT/g harina |
1.14 ± 0.08 |
1.08 ± 0.13 |
1.09 ± 0.21 |
1.13 ± 0.28 |
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Capacidad antioxidante dpph µM ETrolox/100 g harina |
397.91 ± 14.56a |
341.11 ± 15.87b |
405.43 ± 20.33a |
351.29 ± 37.21b |
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% ara dpph |
49.78 ± 2.11a |
44.19 ± 2.56b |
48.91 ± 2.28a |
44.89 ± 4.96b |
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Capacidad antioxidante abts µM ETrolox/100 g harina |
104.87 ± 8.31a |
86.59 ± 8.36b |
102 ± 8.83a |
86.91 ±1.8b |
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% ara abts |
25.52 ± 1.46a |
22.52 ± 1.85b |
24.21 ± 1.48ab |
22.16 ± 3.68b |
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La capacidad antioxidante del extracto de los compuestos fenólicos de la variedad pinto San Rafael destacó especialmente en el tratamiento orgánico y en ausencia de fertilización; se obtuvieron valores de 405.43 ± 20.3 y 397.91 ± 14.56 µM ETrolox/100 g de harina, respectivamente, alcanzando niveles de actividad antirradical ara de 50% cuando fueron evaluados con el ensayo dpph. Este patrón de comportamiento en la capacidad antioxidante y su porcentaje de inhibición del radical abts se mantuvo consistente al emplear el método abts. Nuevamente, ambos tratamientos, orgánico y sin fertilización, exhibieron resultados superiores, registrando valores de 102 ± 8.82 y 104.8 ± 8.30 µM ETrolox/100 g de harina, respectivamente (tabla 2).
El rendimiento del extracto seco de compuestos fenólicos, obtenido a través de extractos hidrofílicos con etanol al 80%, en la variedad pinto Libertad, fue de 18.5% en promedio y varió entre 178 y 194 mg/g de harina. Este rendimiento demostró ser superior en el orden de los siguientes tratamientos: mineral > orgánico > mixto orgánico-mineral y sin fertilización. En términos generales, el contenido de compuestos fenólicos totales evaluado por el método Folin-Ciocalteau, expresado en mg equivalentes de ácido gálico (EAG) y catequina (ECAT) por gramo de muestra, así como por grupo, excedió el rango observado en el frijol pinto San Rafael. Los fenoles totales variaron entre 1.18 y 1.35 mgEAG y entre 1.28 y 1.47 mgECAT por g de harina, por el ensayo F-C. En esta categoría, los tratamientos: mineral > orgánico > mixto y sin fertilización mostraron diferencias estadísticas entre el tratamiento mineral y sin fertilización. No obstante, el contenido de compuestos fenólicos totales evaluado mediante el método uv espectrofotométrico no reveló diferencias estadísticas y presentó valores entre 16.68 y 18.38 mgEcaT/g (tabla 3).
En cuanto al contenido de ésteres tartáricos totales (0.77 a 0.84 mgEAC/g de harina), nuevamente se muestra el patrón observado en el contenido de compuestos fenólicos medido por F-C: mineral > orgánico > mixto orgánico-mineral > sin fertilización, con diferencias significativas entre mineral y sin fertilización. No obstante, no se observaron diferencias estadísticas para los flavonoles (0.59 a 0.66 mgEQUER/g) y los flavonoides totales (1.16 a 1.26 mgERUT/g) por gramo de muestra, respectivamente (tabla 3).
Por otra parte, la variedad pinto Libertad mostró un valor ligeramente superior de capacidad antioxidante (367.86 a 431.09 µM ETrolox/100 g de harina), analizada por dpph, en comparación con pinto San Rafael. Esto puede deberse al mayor contenido de compuestos fenólicos registrado, donde el tratamiento mineral demostró ser superior a los demás, mientras que el tratamiento orgánico y mixto fueron similares y superaron al tratamiento de ausencia de fertilización. Los valores de actividad antirradical se mantuvieron por encima de 50% (tabla 3). No obstante, los resultados obtenidos mediante el método abts indican que el tratamiento orgánico es similar al del mineral (112.64 ± 12.58 y 108.85 ± 6.23 µM ETrolox/100 g de harina, respectivamente) y superiores al del mixto (101.1 ± 9.58 µM ETrolox/100 g de harina) y sin fertilización (92.44 ± 10.65 µM ETrolox/g de harina), lo cual muestra un rango de actividad antirradical de 23.24 a 27.23% (tabla 3).
Tabla 3. Contenido de compuestos fenólicos totales y por grupo* y capacidad antioxidante de frijol pinto Libertad
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Frijol pinto Libertad |
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Sin fertilización |
Mineral |
Orgánica |
Mixta |
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Rendimiento extracto seco (mg/g harina) |
178.00 ± 6.37c |
194.0 ± 8.01a |
185.47 ± 2.87b |
182.33 ± 3.53bc |
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Fenoles totales F-C mg EAG/g harina |
1.20 ± 0.12b |
1.35 ± 0.13a |
1.30 ± 0.16ab |
1.18 ± 0.11b |
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Fenoles totales F-C mg ECAT/g harina |
1.31 ± 0.13b |
1.47 ± 0.14a |
1.41 ± 0.17ab |
1.28 ± 0.12b |
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*Fenoles totales mg ECAT/g harina |
16.77 ± 3.74 |
18.38 ± 1.36 |
17.75 ± 1.59 |
16.68 ± 2.01 |
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*Ésteres tartáricos mgEAC/g harina |
0.77 ± 0.05b |
0.84 ± 0.06a |
0.83 ± 0.04ab |
0.82 ± 0.07ab |
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*Flavonoles mgEQUE/g harina |
0.59 ± 0.14 |
0.65 ± 0.14 |
0.67 ± 0.10 |
0.66 ± 0.18 |
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*Flavonoides mgERUT/g harina |
1.18 ± 0.08 |
1.23 ± 0.21 |
1.16 ± 0.14 |
1.26 ± 0.10 |
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Capacidad antioxidante dpph µM ETrolox/100 g harina |
367.69 ± 12.42c |
431.09 ± 27.08a |
402.30 ± 20.16b |
395.40 ± 16.35b |
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% ara dpph |
48.83 ± 2.89b |
52.43 ± 2.77a |
51.32 ± 3.51ab |
50.45 ± 2.40ab |
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Capacidad antioxidante abts µM ETrolox/100 g harina |
924.38 ± 10.65c |
108.85 ± 6.23ab |
112.64 ± 12-58a |
101.10 ±9.58bc |
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% ara abts |
23.25 ± 2.74c |
26.23 ± 1.45ab |
27.23 ± 2.31a |
24.80 ± 1.63bc |
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Análisis de componentes principales de frijol pinto San Rafael y pinto Libertad, bajo di class="no-indent"stintos esquemas de fertilización
Puesto que no se evidenció una tendencia clara en el contenido de compuestos fenólicos y la capacidad antioxidante, para los tratamientos de fertilización en ambas variedades, pinto San Rafael y pinto Libertad, y con el propósito de simplificar y resaltar las tendencias más significativas, se realizó un análisis de componentes principales (pca), que condensa la variabilidad y permite visualizar patrones relevantes en las propiedades del grano de frijol cultivado bajo distintos regímenes de fertilización. Para este análisis se excluyeron los datos de color, debido a que no mostraron diferencias significativas entre los tratamientos para cada variedad, de manera que sólo se seleccionaron 13 variables que abarcaron los aspectos físicos de la semilla y las distintas evaluaciones del contenido de los compuestos fenólicos presentes de los extractos de frijol, incluyendo su capacidad antioxidante y su porcentaje antirradical. Los resultados del análisis pca revelaron tres componentes que explican 84.2% de la variabilidad total. El primer componente, con un valor propio (Eigen) de 7.02, abarca 54% de la variabilidad total. Este componente está asociado principalmente al contenido total de los compuestos fenólicos evaluador por F-C, expresados en mg equivalentes de ácido gálico (0.34) y catequina por gramo (0.34), ésteres tartáricos/uv (0.31), capacidad antioxidante medida por dpph (0.34) y porcentaje de actividad antirradical (0.36). Estas relaciones sugieren que el primer componente está vinculado al contenido de los compuestos fenólicos totales, incluyendo los ésteres tartáricos, que presentaron diferencias estadísticas significativas entre los tratamientos, así como a la capacidad antioxidante medida por dpph. El segundo componente, con un valor propio de 2.34, representa 18.3% de la variabilidad total. Los coeficientes de covarianza más destacados en este componente se relacionan con el rendimiento del extracto seco (0.59), los fenólicos totales/uv expresados como mgcaT/g (0.58), los flavonoles (0.37) y los flavonoides (0.29). Esto sugiere que el segundo componente está ligado a la evaluación de los fenólicos totales/uv por grupo. El tercer componente, con un valor propio de 1.56, abarca 12% de la variabilidad total. Este componente se relaciona con el tamaño del grano, medido por el peso de 100 semillas (0.26) y la densidad aparente (0.43), así como con la capacidad antioxidante por abts (0.47) y su actividad antirradical (0.43), a pesar de no estar directamente asociado con los compuestos fenólicos, los cuales son responsables de la capacidad antioxidante. Entonces se sugiere que este componente está relacionado con el tamaño de la semilla.
Las correlaciones más altas entre las diferentes evaluaciones se observaron en los datos de capacidad antioxidante ca por dpph y por abts (0.90), así como por ca-dpph y por %ara-abts (0.84). El rendimiento del extracto seco mostró solamente una correlación alta con el contenido de fenoles totales/uv (0.79). El cuanto al contenido de compuestos fenólicos por F-C, éstos se correlacionaron positivamente con ca-dpph (0.70) y con %ara-dpph (0.75), mientras que su correlación disminuyó con ca-abts (0.58) y con %ara-abts (0.65). Adicionalmente, se identificó una relación sólida entre el contenido de compuestos fenólicos F-C y los diferentes fenólicos por grupos: 0.70 para ésteres tartáricos y moderada con los flavonoides (0.62), así como una correlación inversa con flavonoles (−0.61). En cuanto al peso de 100 semillas, se muestra una relación inversa moderada con ca-dpph (−0.65) y con los flavonoides (−0.55). Por su parte, la densidad aparente demostró una correlación sólida con el contenido de flavonoides (0.8) y moderada con el contenido de fenoles totales F-C (0.54).
De acuerdo con la agrupación basada en los tres componentes principales, derivada del análisis de las 13 variables consideradas, la figura 2 presenta las relaciones entre los distintos tratamientos de fertilización de frijol pinto San Rafael y pinto Libertad. Se distinguen tres grupos distintivos para pinto San Rafael, En el grupo I, constituido por srsf (ausencia de fertilización), se observa mayor similitud con srorg (fertilización orgánica), caracterizado por un contenido elevado de compuestos fenólicos y actividad antioxidante, aunque con un peso de 100 semillas menor. El grupo II, compuesto por srmix (fertilización mixta) exhibe características intermedias y es más cercano al grupo I, a pesar de su alto rendimiento en la obtención del extracto seco y del contenido de compuestos fenólicos, y de que presenta una capacidad antioxidante reducida. El grupo III, formado por srfm (fertilización mineral), se caracteriza por tener un mayor peso de 100 semillas; sin embargo, registra el contenido más bajo de compuestos fenólicos y de actividad antioxidante. Los resultados sugieren que para la variedad San Rafael, la fertilización mineral puede brindar mayor tamaño de grano, a expensas de una calidad nutracéutica inferior. En contraste, si se busca una propuesta nutracéutica, entonces el rendimiento puede disminuir; por lo tanto, una opción equilibrada podría ser la aplicación de la fertilización mixta.
Figura 2. Agrupamiento de los tratamientos de fertilización de acuerdo con pca para frijol pinto San Rafael y Libertad
En la variedad Libertad también se identifican tres grupos distintivos: el grupo I integrado por lsf (ausencia de fertilización) y lmix (fertilización mixta) se presenta un valor intermedio para el peso de 100 semillas, pero con un reducido contenido de compuestos fenólicos y baja actividad antioxidante. Estos tratamientos provocan impacto nutracéutico menor. El grupo II, representado por lorg (fertilización orgánica), a pesar de tener el mayor peso de 100 semillas, registra valores intermedios de compuestos fenólicos y capacidad antioxidante y tiene más similitud con el grupo I. El grupo III, formado por lfm (fertilización mineral), a pesar de su menor peso de 100 semillas, brinda los niveles más altos de compuestos fenólicos y de actividad antioxidante.
Los resultados sugieren que para la variedad San Rafael, la fertilización mineral brindará semilla de mayor tamaño, pero con menor calidad nutracéutica; por el contrario, si se busca una mejor propuesta nutracéutica, entonces el tamaño del grano será menor, por lo que una alternativa equilibrada sería la aplicación de la fertilización mixta. En cuanto a la variedad Libertad, si se busca una mejor propuesta nutracéutica, entonces el tratamiento mineral es el recomendado, aunque con menor tamaño de la semilla; sin embargo, con la fertilización orgánica se consigue una propuesta nutracéutica y un tamaño de semilla intermedios, por lo que resulta ser la mejor alternativa de fertilización, por no hablar de los beneficios adicionales que trae consigo el uso de fertilizantes orgánicos.
Discusión
En relación con las características físicas de la semilla, ambas variedades presentan granos de tamaño medio (38 g/100 semillas), de forma oval y con un color crema con manchas café claro. Es notable la similitud en la apariencia de las variedades de frijol pinto San Rafael y Libertad, aspecto que fue confirmado con los datos de color, peso de 100 semillas y densidad aparente, pues presentan un tamaño mediano a grande, cuya características coinciden con reportes previos que describen las variedades San Rafael y Libertad (Rosales, Nava et al., 2014; Acosta-Gallegos et al., 2016). En respuesta a la demanda de los productores que buscan características superiores a la variedad pinto Saltillo, tales como precocidad en el cultivo, resistencia al oscurecimiento de la testa y mayor tamaño de grano, se han desarrollado variedades mejoradas, tomando a pinto Saltillo como un ancestro común de pinto San Rafael y pinto Libertad. San Rafael, obtenida en 2004 por la cruza biparenteral de pinto Bayacora y pinto Saltillo, se adaptó al altiplano y al noroeste del país, con fotoperiodo neutral, adaptándose a todas las épocas del año, siempre y cuando tuviera suficiente humedad. Por otro lado, la variedad Libertad surge de la simple cruza entre pinto Mestizo y pinto Saltillo (2009), también de maduración temprana, capaz de almacenarse y de evitar el oscurecimiento, atributo que le brinda un alto valor comercial al aumentar su vida de anaquel (Rosales, Acosta et al., 2009).
En relación con el color de las semillas, se han reportado diversos estudios que describen las propiedades cromáticas del frijol pinto producido en Casselton, Dakota del Norte, Estados Unidos. Los resultados revelaron valores de luminosidad (L) de 45.3, tonalidad roja (a) de 6.5, tonalidad amarilla (b) de 6.7, matiz (hue) de 0.8 y saturación (Croma) de 9.3 en la escala de color Hunter (Xu et al., 2007). Mientras que Giusti et al. (2017) evaluó frijol pinto de origen canadiense en el sistema CIELab*, con valores de L* 57.95, a* 8.1, b* 14.94, C* 145.34 y un matiz de 0.14. Comparando estos datos con las variedades mexicanas de frijol pinto San Rafael (L* 67.6 ± 2.1; a* 2.3 ± 1.0; b* 15.7 ± 0.7; h 81.6 ± 3.6; C* 15.8 ± 0.6) y pinto Libertad (L* 65 ± 2.0; a* 4.0 ± 0.2; b* 15.5 ± 0.7; h 75.6 ± 0.8; C* 16.2 ± 0.6), se puede observar que estas últimas presentan una mayor luminosidad, una tonalidad roja menos pronunciada, un ligero incremento en la tonalidad amarilla y valores de saturación más bajos.
Cabe destacar que el color de la testa del frijol tiene una importancia significativa con los compuestos fenólicos presentes en el frijol, los cuales, a su vez, están relacionados con las propiedades antioxidantes (Xu, 2007; Rocha-Guzmán et al., 2007; Oomah, 2010; Giusti et al., 2017; Rodríguez-Madrera et al., 2021). Se ha observado que los frijoles de colores intensos, como el negro, presentan niveles más elevados de estos compuestos, mientras que los frijoles blancos o claros tienen niveles más bajos. En este contexto, el frijol pinto se sitúa en un término intermedio de color.
Se ha reconocido que en el organismo ocurren diversos procesos bioquímicos y fisiológicos que generan especies reactivas de oxígeno, cuyos agentes oxidantes son los responsables de desencadenar el estrés oxidativo, que surge cuando la producción de oxidantes supera la capacidad de la célula para neutralizarlos. Esta situación puede ocasionar daño celular y propiciar diversas enfermedades crónicas degenerativas, como aterosclerosis, enfermedades cardiovasculares, diabetes, hipertensión y Alzheimer, entre otras. La ingesta regular y variada de alimentos ricos en compuestos fenólicos puede tener un efecto fisiológicamente beneficioso a largo plazo. Estos compuestos poseen la capacidad de proteger el organismo contra el daño oxidativo celular y la inflamación debido a su potencial para capturar radicales libres. Adicionalmente, ejercen influencia sobre la actividad de enzimas redox, así como de secuestrar o quelar metales. Tal potencial ha sido demostrado por Oomah et al. (2010) en extractos de frijol pinto.
En términos de obtención del extracto seco de compuestos fenólicos de la variedad pinto San Rafael, se observó un rendimiento ligeramente superior (18.2 a 20 g/100g) en comparación con pinto Libertad (17.8 a 19.4%). Estos valores se encuentran dentro del rango de rendimientos de extracto seco (12.2 a 20.6 g/100 g) reportados por Madhuhith et al. (2004).
Al analizar los niveles de compuestos fenólicos por el método de Folín-Ciocalteau se observan disminuciones hasta de 43% en los tratamientos de ausencia de fertilización y fertilización mixta para la variedad Libertad, y reducciones de 52% en el tratamiento mineral para la variedad San Rafael, cuando es comparado con el contenido de harina de frijol Flor de Mayo 32 (2.25 mg EcaT/g), según lo reportado por Cardador-Martínez et al. (2002). En el mismo sentido, Giusti et al. (2017) registraron valores superiores (2.04 mg GAE/g) de compuestos fenólicos totales en frijol pinto de origen canadiense, a diferencia de nuestros resultados que oscilan entre 1.07 y 1.30 mg GAE/g para San Rafael, y entre 1.18 y 1.35 mg GAE/g para Libertad. Un estudio realizado por Sutivisedsak et al. (2010) reveló valores de 2.23 a 10.42 mg GAE/g de fenólicos totales en el cotiledón del frijol pinto, mientras que la cascarilla mostró valores superiores desde 1.28 hasta 52.94 mg GAE/g, obtenidos mediante extracción asistida con microondas en etanol al 50%, a distintas temperaturas, desde 25 hasta 150 °C, lo que evidencia que este método fue más efectivo para la extracción de compuestos fenólicos, en comparación con nuestros resultados. En relación con el contenido de compuestos fenólicos en diferentes genotipos mesoamericanos de frijol café y crema, los promedios fueron 2.1 ± 0.45 y 2.2 ± 0.4 mg GAE/g, respectivamente. Estos valores casi duplican los niveles encontrados en las variedades pinto en este estudio. Además, se observó una capacidad antioxidante de 27 ± 6.6 y 31.4 ± 10.4 µmol TE/g mediante la prueba del dpph, respectivamente, superando 10 veces los resultados de este estudio, de acuerdo con las investigaciones de Rodríguez-Madrera et al. (2021). Las diferencias marcadas en el contenido de los compuestos fenólicos de trabajos previos pueden deberse a diversos factores; entre ellos, las distintas variedades de frijol pinto, los distintos métodos de cultivo y la variación de las técnicas de extracción utilizadas. Asimismo, el análisis de los fenólicos totales por categoría o grupo reveló resultados consistentes con los obtenidos para la variedad Othello que utilizó extracciones con acetona y agua. Los valores obtenidos fueron 13.26 y 10.04 mg ECAT/g para fenoles totales, 0.83 y 0.79 mg ECAF/g para ésteres tartáricos, y 0.43 mg EQUE/g, respectivamente. Según los resultados de este estudio, el contenido total de compuestos fenólicos fue hasta 1.67 veces mayor en el tratamiento orgánico para la variedad San Rafael, y 1.38 veces mayor para el tratamiento mineral en la variedad Libertad. En tanto, los ésteres tartáricos mostraron valores comparables con los del tratamiento orgánico en ambas variedades, San Rafael y Libertad, mientras que los tratamientos sin fertilización, fertilización mineral y fertilización mixta de San Rafael, así como el tratamiento sin fertilizar de Libertad, presentaron valores hasta 20% más bajos en comparación con la variedad Othello. En relación con los flavonoles, el contenido resultó ser hasta 1.8 veces mayor en la variedad San Rafael, y 1.5 veces mayor en la variedad Libertad, en comparación con el frijol pinto Othello, según lo reportado por Oomah et al. (2010).
Los valores de capacidad antioxidante registrados para las variedades San Rafael (34.1 a 40.5 µmol TE/g) y Libertad (36.7 a 43.1 µmol TE/g) fueron de 2.47 hasta 3.12 veces más elevados que los valores de la capacidad antioxidante obtenidos por medio de la prueba del dpph para la variedad pinto (13.79 µmol TE/g), según lo informado por Xu et al. (2007). Sin embargo, estos valores superiores registraron un porcentaje de inhibición menor en la prueba del dpph en comparación con el 80.3% reportado por Giusti et al. (2017). Además, tanto Giusti et al. (2017) como Antón et al. (2008) reportaron una correlación positiva entre los niveles de compuestos fenólicos totales y la capacidad antioxidante medida por el ensayo del dpph. Cabe resaltar que los valores de capacidad antioxidante obtenidos por las variedades pinto San Rafael y pinto Libertad superaron los registrados para la harina de frijol Negro 8025 crudo (1.31 a 4.9 µmol TE/g) mediante las pruebas del dpph y el abts, tal como indican Ramírez-Jiménez et al. (2014). De manera similar, se observó que estos valores sobrepasaron los obtenidos para extractos de frijol Negro y frijol Rojo de Brasil (17.04 µmol TE/g y 21.09 µmol TE/g, respectivamente) (Soriano et al., 2015).
El análisis de los componentes principales brindó una comparación más integral entre los diferentes tratamientos empleados en el cultivo del frijol, de acuerdo con la similitud de los diversos parámetros evaluados, centrándose principalmente en su composición nutracéutica, dada por los compuestos fenólicos y su actividad antioxidante. Los resultados sugieren un efecto diferencial dependiente de la variedad de frijol, lo cual se señala en estudios similares con extracto de kelp, al estudiar diferentes tratamientos de fertilización (Kocira, Kocira et al., 2018).
El primer componente, que explica la variabilidad media (54%), está asociado con el contenido de los compuestos fenólicos de frijol, analizados por el método de Folic-Ciocalteau, que es ampliamente utilizado en la caracterización inicial de compuestos fenólicos y que correlaciona estrechamente con la capacidad antioxidante por dpph (0.70). En conjunto, proporciona información del potencial nutracéutico del frijol. Se sabe que los principales compuestos fenólicos del frijol pinto son los ácidos p-coumárico, ferúlico, sinápico y gálico, además de clorogénico, catequina y epicatequina (Luthria y Pastor-Corrales, 2006; Lin et al. 2008; Giusti et al. 2017).
El segundo componente, asociado al rendimiento del extracto seco, así como a los fenoles totales evaluados por el método uv, experimenta una alta correlación (0.79), permitiendo identificar diferencias con base en un método muy simple para clasificar compuestos fenólicos por grupo y cuantificar los flavonoides, siendo kaempferol el principal flavonoide reportado en frijol pinto. El 12% de la variabilidad total es explicada por el tercer componente, relacionado con el peso de 100 semillas y la densidad aparente, y, de manera sorpresiva, con la capacidad antioxidante y el porcentaje de ara por abts; sin embargo, no se observa una correlación directa entre estos parámetros. Se destaca una correlación negativa moderada entre la capacidad antioxidante por dpph y por % ara-dpph y el peso de 100 semillas (−0.65), lo que sugiere que, a medida que aumenta el tamaño del grano, la capacidad antioxidante disminuye.
De acuerdo con el análisis de agrupación, basado en las similitudes de los parámetros analizados para cada tratamiento y para cada variedad, en pinto San Rafael, se observó que el grupo I conformado por srsf y srorg presentó un contenido de compuestos fenólicos y actividad antioxidante superiores. Este comportamiento puede ser explicado como una respuesta adaptativa mediante la cual aumenta la concentración de estos compuestos como un mecanismo de defensa intrínseco ante la baja disponibilidad de nutrientes, como se evidencia en el tratamiento sin fertilización. Estos resultados concuerdan con el trabajo de Kocira, Świeca et al. (2018), que emplearon extracto de algas marinas como fertilizante y reportaron un efecto positivo en el contenido de compuestos fenólicos totales, flavonoides y antocianinas, así como en la capacidad antioxidante en frijol. Por otro lado, la fertilización orgánica se mostró como una alternativa intermedia en la variedad Libertad, donde lorg presenta mayor tamaño del grano, pero con valores intermedios de compuestos fenólicos y capacidad antioxidante. Es importante señalar que, a pesar de las controversias en torno de la calidad de los productos cultivados bajo sistemas orgánicos, Yu et al. (2018) demuestran que los productos orgánicos brindan un mejor sabor, una textura más tierna, contenido de grasa inferior y contenido de fitoquímicos superior, como vitaminas, carotenoides y compuestos fenólicos, además de un enriquecimiento de minerales como Fe, Cu, Mg, Cr, Zn y P. En este estudio, los resultados obtenidos para srsf y srorg concuerdan con Ortiz-Sánchez et al. (2023), quienes aplicaron fertilización orgánica en frijol Rarámuri, cultivado en Durango. En su trabajo no encuentran diferencias significativas en el valor nutricional entre la fertilización orgánica y el control sin fertilización, lo que sugiere una alternativa sustentable sin afectar la calidad del grano.
Por su parte, en la fertilización mixta se esperaba un efecto sinérgico que mejorara la calidad de la semilla en términos de apariencia y contenido de nutracéuticos. Sin embargo, los resultados difieren para cada variedad; San Rafael srmix, a pesar de bridar alto rendimiento del extracto seco y del contenido de compuestos fenólicos, posee una capacidad antioxidante baja y presenta un valor intermedio en cuanto al peso de 100 semillas. Por otra parte, la variedad Libertad, lmix fertilización mixta, también con un valor intermedio para el peso de 100 semillas, mostró el menor contenido de compuestos fenólicos y actividad antioxidante, lo que se traduce en una baja calidad nutracéutica. Estos resultados contrastan con lo reportado por Mohamed et al. (2023), quienes sugieren que la combinación de fertilizantes orgánicos e inorgánicos puede para mejorar la calidad del frijol Nebraska. En la variedad San Rafael, la fertilización mineral tuvo un impacto negativo en la calidad nutracéutica, pero resultó en mayor peso de 100 semillas. Por el contrario, para la variedad Libertad, la fertilización mineral resultó el mejor tratamiento en términos de calidad nutracéutica, a pesar de tener tamaño de grano menor.
Es importante resaltar que ambas variedades, cuyos tratamientos srsf, srorg y lfm presentaron menor tamaño de semilla, brindan mayor contenido de compuestos fenólicos; esto podría ser un efecto físico, por medio del cual la semilla más pequeña podría tener una mayor proporción de cascarilla, mientras que las semillas más grandes podrían tener un mayor contenido de almidón, lo que diluiría la concentración de compuestos fenólicos; por lo tanto, se sugiere llevar a cabo más investigación con diferentes tipos y tamaños de semillas de frijol, para comprender mejor la relación entre el tamaño de semilla y los compuestos fenólicos, así como la proporción de la cascarilla en relación con la variedad de frijol.
A pesar de la importancia nutracéutica que se le ha atribuido al frijol en este trabajo, es relevante destacar que los productores buscan competitividad y seleccionan variedades de ciclos precoces, con mayor tamaño de grano, que presenten un oscurecimiento lento de la testa durante el almacenamiento. Por lo tanto, es esencial establecer programas de mejoramiento de semillas que puedan incorporar el máximo de características de interés para el agricultor, como las características nutracéuticas que el consumidor demanda de sus alimentos, o bien, a través de la fertilización de los cultivos.
Conclusiones
Los resultados indican que los diferentes tratamientos de fertilización no tuvieron un impacto significativo en el color de la semilla de las variedades analizadas. Sin embargo, hay diferencias significativas en la calidad nutracéutica y en el tamaño del grano de frijol en función de los tratamientos de fertilización aplicados.
A partir del análisis de componentes principales y de agrupamiento se tiene una visión clara acerca de cómo los diferentes tratamientos de fertilización impactan en la calidad nutracéutica y en el tamaño del grano de frijol, lo que ha permitido identificar tres componentes principales clave en este estudio. El principal componente se relaciona directamente con el potencial nutracéutico del frijol y está influenciado en gran medida por el contenido de compuestos fenólicos totales evaluados mediante el método Folín-Ciocalteau y por la capacidad antioxidante evaluada mediante el método dpph. El segundo componente está vinculado con el rendimiento del extracto seco de compuestos fenólicos y los fenólicos totales evaluados por grupo. Mientras que el tercer componente principal se asocia con el tamaño del grano de frijol, representado por el peso de 100 semillas y la densidad aparente, así como por la capacidad antioxidante medida con el método abts.
Se observa una respuesta diferencial en función de la variedad estudiada; específicamente en el caso de la variedad San Rafael, la aplicación de fertilización orgánica promueve una mayor calidad nutracéutica en el grano de frijol a costa de un tamaño menor. Por otro lado, la fertilización mixta se presenta como una alternativa equilibrada que combina calidad nutracéutica y tamaño de grano. En contraste, la fertilización mineral produce semillas de mayor tamaño, pero con una calidad nutracéutica inferior. Para la variedad Libertad se observa una respuesta positiva a la fertilización mineral en términos de calidad nutracéutica, aunque con un tamaño de grano más pequeño. La fertilización orgánica, en este caso, ofrece una propuesta intermedia en cuanto a calidad nutracéutica y tamaño de semilla y representa la mejor alternativa en general, considerando los beneficios adicionales que aporta en términos de sostenibilidad y calidad nutracéutica en el grano de frijol.
Agradecimientos
Al Instituto Politécnico Nacional, Secretaría de Investigación y Posgrado, Proyecto Multidisciplinario 2096: “Evaluación de diferentes estrategias de fertilización orgánica en cultivos de interés alimentario: impacto a nivel agronómico, calidad nutrimental y nutracéutica de los cultivos”, proyectos sip 20201568, sip 20210248 y sip 20220612. Agradecemos a Ana Rosa Sánchez Camarillo, estudiante del Programa de Doctorado en Biotecnología del ipn, por realizar la siembra de frijol, la aplicación de los distintos tratamientos y la cosecha del material biológico para este trabajo. También a Rigoberto Castro Rivera, colaborador del proyecto en lo que concierne a ideas, análisis de datos y discusiones, así como a Elsa Jaqueline Ayala Aguilar, estudiante de licenciatura en ciencias biomédicas de la uado-Guasave, por el análisis cuantitativo y la obtención de datos experimentales.
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