Análisis multivariado en el estudio de las variaciones en la composición aminoacídica de especies y variedades de leguminosas temporales

Revista Cubana de Ciencia Agrícola, Tomo 38, No. 3, 2004.
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El análisis multivariado en el estudio de las variaciones
en la composición aminoacídica de especies y variedades
de leguminosas temporales
María F. Díaz1, G. Coto2, C. Padilla1, Verena Torres1, Acela González1
y Aída Noda1
1
Instituto de Ciencia Animal, Apartado Postal 24, San José de las Lajas,
La Habana . Correo electrónico: [email protected]
2
Centro de Histoterapia Placentaria, Autopista Novia del Mediodía y 173,
La Lisa, Ciudad de La Habana
Para determinar mediante el análisis multivariado los principales aminoácidos que indican las diferencias
entre especies y variedades de leguminosas evaluadas, se trabajó con 16 variedades de cinco especies: Vigna
unguiculata (Blanca, Viñales 144A, Habana 82, INIFAT 93, INIFAT 94, Trópico 782 y Cubanita 666),
Glycine max (Duocrop, INCASOY 27, INCASOY 24, Cubasoy 23, Doco e INIFAT V9), Canavalia
ensiformis, Lablab purpureus (dólico) y Styzolobium niveum (mucuna). Las leguminosas se sembraron
durante el período lluvioso en un suelo ferrálico rojo típico y se cosecharon al finalizar el proceso de
maduración de las semillas, cuando 95 % de las vainas estuvieron secas. Los aminoácidos no esenciales
explicaron el mayor porcentaje de la variabilidad entre las especies y variedades de leguminosas. El ácido
glutámico (20.17 g/100 g aa), ácido aspártico (10.51 g/100 g aa), treonina (8.41 g/100 g aa), leucina
(8.32 g/100 g aa), lisina (5.79 g/100 g aa), y arginina (6.24 g/100 g aa) pudieran considerarse como aminoácidos
mayoritarios en las especies estudiadas. Para la mayoría de las variedades, los resultados indicaron buen
balance aminoacídico, con concentraciones de aminoácidos esenciales comparables o superiores a las del
patrón de referencia de la FAO. Se recomienda complementar la información obtenida, determinando los
contenidos de metionina y triptófano, además de profundizar en el estudio de la composición aminoacídica
de estas leguminosas, con respecto al efecto de los factores edafoclimáticos y de manejo agronómico.
Palabras clave: composición aminoacídica, análisis multivariado, leguminosas, canavalia, dólico, mucuna,
vigna y soya.
Las semillas de leguminosas son una fuente importante de proteína, energía, vitaminas y
minerales para el consumo humano y animal.
Estudios realizados en el Instituto de Ciencia
Animal (ICA) demuestran la importancia
agronómica y nutricional de las leguminosas
temporales, entre las que se hallan Vigna unguiculata (L.) Walp. (caupí), Canavalia ensiformis
(L.) DC (canavalia), Stizolobium niveum (L.)
DC (mucuna), Glycine max (L.) Merrill (soya)
y Lablab purpureus (L.) Sweet (dólico), consideradas fuentes no convencionales para la alimentación animal (Díaz 2000 y Díaz et al. 2001).
Con respecto a este tema, la literatura internacional refiere que la digestibilidad y utilización de la proteína son procesos complejos
que, entre otros factores, dependen de la estructura específica de ésta, al manifestar resistencia a la acción de las enzimas proteolíticas
(Eladawy et al. 2000 y Siddhuraju y Becker 2001).
Las proteínas de estas leguminosas tienen
una composición balanceada de aminoácidos
esenciales como histidina, isoleucina, leucina,
lisina, fenilalanina, tirosina, treonina, triptófano
y valina. La concentración de lisina es particularmente alta, lo que la convierte en una fuente primaria de proteína. Sin embargo, el valor total combinado de los aminoácidos
azufrados esenciales, metionina y cisteína
se encuentra por debajo de los patrones recomendados (Arora 1995, Bau et al. 2000 y
Bressani 2000).
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Revista Cubana de Ciencia Agrícola, Tomo 38, No. 3, 2004.
En Cuba, la información acerca de la composición aminoacídica de las leguminosas no
es amplia, y los datos que se hallan disponibles son de gramíneas (Coto y Herrera 1980 y
1984). Actualmente no existen estudios sobre
la composición aminoacídica que integren diferentes especies y variedades de leguminosas temporales, y que permitan determinar cuáles son los aminoácidos que establecen las
principales diferencias entre ellas. Este tipo de
análisis resulta imprescindible en Cuba y en el
trópico, por su posible aplicación como fuente
de alimento no convencional.
Por esto, el objetivo de este estudio fue
determinar, mediante la utilización el análisis
multivariado, los principales aminoácidos que
indican las diferencias entre las especies y
variedades de las leguminosas evaluadas.
Materiales y Métodos
Se trabajó con 16 variedades de cinco especies de leguminosas: Vigna unguiculata cv.
Blanco, Viñales 144A, Habana 82, INIFAT 93,
INIFAT 94, Trópico 782 y Cubanita 666, Glycine
max cv. Duocrop, INCASOY 27, INCASOY 24,
Cubasoy 23, Doco e INIFAT V9, Canavalia
ensiformis, Lablab purpureus, y Styzolobium
niveum. Estas se sembraron en un suelo
ferrálico rojo típico (Anon 1999) y se cosecharon al finalizar el proceso de maduración de las
semillas, cuando 95 % de las vainas se encontraban secas. Después del proceso de trilla y de
beneficio, los granos se expusieron al sol durante uno o dos días, para reducir su humedad
entre 12 y 14 %. Posteriormente se almacenaron
entre 6 y 10 °C, a una humedad relativa inferior a
85 % hasta su utilización.
Procedimiento. Se utilizó el método de
muestreo propuesto por Lees (1969), para la
obtención de muestras representativas de los
16 lotes de semillas almacenadas. Las muestras homogéneas, sin procesar se molinaron
en un molino de martillo Culatti Typs MFC,
con tamiz de 1 mm de diámetro.
Para determinar la composición aminoacídica se realizó una hidrólisis previa de las muestras con HCl 6 N. Los hidrolizados se examinaron en un analizador de aminoácidos ALPHA
PLUS II (Anon 1986) y los requisitos generales
para la elaboración de los Procedimientos Normalizados de Operación (PNO AC. 01. 001. 94).
Para seleccionar los aminoácidos que establecen las principales diferencias entre especies y variedades se utilizó el análisis de componentes principales (Morrison 1967, citado
por Quevedo 1993 y Torres et al. 1993), mediante la utilización del sistema estadístico SPSS
(Visaula 1998). Como criterio de componentes
principales, se tomaron aquellos que presentaron valor propio superior a 1 e indicadores cuyos factores de peso o de preponderancia resultaron mayores de 0.75. Con los indicadores
principales seleccionados se realizó el análisis
de Cluster, para agrupar aquellas variedades o
especies con comportamiento similar, estableciendo los estadígrafos de posición y dispersión de cada grupo.
Resultados y Discusión
Los resultados del análisis de componentes principales mostró que, excepto la cisteína,
fenilalanina, glicina, isoleucina, lisina y
treonina, el resto de los aminoácidos constituyeron variables principales, con factores de
suma superiores a 0.76. Estos explicaron 80 %
de la variabilidad entre las variedades y especies evaluadas. Con excepción de la glicina y
cisteína, todos fueron aminoácidos esenciales,
lo que indicó que la mayor parte de la variabilidad se explicó por los aminoácidos no esenciales (tabla 1).
Los resultados del análisis de Cluster con
los aminoácidos que explicaron el mayor porcentaje de la variabilidad, mostraron la posibilidad de agrupar las variedades en cuatro grupos (tabla 2). La comparación de cada uno con
los restantes indicó poca variabilidad en la composición aminoacídica de las leguminosas. El grupo 1 se caracterizó por los valores más elevados
de histidina y serina, el 2 por su superioridad en
contenido de tirosina, valina y leucina. El tercero
mostró los mayores tenores de alanina y arginina,
mientras que en el grupo 4 sobresalieron el ácido
glutámico, ácido aspártico y la prolina.
La variabilidad entre los cuatro grupos se
pudiera explicar porque si los contenidos de
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Tabla 1. Matriz de factores de peso entre las componentes principales (CP) y las variables en
granos de leguminosas
Variables
C P1
C P2
C P3
C P4
Alanina
- .08150
.84889
.08130 - .17817
Arginina
.11448
.94033 - .00754 - .02311
Acido Aspártico
- .30408 - .00069 - .83259
.17534
Cisteína
. 3 15 2 8 - . 0 12 4 5
.53254
.62857
Fenilalanina
.12330
.48893 - .21267
.51880
Glicina
- .54823
. 2 6 0 12
.00176 - .41247
Acido Glutámico
- . 8 3 0 6 2 - . 16 3 0 0
.04896
.03792
Histidina
- .27449 - .16035
.84532
.16538
Isoleucina
.27084 - .21924 - .05145
.19229
Leucina
.26667 - .25416 - .01826
.05360
Lisina
.03952
.14441
.69018
.10013
Prolina
- .15256 - .21194
.09391
.83213
Serina
.05803
.16100
.12294
.07063
Tirosina
.76284 - .20037
.08426 - .06091
Treonina
. 0 9 5 6 7 - . 5 4 7 15
.38842 - .45941
Valina
.79564
.16165
.12905
.07453
Valor Propio
3.21
2.78
2.21
2.12
Porcentaje de la variedad
20.10
17 . 4 0
13.80
13.30
explicada
C P5
- .11894
.06375
- .19692
- .31477
.24047
- . 17 9 7 2
- .15643
.22884
.60980
.06641
- .26767
.30154
.84847
.07810
- .44305
- .03997
1. 3 6
C P3
.01214
- . 19 4 7 0
.11165
- .13970
.41257
.43877
.07459
- . 10 9 2 2
.08968
.88868
.20891
.07485
- .01736
.19335
.01865
.41886
1.13
8.50
7 . 10
Tabla 2. Composición aminoacídica de los grupos obtenidos por análisis de Cluster (g/100 g aa)
Aminoácidos
Alanina
Tirosina
Histidina
Valina
Prolina
Arginina
Serina
Leucina
Acido aspártico
Acido glutámico
1
Grupo 1
Grupo 2
Canavalia,Dólico, INIFAT 93 y Mucuna
94, Trópico 782, Blanca,
Habana 82, Duocrop,
INCASOY 24, Cubasoy 23,
Doco y V9
Media
DE
0.86
0.40
0.87
3.02
0.94
5.29
4.07
0.71
0.69
4.28
0.93
5.39
4.68
1. 5 9
4.73
6.24
1.66
6.49
6.38
2.77
4.98
8.32
1.23
12.19
10.51
3.82
16.45
20.17
3.00
15.70
Grupo 3
INCASOY 27 y
Viñales 144 A
Media
1. 8 3
2.44
2.83
3.32
3.68
11.32
6.26
2.64
12.58
18.85
DE
1. 5 3
0.21
0.78
0.38
1.00
3.12
1. 0 1
2.57
0.42
3.95
Grupo 4
Cubanita
666
0.58
1. 6 3
3.62
1. 8 0
7 . 16
4.53
5.12
5.36
17.91
27.73
Patrón
FAO1
2.9
4.3
4.9
Patrón de referencia provisional de la FAO (D’Mello 1995)
proteínas pueden ser similares, la estructura
primaria que las conforma está determinada por
secuencias aminoacídicas diferentes y, por lo
tanto, su contenido puede variar (Wathelet
1999, Lambot 2002 y Ferreira et al. 2003).
Al comparar los contenidos de aminoácidos con respecto a un patrón de referencia
de la FAO (D´ Mello 1995), excepto las variedades de los grupos 3 y 4, todas mostraron valores superiores al patrón de la FAO para los
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Revista Cubana de Ciencia Agrícola, Tomo 38, No. 3, 2004.
aminoácidos esenciales tirosina y valina; mientras que para la leucina, la variedad INCASOY
27 fue la responsable de la deficiencia manifestada en el grupo 3 con respecto a este
aminoácido.
Para el resto de los aminoácidos esenciales, que no fueron variables principales, se
determinó el contenido medio de todas las variedades, y los valores resultaron superiores
al compararlos con el patrón de referencia de
la FAO. Esto demostró la calidad nutritiva de
los granos de estas leguminosas (tabla 3).
riedades de leguminosas estudiadas. El ácido
glutámico, ácido aspártíco, treonina, leucina y
lisina pueden considerarse los aminoácidos
mayoritarios entre las especies evaluadas.
Se recomienda complementar la información, mediante la determinación de los contenidos de metionina y triptófano. Asimismo, se
sugiere profundizar en el estudio de la composición aminoacídica de estas leguminosas, con
respecto al efecto de los factores edafoclimáticos y de manejo agronómico.
Tabla 3. Contenido medio de aminoácidos que no constituyeron variables principales para las variedades de leguminosas
1
Aminoácido
Media
Cisteína
Fenilalanina
Alanina
Isoleucina
Lisina
Treonina
4.11
4.73
0.99
5.02
5.79
8.41
Patrón FAO1
2.0
2.9
DE
0.76
0.39
0.17
0.68
0.21
1.35
4.3
4.9
2.9
Patrón de referencia provisional de la FAO (D’Mello 1995)
Los resultados de este trabajo son muy
importantes como fuente de información para
el estudio de las leguminosas en Cuba, ya que,
generalmente, el contenido de algunos
aminoácidos como la cisteína, ácido glutámico
y aspártico se encontraron por encima de lo
planteado por la literatura internacional. Sin
embargo, se corresponden con los hallazgos de
Coto y Herrera (1980 y 1984) al determinar la composición aminoacídica en variedades de Cynodon
dactylon, en las que hallaron una distribución
estacional de los aminoácidos, determinada por factores climáticos y de manejo, así como contenidos
de aminoácidos ramificados y de cisteína superiores a los informados en la literatura internacional
para las especies evaluadas.
Se encontró un buen balance aminoacídico,
con concentraciones de aminoácidos esenciales comparables o superiores con las del patrón de referencia de la FAO para la mayoría de
las variedades. Los aminoácidos no esenciales fueron los que explicaron el mayor porcentaje de la variabilidad entre las especies y va-
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Recibido: 2 de junio de 2003.
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Revista Cubana de Ciencia Agrícola, Tomo 38, No. 3, 2004.
República de Cuba
Universidad de Camagüey
Facultad de Ciencias Agropecuarias
La Facultad de Ciencias Agropecuarias de la
Universidad de Camagüey oferta la Maestría de
Producción Animal Sostenible que se inició en
el año 1996. Tiene cuatro ediciones terminadas y
comienza su quinta edición en enero del 2004.
Posee cuatro menciones que son las siguientes:
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Modalidades:
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años (un año para las asignaturas obligatorias común a todas las menciones, un
semestre para las asignaturas optativas y
específicas de cada mención y un semestre para el trabajo de tesis).
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de los cuales 13 son doctores en ciencias (PhD)
y 2 máster en ciencias (MSc) .
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Roberto Vázquez Montes de Oca PhD
Coordinador General Maestría de Producción Animal Sostenible
Facultad de Ciencias Agropecuarias, Universidad de Camagüey.
Carretera Circunvalación Norte km 5½, Camagüey 74650, Cuba
Teléfono: + 53 32 261593
Fax: + 53 32 262812 / 261116
E-mail: [email protected]
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