Introducción

El maíz morado (Zea mays L.) es integrante de la raza Kculli, una de las 52 razas que aún se cultiva en los Andes peruanos (^{MINAM, 2018}). Es único en el mundo por tener los granos, brácteas y la coronta (tusa) de color morado a negro debido a las antocianinas que poseen. Las antocianinas son pigmentos naturales hidrosolubles del grupo de los flavonoides -glucósidos de las antocianidinas-, presentes en las vacuolas de células vegetales, que otorgan el color rojo, púrpura o azul a las hojas, flores y frutos de los arándanos, cerezas, frambuesas, repollo morado, berenjena y del maíz (^{Guillén-Sánchez et al., 2014}). En el caso de maíz la cantidad de antocianinas depende del tipo de maíz (genotipo), del órgano de la planta y de las condiciones ambientales donde crezca esta planta (^{Duangpapeng et al., 2019}). Estos pigmentos representan un potencial para el reemplazo competitivo de colorantes sintéticos en alimentos, productos farmacéuticos y cosméticos y para la obténción de productos con valor agregado dirigidos al consumo humano (^{Gullón et al., 2020}). Este producto es reconocido por la Unión Europea y por la Legislación Japonesa con el Código E-163 (^{INDECOPI, 2016}). La siembra de maíz morado por los agricultores en la sierra de Perú puede ser una alternativa rentable y por lo tanto una opción para vincular al pequeño agricultor con el mercado, ya que con la venta de grano, coronta y brácteas con alto contenido de antocianinas podría obtener al menos 4 veces más de ingresos que sembrando el maíz amiláceo que tradicionalmente cultiva el agricultor con producciones promedio de 1,5 t ha^-1 de grano, que les significa un ingreso de solo S/ 4500 ha^-1.

Se han identificado seis tipos de antocianinas: Cianidina 3-O-b-Glucósido (llamada C3G, responsable del 70 por ciento de la intensidad del color), Pelargonidina (3 moléculas) y Peonidina (2 moléculas) (^{Castañeda et al., 2005}). Sus funciones en las plantas son múltiples, desde la protección de la radiación ultravioleta, la atracción de insectos polinizadores, hasta impedir la congelación de las frutas, como las uvas (^{Gorriti et al., 2009}; ^{Guillén-Sánchez et al., 2014}). Su demanda es considerable en la industria alimentaria, cosmética y farmacéutica para reemplazar a los colorantes sintéticos, debido a su naturaleza química e inocuidad (^{Jing et al., 2007}; ^{Gorriti et al., 2009}; ^{Gullón et al., 2020}).

Estos fitoquímicos presentes en el maíz morado tienen efectos benéficos, tales como su capacidad antioxidante o de neutralización de radicales libres (^{Tian et al., 2018}; ^{Tian et al., 2019}; ^{Monroy et al., 2020}) y actuar como anti mutagénico (^{Jing y Giusti, 2007}; ^{Guillén-Sánchez et al., 2014}; ^{Simla et al., 2016}). En el organismo humano, los factores vitamínicos que posee son utilizados como protectores capilares y venosos (^{Moreno-Loaiza y Paz-Aliaga, 2010}; ^{Heras et al., 2013}) previenen problemas de ateroesclerosis. Además, ayudan a prevenir enfermedades cardiovasculares, ya que estimulan la circulación de la sangre y protegen los vasos sanguíneos de un posible deterioro oxidativo (ayudan a prevenir el envejecimiento prematuro). El maíz morado es recomendado por su efecto antiinflamatorio (^{Zhang et al., 2019}) y sirve para ayudar la regeneración de tejidos y formación de colágeno, siendo de esta forma beneficioso para la salud de la piel. Ayuda a controlar y reducir los niveles de colesterol en la sangre y a mantener una presión arterial baja. Ayuda a que el organismo sintetice los ácidos grasos siendo esto muy favorable para las personas con diabetes (^{Zhang et al., 2019}; ^{Ferron et al., 2020}) y para las personas que padecen de obesidad. Se estudia la posibilidad de que el maíz morado también sea muy bueno para prevenir enfermedades como el cáncer de colón (^{Lao et al., 2017}; ^{Sheng et al., 2018}). Con el consumo del maíz morado las posibilidades de obtener ciertos beneficios en la acción diurética e hipotensora es mayor, esta última acción parece deberse a que contiene sustancias aún no determinadas (probablemente polifenoles), que actúan en muchos casos bajando la presión arterial, además de la actividad hipotensora propia de las sustancias diuréticas (^{Arroyo et al., 2008}; ^{Jing et al., 2007}; ^{He y Giusti, 2010}; ^{Lao et al., 2017}); y por ser considerado como base para producir alimentos funcionales (^{Mansilla y Nazar, 2020}).

El objetivo de este trabajo es evaluar la producción de grano y la cantidad de antocianinas presentes en la coronta (tusa) y en las brácteas (pancas) de seis cultivares de maíz morado evaluados en ambientes de la zona altoandina de Cajamarca, Perú.

Materiales y métodos

Análisis del rendimiento

El rendimiento de granos fue obtenido por la corrección del peso de granos para 14% de humedad y ajustado a t ha^-1 mediante la siguiente fórmula:

donde: RGC es el rendimiento de granos corregido al 14% de humedad en t ha^-1; PC es el peso de campo; H° es el porcentaje de humedad del grano; (100 - H°) es el coeficiente de porcentaje de materia seca; 86 es el coeficiente de corrección de humedad al 14%; (10/AEP) es el factor de corrección para transformar kg parcela^-1 en t ha^-1; AEP es el área efectiva de la parcela, igual a 4,4 m² y D es el porcentaje de desgrane equivalente a 0,8.

Cuantificación de antocianinas

Para obtener la cantidad en equivalentes de cianidina-3-glucósido / 100 g de peso seco o porcentaje de antocianinas (unidades en las que es expresada la cantidad de Antocianinas en este documento), se utilizó la siguiente fórmula:

donde: Abs (535) es la longitud de onda absorbida (espectrofotómetro); 2000 es una constante; 982 es una constante; y P _(g) es el peso inicial de materia prima + hidroácido en g.

Resultados y discusión

En la Tabla 2 se presenta el análisis de varianza para rendimiento de grano de las seis variedades evaluadas en 28 ambientes. Se observó diferencias para ambientes, genotipos y genotipos × ambientes; la mayor parte de la suma de cuadrados esta explicada por los ambientes, seguido de la interacción genotipos × ambientes; por esta razón se decidió analizar los datos utilizando el modelo AMMI. Según este modelo los dos componentes principales (PC1 + PC2) son responsables del 61,2% de la suma de cuadrados.

En el biplot de AMMI (Figura 1) algunos ambientes como A4, A11, A13, A18, A20, A24 y A25 están más cerca al origen; por lo tanto, no hacen una buena discriminación de los cultivares, probablemente por el reducido número de cultivares en estudio y también porque tres de ellos (INIA 601, Morado Mejorado y UNC 47) están emparentados, pues se derivan de una misma base genética y por lo tanto su respuesta en estos ambientes es muy parecida. Otros ambientes como A1, A5, A7, A14, A16 y A19, que están más lejos del origen, discriminan mejor a los cultivares precisamente porque el comportamiento de estos es diferente según las condiciones que se presentaron en los ambientes de evaluación (Figura 1). Esto es un buen ejemplo para interpretar el concepto de la interacción genotipo × ambiente.

Figura 1 Biplot de AMMI con el primer y segundo componente principal (Factor 1 y Factor 2) de seis cultivares de maíz morado evaluados en 28 ambientes. 

Se calcularon los valores promedio de estabilidad (ASV = Average Stability Value) de los cultivares según el modelo AMMI para rendimiento de grano (Tabla 3). El genotipo más estable es INIA 615 (G5), seguido por UNC 47 (G4), INIA 601(G1) y Morado Mejorado (G3); todos estos cultivares aparecen cerca al centro de la Figura 1; Canteño (G2) muestra los mayores valores de ASV y está más lejos del origen, probablemente porque es una variedad que responde mejor a 1800 y 2500 m.s.n.m., que corresponde a su centro de mayor difusión en el valle del río Chillón, Lima, y no en los ambientes de sierra de más de 2500 m.s.n.m.

El biplot de la Figura 2 muestra en el eje de las ordenadas el componente principal 1 (PC1) y en el eje de las abscisas el rendimiento de grano al 14% de humedad, se describe el comportamiento de los cultivares (G_i) y de los ambientes (A_j). INIA 601 (G1) es el cultivar con más alto rendimiento de grano y Canteño (G2) el de menor rendimiento. Los ambientes que están a la derecha en los cuales los cultivares tienen rendimientos más altos como es el caso de A16 y A19; éstos corresponden a una altitud superior a 2490 m.s.n.m. (Tabla 1), donde el buen manejo del cultivo permitió que se obtengan estos resultados, ya que no se encontró relación alguna entre la altitud per se y el rendimiento como para establecer mega-ambientes con base en estos criterios. Como se indicó, los 28 ambientes de estudio pertenecen a una zona geográfica de 76,11 km² y a una elevación promedio de 2596 m, en el departamento de Cajamarca.

Figura 2 Biplot de AMMI con el primer componente principal (Factor 1) y rendimiento promedio en t ha^-1 (GY) de seis cultivares de maíz morado evaluados en 28 ambientes. 

Cuando el maíz sufre de estrés por deficiencia de agua, luz, nutrientes y, a veces, por largos fotoperiodos y falta de adaptación térmica durante la floración, la emisión de pistilos y el crecimiento de la mazorca se detienen en relación con la emisión de polen en la panoja y el intervalo entre emisión de pistilos y antesis (ASI) aumenta; esta parece ser una respuesta general de la planta a una reducción en la formación de fotosintatos durante esta etapa de crecimiento (^{Edmeades et al., 2000}), pudiendo causar problemas en la polinización y el llenado de grano en la mazorca. El ASI está altamente correlacionado con rendimiento de grano bajo estrés por sequía. En este estudio se encontró diferencias significativas en días a floración femenina, días a floración masculina y ASI entre las seis variedades. Se observó cierta tendencia entre el valor de ASV y el de ASI; INIA 615, la variedad con menor valor de ASV (0,23), es decir la de mayor estabilidad, mostró el menor valor de ASI (4,81). El valor promedio de ASI de INIA 601 y sus variedades derivadas fue alrededor de 6,0 (Tabla 4) coincidió con valores de ASV de 0,5 a 0,7. La correlación genética entre el rendimiento de grano y el ASI en diversos genotipos cultivados bajo sequía durante la floración es de aproximadamente -0,6, lo que sugiere que el ASI es un indicador visual de los procesos subyacentes que afectan el éxito reproductivo (^{Edmeades et al., 2000}).

El daño por pudrición de mazorca fue relativamente bajo; en promedio, por cada 100 mazorcas cosechadas, diez se pudrieron, cuya causa principal son hongos del género Fusarium sp. Estos daños dependen del genotipo (variedad) y de los factores ambientales donde se desarrolla el cultivo; en este sentido, el daño por pájaros incide en un mayor desarrollo de los hongos. Otro factor es el daño producido por Euxesta sp, que ataca a la mazorca desde la formación de los pistilos y continúa durante el desarrollo del grano produciendo en el ápice de la mazorca un ambiente húmedo que facilita la proliferación de hongos y consecuentemente, pudrición de mazorca. Al respecto, el daño por pudrición de mazorca de INIA 601 fue 9,1%, significativamente menor que el de PMV 581 (11,2%), las otras variedades mostraron de 10,1 a 10,6% de pudrición de mazorca, sin diferencia entre ellas (Tabla 4).

Con relación al contenido de antocianinas, ^{Li et al. (2008)} y ^{Fernandez‐Aulis et al. (2019)} indican que el maíz morado produce antocianinas en toda la planta, especialmente en las brácteas y coronta, aunque los niveles varían significativamente entre estas. En su estudio, ^{Li et al. (2008)} determinaron que los niveles de antocianinas de las brácteas oscilan entre el 17,3% y el 18,9% del peso seco, aproximadamente 10 veces más que el contenido estándar actual de grano de maíz morado. ^{Fernandez‐Aulis et al. (2019)} indican que las brácteas de maíz Cacahuacintle pueden considerarse como una fuente competitiva de antocianinas con las fuentes comerciales disponibles y que esta depende del método de extracción usado. Esos resultados coinciden con los de ^{Simla et al. (2016)}, quienes evaluaron el contenido de antocianinas, el contenido fenólico y la actividad antioxidante en el grano, la coronta, los pistilos y las brácteas de maíz ceroso morado, encontrando que los pistilos tienen un alto contenido de antocianinas en la etapa de formación de grano, pero la coronta tiene el mayor contenido de antocianinas por unidad de área, y concluyen que tanto los pistilos como las corontas pueden usarse como fuente de antocianinas en la industria alimentaria. En el presente trabajo no se calculó el contenido de antocianinas en el grano, pero se ha determinado que este es de 0,56% en el cultivar INIA 601. Esto quiere decir que para el caso de INIA 601, Morado Mejorado y UNC 47, el contenido de antocianina en la coronta es 10 veces más que el contenido de antocianinas en el grano; para el caso de antocianinas en las brácteas comparado con antocianinas en el grano, éstas son 5,7 veces para INIA 601 y alrededor de 3,2 veces para el caso de Morado Mejorado y UNC 47 (Tabla 4).

Como se mencionó anteriormente, la variedad INIA 601 proviene de un proceso de selección recurrente de progenies de medios hermanos de la Población Negro originada en 1990 en Cajabamba-Cajamarca. Desde el inicio del proceso se incidió en la selección hacia un color morado intenso de la coronta (Figura 3). El contenido de antocianinas en la coronta varía de 6,2 a 5,7% en las variedades INIA 601, Morado Mejorado, INIA 615 y UNC 47 y es significativamente mayor que el contenido de antocianinas de las variedades PMV-581 y Canteño, que varía de 4,14 a 4,66%. Con relación al contenido de antocianinas en las brácteas, la cantidad es mayor en INIA 601 (3,18%) que, en Morado Mejorado, INIA 615 y UNC 47 con cantidades entre 1,2 y 1,9% y también mayor que PMV 581 y Canteño que poseen menos del 1% (Tabla 4).

Si una variedad tiene un buen rendimiento de grano y buen contenido de antocianinas, las ventajas para el agricultor se incrementan considerablemente. Se ha calculado que por 5000 kg ha^˗1 de mazorca comercial de la variedad INIA 601, se pueden producir hasta 500 kg de corontas y 200 kg de brácteas secas y picadas con contenido de antocianinas de 6,12 y 3,18%, que es la forma como se comercializan estos productos.

Tabla 4 Rendimiento de grano al 14% de humedad, precocidad, calidad de la mazorca, acame de raíz y contenido de antocianinas en coronta y brácteas, de seis cultivares de maíz morado evaluados en 28 ambientes 

† mg/100 g de equivalente de cianidina-3-glucósido; ‡ MM = Morado Mejorado.

Promedios seguidos de la misma letra no difieren estadísticamente (p < 0,001).

El precio del grano morado seco es de S/ 2,0 por kg y el precio por kg de corontas o brácteas secas es de S/ 20. Por lo tanto, los 700 kg de corontas y brácteas secas y picadas generan un ingreso de S/ 14 000. Esto significa que produciendo en una hectárea 2500 kg de grano al 14% de humedad y 700 kg de corontas y brácteas secas y picadas, el agricultor podría obtener un ingreso bruto de S/ 19 000. Descontando el costo de producción que se aproxima a S/ 8 000 × ha (^{MINAGRI, 2017}), la utilidad neta llegaría a S/ 11 000 × ha; manteniendo los costos fijos, se obtendría mayor rentabilidad y productividad de las variedades de maíz.

Figura 3 Las antocianinas se encuentran en mayor proporción en las corontas (a) y brácteas (b) que en el grano de INIA 601. 

La poca adaptabilidad de Canteño y PMV 581 a las zonas altas de Cajamarca, demostrada por su bajo comportamiento en campo, afecta obviamente a la producción de antocianinas en toda la planta. Existen estudios al respecto con maíz morado cultivado en diferentes condiciones del país donde la producción de antocianinas no supera el 2,0% en coronta (^{Manzano, 2016}), mientras que en otros oscila entre 2,9 y 13,3% de antocianina monomérica (^{Jing et al., 2007}). Las antocianinas extraídas de la variedad INIA 601, constituyen un valor agregado importantísimo para el agricultor de la sierra que, entre 2000 y 3000 m.s.n.m., usualmente cosecha entre 1,0 y 1,5 t ha^˗1 de grano. Los resultados obtenidos en Ichocán-Cajamarca son largamente superiores a los que ^{Cuevas et al. (2011)} encontraron con cultivares de maíz morado en Bolivia, así como a los obtenidos por ^{Pinedo (2015)} en Ayacucho, Perú.

^{Cuevas et al. (2011)} reportan que los compuestos fenólicos de nueve variedades de maíz morado boliviano (cuatro variedades rojas y cinco azules: Kculli, Ayzuma, Paru, Tuimuru, Oke, Huaca Songo, Colorado, Huillcaparu y Checchi), están altamente concentrados en las paredes celulares, por lo tanto, la determinación simultánea de compuestos fenólicos solubles y enlazados es esencial para el análisis, la extracción y la cuantificación. Usaron hidrólisis enzimáticas, térmicas y alcalinas para obtener los compuestos fenólicos unidos a la pared celular. Los valores de ácido ferúlico oscilaron entre 1,33 y 2,98%, y el contenido de ácido p-cumárico entre 2,51 y 6,08%, respectivamente. El contenido total de compuestos fenólicos varió de 3,11 a 8,18% equivalentes de ácido gálico (GAE) / 100 g de peso seco, y la contribución porcentual de fenoles unidos a totales varió de 62,1 a 86,6%. El contenido de antocianina monomérica total varió de 0,01 a 0,72% equivalentes de cianidina-3-glucósido / 100 g de peso seco.

^{Pinedo (2015)} encontró mayor rendimiento de mazorca con la variedad INIA 615 (3,67 t ha^˗1) que con la variedad PMV 581 (2,78 t ha^˗1) y demostró que el contenido de antocianinas (mg/100g equivalentes de cianidina-3-glucósido) no se ve alterado por la fórmula de abonamiento con NPK que se emplee. Para su estudio probó tres fórmulas: 120-120-100, 120-110-80 y 120-90-60, logrando, respectivamente, 1,64; 2,21 y 1,62 del equivalente de antocianinas; INIA 615 alcanzó 1,82, estadísticamente igual a PMV 581 que logró 1,67. En el presente estudio, el rendimiento promedio de mazorca de PMV 581 fue 2,15 t ha^˗1, con 4,94 de antocianinas en coronta y brácteas. Por su parte Canteño, sólo rindió 1,90 t ha^˗1, y 5,29 de antocianinas en corontas y brácteas.

Puesto que el grano solo contribuye con una mínima parte de la antocianina total por planta (^{Li et al., 2008}), no se descarta la posibilidad de que en el futuro el agricultor y el consumidor final prefieran solo corontas y brácteas para extraer el pigmento. Esta tendencia estaría reforzada por la dificultad que tiene el agricultor para desgranar la mazorca y quedarse solo con las corontas, mientras no encuentre una alternativa económicamente adecuada para procesar o industrializar el grano. Una posibilidad es utilizar el grano morado para la elaboración de diferentes productos en la industria de panificación. Mientras tanto el ama de casa puede utilizar el grano una vez que extrae el pigmento hirviendo las mazorcas para hacer la «chicha morada» muy común en el Perú. En algunos casos se está utilizando el grano para la alimentación animal.

Existen diferentes métodos de extracción de antocianina, que valdría la pena analizarlos convenientemente, para adoptar un protocolo único que satisfaga los requerimientos de los científicos para identificar materiales superiores y de los industriales que utilizan el producto en procesos agroindustriales.

Existen estudios similares en campo como el anteriormente mencionado por ^{Pinedo (2015)}, quien evaluó dos variedades también consideradas en este trabajo, encontrando que el mayor rendimiento de mazorca y contenido de antocianinas lo alcanzó INIA 615 (3,67 t ha^-1 y 1,82 mg/100g equivalentes de cianidina-3-glucósido, respectivamente). Con una fertilización de 120-10-80 logró mayor rendimiento de mazorcas (3,69 t ha^-1) y sugiere que con mayores niveles de NPK se puede lograr mayor rendimiento de grano y un ligero incremento del contenido de antocianinas (alrededor de 0,02%). Los resultados de ^{Pinedo (2015)} fueron obtenidos en una sola localidad, mientras que los del presente trabajo provienen de 28 localidades en campos de agricultores, en los que se destacó la variedad INIA 601 con 2,77 t ha^˗1 y 9,30 mg/100g equivalentes de cianidina-3-glucósido en coronta y brácteas (Tabla 4).

Respecto al efecto post cosecha, mientras más tiempo permanece el maíz en el campo, la concentración de antocianinas disminuye. Al respecto, ^{Justiniano (2010)} descubrió que hay una gradiente de disminución de intensidad de color morado en las corontas, conforme avanza de la madurez fisiológica hacia la madurez de cosecha, en correlación con el peso de la coronta. La cosecha de grano en estado pastoso-dentado tuvo el mejor resultado con 59,25 de intensidad de color; la cosecha a la madurez fisiológica muestra el segundo mejor resultado con 56,25 de intensidad de color; mientras que 30 días después de la madurez fisiológica o mazorca seca en planta, obtuvo 34,75 de intensidad de color ubicándose en el último lugar. Independientemente de cuál sea la variedad recomendada, este es un dato que debe tomarse muy en cuenta e incluirse en el protocolo de pos-cosecha si se quiere obtener buenos resultados económicos con la siembra de maíz morado en zonas altas de los Andes.

Conclusiones

En la zona altoandina de Perú se recomienda sembrar la variedad de maíz morado INIA 601 porque con buen manejo agronómico se puede lograr rendimientos superiores a 2,8 t ha^˗1 de grano, superior al promedio nacional de maíz amiláceo, y un contenido promedio de antocianinas en las corontas y brácteas de 9,36%. Esta variedad es una alternativa para vincular al pequeño productor de maíz morado con la agroindustria y permitir incrementar sus ingresos. En este sentido, y con el fin de completar la cadena de este tipo de maíz, se debe investigar la cinética adecuada del secado de mazorcas a nivel de chacra, con el fin de obtener un producto con excelente calidad y cantidad de pigmento; así como en la extracción in situ de las antocianinas a nivel de productor o asociación de productores para permitirles mayores ingresos, evitando a los intermediarios.