Capitulo 1 Introducci�n

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Tipos de maiz

Ma�z, palabra de origen indio caribe�o, significa literalmente �lo que sustenta la vida�. El ma�z, que es junto con el trigo y el arroz uno de los cereales m�s importantes del mundo, suministra elementos nutritivos a los seres humanos y a los animales y es una materia prima b�sica de la industria de transformaci�n, con la que se producen almid�n, aceite y prote�nas, bebidas alcoh�licas, edulcorantes alimenticios y, desde hace poco, combustible. La planta tierna, empleada como forraje, se ha utilizado con gran �xito en las industrias l�cteas y c�rnicas y, tras la recolecci�n del grano, las hojas secas y la parte superior, incluidas las flores, a�n se utilizan hoy en d�a como forraje de calidad relativamente buena para alimentar a los rumiantes de muchos peque�os agricultores de los pa�ses en desarrollo. Los tallos erectos, que en algunas variedades son resistentes, se utilizan para construir cercas y muros duraderos.

Bot�nicamente, el ma�z (Zea mays) pertenece a la familia de las gramineas y es una planta anual alta dotada de un amplio sistema radicular fibroso. Se trata de una especie que se reproduce por polinizaci�n cruzada y la flor femenina (elote, mazorca, choclo o espiga) y la masculina (espiguilla) se hallan en distintos lugares de la planta. Las panojas -a menudo, una por tallo- son las estructuras donde se desarrolla el grano, en un n�mero variable de hileras ( 12 a 16), produciendo de 300 a 1 000 granos, que pesan entre 190 y 300 g por cada 1 000 granos. El peso depende de las distintas pr�cticas gen�ticas, ambientales y de cultivo. El grano constituye aproximadamente el 42 por ciento del poso en seco de la planta. El ma�z es a menudo de color blanco o amarillo, aunque tambi�n hay variedades de color negro, rojo y jaspeado. Hay varios tipos de grano, que se distinguen por las diferencias de los compuestos qu�micos depositados o almacenados en �l.

Las variedades cultivadas fundamentalmente para alimentaci�n comprenden el ma�z dulce y el reventador, aunque tambi�n se usan en buena medida el ma�z dentado, el amil�cea o harinoso y el cristalino; este �ltimo tambi�n se utiliza para pienso. El ma�z normal inmaturo en la panoja es objeto de gran consumo, hervido o tostado. El ma�z harinoso es un grano con endospermo blando que se emplea mucho como alimento en M�xico, Guatemala y los paises andinos. El ma�z de tipo dentado tiene un endospermo calloso y vitreo a los lados y en la parte posterior del grano, en tanto que el n�cleo central es blando. El ma�z de tipo cristalino posee un endospermo grueso, duro y vitreo, que encierra un centro peque�o, granuloso y amil�cea.

Origen del maiz

El cultivo del ma�z tuvo su origen, con toda probabilidad, en Am�rica Central, especialmente en M�xico, de donde se difundi� hacia el norte hasta el Canad� y hacia el sur hasta la Argentina. La evidencia m�s antigua de la existencia del ma�z, de unos 7 000 a�os de antig�edad, ha sido encontrada por arque�logos en el valle de Tehuac�n (M�xico) pero es posible que hubiese otros centros secundarios de origen en Am�rica. Este cereal era un articulo esencial en las civilizaciones maya y azteca y tuvo un importante papel en sus creencias religiosas, festividades y nutrici�n; ambos pueblos incluso afirmaban que la carne y la sangre estaban formadas por ma�z. La supervivencia del ma�z m�s antiguo y su difusi�n se debi� a los seres humanos, quienes recogieron las semillas para posteriormente plantarlas. A finales del siglo XV, tras el descubrimiento del continente americano por Crist�bal Col�n, el grano fue introducido en Europa a trav�s de Espa�a. Se difundi� entonces por los lugares de clima m�s c�lido del Mediterr�neo y posteriormente a Europa septentrional. Mangelsdorf y Reeves (1939) han hecho notar que el ma�z se cultiva en todas las regiones del mundo aptas para actividades agr�colas y que se recoge en alg�n lugar del planeta todos los meses del a�o. Crece desde los 58� de latitud norte en el Canad� y Rusia hasta los 40� de latitud sur en el hemisferio meridional. Se cultiva en regiones por debajo del nivel del mar en la llanura del Caspio y a m�s de 4 000 metros de altura en los Andes peruanos.

Pese a la gran diversidad de sus formas, al parecer todos los tipos principales de ma�z conocidos hoy en d�a, clasificados como Zea mays, eran cultivados ya por las poblaciones aut�ctonas cuando se descubri� el continente americano. Por otro lado, los indicios recogidos mediante estudios de bot�nica, gen�tica y citolog�a apuntan a un antecesor com�n de todos los tipos existentes de ma�z. La mayor�a de los investigadores creen que este cereal se desarroll� a partir del teosinte, Euchlaena mexicana Schrod, cultivo anual que posiblemente sea el m�s cercano al ma�z. Otros creen, en cambio, que se origin� a partir de un ma�z silvestre, hoy en d�a desaparecido. La tesis de la proximidad entre el teosinte y el ma�z se basa en que ambos tienen 10 cromosomas y son hom�logos o parcialmente hom�logos.

Ha habido introgresi�n (retrocruzamiento reiterado) entre el teosinte y el maiz y sigue habi�ndola hoy en d�a en algunas zonas de M�xico y Guatemala donde el teosinte puede crecer en los cultivos de ma�z. Galinat ( 1977) se�ala que siguen siendo viables esencialmente dos de las diversas hip�tesis sobre el origen del ma�z: la primera es que el teosinte actual es el antecesor silvestre del ma�z, y/o un tipo primitivo de teosinte es el antecesor silvestre com�n del ma�z y del teosinte; la segunda es que una forma desaparecida de ma�z tunicado fue el antecesor del ma�z, y el teosinte fue, en cambio, una forma mutante de dicho grano tunicado.

En cualquier caso, la mayor�a de las variedades modernas del ma�z proceden de material obtenido en el sur de los Estados Unidos, M�xico y Am�rica Central y del Sur.

La planta del maiz

Se puede definir la planta del ma�z como un sistema metab�lico cuyo producto final es, en lo fundamental, almid�n depositado en unos �rganos especializados: los granos.

El desarrollo de la planta se puede dividir en dos fases fisiol�gicas. En la primera, o fase vegetativa, se desarrollan y diferencian distintos tejidos hasta que aparecen las estructuras florales. La fase vegetativa consta de dos ciclos. En el primero se forman las primeras hojas y el desarrollo es ascendente; en este ciclo, la producci�n de materia seca es lenta y finaliza con la diferenciaci�n tisular de los �rganos de reproducci�n. En el segundo ciclo se desarrollan las hojas y los �rganos de reproducci�n; este ciclo acaba con la emisi�n de los estigmas.

La segunda fase, tambi�n llamada fase de reproducci�n, se inicia con la fertilizaci�n de las estructuras femeninas que se diferenciar�n en espigas y granos. La etapa inicial de esta fase se caracteriza por el incremento de peso de las hojas y otras partes de la flor; durante la segunda etapa, el peso de los granos aumenta con rapidez (Tanaka y Yamaguchi, 1972).

La planta desarrolla caracter�sticas y diferencias morfol�gicas en las fases vegetativa y de reproducci�n como consecuencia, en el terreno de la evoluci�n, de la selecci�n natural y de la domesticaci�n. Algunos genotipos se han adaptado a zonas ecol�gicas concretas, desarrollando caracter�sticas particulares, como por ejemplo la sensibilidad con respecto a la duraci�n del d�a y a la temperatura, que limitan su adaptabilidad a zonas con diferente latitud y altitud. Por tanto, se deben realizar programas de mejora en las zonas en que se van a cultivar las variedades mejoradas, aunque esto no significa, empero, que se puedan obtener caracter�sticas gen�ticas espec�ficas mediante retrocruzamiento.

La morfolog�a o arquitectura de la planta tambi�n ha sido objeto de presiones de evoluci�n que han dado lugar a una gran variabilidad del n�mero, la longitud y la anchura de las hojas, as� como de la altura de las plantas, los lugares en que aparecen las mazorcas, el n�mero de �stas por planta, los ciclos de maduraci�n, los tipos de granos y el n�mero de hileras de granos, entre otras muchas caracter�sticas.

Esta variabilidad es de gran valor para mejorar la productividad de la planta y determinados elementos org�nicos del grano. Los principales factores del rendimiento son el n�mero y el peso de los granos, y vienen determinados por factores gen�ticos cuantitativos que se pueden seleccionar con relativa facilidad. El n�mero de granos est� determinado por el n�mero de hileras y el n�mero de granos por hilera de la mazorca. El tama�o y la forma del grano determinan su peso, asumiendo constantes factores como la textura y la densidad de los granos. La relaci�n entre el peso del grano y el peso total de la planta es, en la mayor�a de las variedades de ma�z, de aproximadamente 0,52. De 100 kg de panojas se obtienen unos 18 kg de granos. Una hect�rea de ma�z produce cerca de 1,55 toneladas de residuos de tallos. En plantas de ma�z secadas sobre el terreno de tres localidades de Guatemala, el peso en seco de las plantas variaba entre 220 y 314 g con las siguientes proporciones: 1,8 por ciento de flores secas, de 14,7 por ciento a 27,8 por ciento de tallos y de 7,4 por ciento a 15,9 por ciento de hojas. Las envolturas de las mazorcas representaban del 11,7 por ciento al 13 por ciento, los carozos del 9,7 por ciento al 11,5 por ciento y el grano secado sobre el terreno del 30 por ciento al 55,9 por ciento del peso total en seco de la planta. Estas cifras muestran la importancia del volumen de residuos de la planta que a menudo se dejan en el terreno; pese a todo, su distribuci�n puede variar, pues se sabe que cerca de la mitad de la materia seca est� constituida por grano y la otra mitad por residuos de la planta, con exclusi�n de las ra�ces (Barbar, 1979).

Estructura del grano de maiz

Los granos de ma�z se desarrollan mediante la acumulaci�n de los productos de la fotos�ntesis, la absorci�n a trav�s de las ra�ces y el metabolismo de la planta de ma�z en la inflorescencia femenina denominada espiga. Esta estructura puede contener de 300 a I 000 granos seg�n el n�mero de hileras y el di�metro y longitud de la mazorca. El peso del grano puede variar mucho, de aproximadamente 19 a 30 g por cada 100 granos. Durante la recolecci�n, las panojas de ma�z son arrancadas manual o mec�nicamente de la planta. Se pelan las br�cteas que envuelven la mazorca y luego se separan los granos a mano o, m�s a menudo, mec�nicamente.

El grano de ma�z se denomina en bot�nica cari�pside o cariopsis; cada grano contiene el revestimiento de la semilla, o cubierta seminal, y la semilla, como se ve en la Figura 1 (FIGURA.1.Estructura del grano de ma�z: corte longiludinal aumentado aproximadamente 30 veces). En la figura se muestran tambi�n las cuatro estructuras f�sicas fundamentales del grano: el pericarpio, c�scara, o salvado; el endospermo; el germen o embri�n; y la pilorriza (tejido inerte en que se unen el grano y el carozo). Wolf et al. (1952) y Wolf, Koo y Seckinger (1969) han descrito adecuadamente la anatom�a general y la estructura microsc�pica de estos elementos anat�micos. Tambi�n han estudiado la estructura del ma�z opaco-2 mejorado y han determinado que se diferencia del com�n en lo tocante al endospermo: su matriz proteica es m�s delgada y presenta menos y m�s peque�os cuerpos proteicas, pues en el ma�z opaco-2 se da una limitaci�n de la s�ntesis de zeina. Robutti, Hoseny y Deyoe (1974) y Robutti, Hoseny y Wasson (1974) han estudiado la distribuci�n proteica, el contenido de amino�cidos y la estructura del endospermo del ma�z opaco-2.

CUADRO 1
Distrubucion ponderal dr las principales partes del grano

La distribuci�n ponderal de las distintas partes del grano se indica en el Cuadro 1. Al endospermo, la parte de mayor tama�o, corresponde cerca del 83 por ciento del peso del grano, en tanto que el germen equivale por t�rmino medio al I I por ciento y el pericarpio al 5 por ciento. El resto est� constituido por la pilorriza, estructura c�nica que junto con el pedicelo une el grano a la espiga. En el Cuadro 2 se muestra la distribuci�n ponderal y del nitr�geno entre las partes anat�micas de variedades de granos comunes y seleccionados, como el ma�z con elevado contenido de aceite y con elevado contenido de prote�nas as� como de tres variedades seleccionadas del cereal con prote�nas de elevada calidad (MPC) (Bressani y Mertz, 1958). La diferencia principal de la variedad con elevado contenido de aceite es el tama�o del germen, el cual es aproximadamente tres veces mayor que el del maiz com�n, con una disminuci�n de peso del endospermo. El germen de las variedades con elevado contenido de prote�nas es mayor que el de ma�z com�n, pero su tama�o es aproximadamente la mitad del de las variedades con elevado contenido de aceite. Tambi�n hay diferencias en el peso de las cubiertas seminales. El Cuadro 2 muestra tambi�n algunos datos relativos al teosinte, la gram�nea m�s pr�xima al ma�z; el peso de sus semillas es mucho menor que el de las semillas de ma�z y el endospermo pesa aproximadamente la mitad del de el matiz. Las tres selecciones de MPC son similares al ma�z en peso por semilla y en peso de la cubierta seminal, el endospermo y el germen; datos similares pueden encontrarse en trabajos de otros autores. En el Cuadro 3 se resumen los datos correspondientes a dos variedades comunes y a una de ma�z opaco-2 (Landry y Moureaux, 1980). Las dos muestras de ma�z com�n presentan las mismas caracter�sticas generales que las anteriormente mencionadas; ahora bien, el germen de la muestra de ma�z opaco-2 es mayor y suministra m�s nitr�geno que el del MPC del Cuadro 2. En cuanto al germen, el aumento de peso y de la cantidad de nitr�geno, tanto en t�rminos absolutos como relativos, concuerda con otros resultados (Watson, 1987).

CUADRO 2
Distribution ponderal y del nitrogene entre las distintas partes del grano

^aComprende el pericarpio y la pilorriza.
^cbomprende la cubierta seminal ( I 3 por ciento) y la c�scara (54.3 por ciento).
^bLa c�scara conten�a 0,26 por ciento de nitr�gen�. El teosinte descascarado contenia 3,81 por ciento de nitr�geno.
^dComprende el germen.
Fuente: Bressani y Mertz 1958.

CUADRO 3
Distribuci�n del peso y del nitr�geno de partes de granos de ma�z comun y opaco-2

Fuente: Landry y: Moureaux 1980.

Producci�n mundial

La producci�n mundial de ma�z aument� de 1979-81 a 1 9X7 como se indica en el Cuadro 4, en la que se desglosa por continentes. La superficie plantada can ma�z pas� de 105 millones de hect�reas en 1961 a unos 127 millones en 19X7. La producci�n creci� significativamente debido en parte al aumento de las tierras cultivadas con el cereal, aunque sobre todo gracias a mejoras gen�ticas' a la aplicaci�n de t�cnicas m�s eficientes y a la utilizaci�n de fertilizantes, as' como a la introducci�n de variedades nuevas con mayor capacidad de reproducci�n.

Los paises en desarrollo dedican m�s tierras al cultivo del ma�z que los paises desarrollados, pero �stos obtienen un rendimiento aproximadamente cuatro veces mayor. As�, por ejemplo, el rendimiento por hect�rea de los Estados Unidos ha aumentado considerablemente desde 1961, en tanto que los de M�xico, Guatemala y Nigeria, paises en los que la ingesta de ma�z de los habitantes es elevadaespecialmente en los dos primeros- s�lo se ha incrementado ligeramente desde esa fecha. Mientras que la mayor parte de la producci�n de los paises en desarrollo se dedica al consumo humano, la del mundo desarrollado sirve fundamentalmente para la elaboraci�n industrial y para pienso. En Am�rica del Norte y Am�rica Central, los elevados rendimientos por hect�rea y la gran producci�n de la regi�n se deben sobre todo a los Estados Unidos, que producen m�s que pa�ses como M�xico en los que el ma�z es el cereal b�sico m�s importante.

CUADRO 4
Producci�n de ma�z el mundo

Fuente: FAO, 1988.

La emigraci�n de los habitantes del campo a las ciudades y los cambios del modo de vida que est�n teniendo legaren los paises en desarrollo, han registrado una tendencia cada vez m�s acusada a consumir trigo en lugar de ma�z, que puede influir en la producci�n de �ste. El empleo del ma�z en la industria y para pienso, en particular para aves de corral y otros animales monog�stricos ha aumentado ligeramente. La comparaci�n de los datos disponibles para el ma�z con los correspondientes al trigo y al arroz lo sit�an en el segundo puesto de los cereales, en cuanto a importancia, despu�s del trigo. Ahora bien, por lo que se refiere a rendimiento por hect�rea, el ma�z supera a los otros dos cereales. El �nico cultivo alimentario que supera al ma�z en toneladas por hect�rea es la papa sin elaborar aunque no lo har�a si se evaluaran ambos con el mismo contenido de humedad.

Aplicaciones del maiz

Como ya se ha se�alado anteriormente, el ma�z tiene tres aplicaciones posibles: alimento, forraje y materia prima para la industria. Como alimento, se puede utilizar todo el grano, maduro o no, o bien se puede elaborar con t�cnicas de molienda en seco para obtener un n�mero relativamente amplio de productos intermedios, como por ejemplo s�mola de part�culas de diferentes tama�os, s�mola en escamas, harina y harina fina, que a su vez tienen un gran n�mero de aplicaciones en una amplia variedad de alimentos; se debe notar que el ma�z cultivado en la agricultura de subsistencia contin�a siendo utilizado como cultivo alimentario b�sico. En lo que respecta a su aplicaci�n como forraje, en los paises desarrollados m�s del 60 por ciento de la producci�n se emplea para elaborar piensos compuestos para aves de corral, cerdos y rumiantes; en los �ltimos a�os, aun en los paises en desarrollo en los que el ma�z es un alimento fundamental, se utiliza un porcentaje m�s elevado de la producci�n como ingrediente para la fabricaci�n de piensos. Desde hace relativamente poco, el ma�z �de elevada humedad� ha despertado gran inter�s como alimento para animales, debido a su menor costo y a su capacidad de mejorar la eficiencia de la transformaci�n de los alimentos. Los subproductos de la molienda en seco son el germen y la cubierta seminal el primero se utiliza para obtener aceite comestible de elevada calidad mientras que la cubierta seminal, o pericarpio, se emplea fundamentalmente como alimento, aunque en los �ltimos a�os ha despertado inter�s como fuente de fibra diet�tica (Earll et al.7 1988; Burge y Duensing, 1989). La molienda h�meda es un procedimiento que se utiliza fundamentalmente en la aplicaci�n industrial del ma�z, aunque el procedimiento de cocci�n en soluci�n alcalina empleado para elaborar las tortillas (el pan fino y plano de M�xico y otros pa�ses de Am�rica Central) tambi�n es una operaci�n de molienda h�meda que s�lo elimina el pericarpio (Bressani, 1990). La molienda h�meda produce almid�n de ma�z y subproductos entre los que figura el gluten que se utiliza como ingrediente alimenticio, mientras que el germen de ma�z elaborado para producir aceite da como subproducto harina de germen que se utiliza como pienso; ha habido algunos intentos de emplear dichos subproductos para el consumo humano en distintas mezclas y formulaciones alimenticias.

El aumento de los precios del petr�leo ha impulsado la intensificaci�n de las investigaciones sobre la fermentaci�n del ma�z para producir alcohol combustible, el cual tiene un uso muy difundido en algunas partes de los Estados Unidos. Con ma�z fermentado se elaboran tambi�n algunas bebidas alcoh�licas.

Por �ltimo, tambi�n tienen importancia las aplicaciones de los residuos de la planta de ma�z, que se utilizan, entre otras cosas, como alimento para animales y como base para extraer diversos productos qu�micos de las panojas, como por ejemplo, furfural y xilosa. Estos residuos tambi�n tienen importancia como elementos para mejorar los suelos.

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