Capitulo 1 Introducción

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Tipos de maiz

Maíz, palabra de origen indio caribeño, significa literalmente «lo que sustenta la vida». El maíz, que es junto con el trigo y el arroz uno de los cereales más importantes del mundo, suministra elementos nutritivos a los seres humanos y a los animales y es una materia prima básica de la industria de transformación, con la que se producen almidón, aceite y proteínas, bebidas alcohólicas, edulcorantes alimenticios y, desde hace poco, combustible. La planta tierna, empleada como forraje, se ha utilizado con gran éxito en las industrias lácteas y cárnicas y, tras la recolección del grano, las hojas secas y la parte superior, incluidas las flores, aún se utilizan hoy en día como forraje de calidad relativamente buena para alimentar a los rumiantes de muchos pequeños agricultores de los países en desarrollo. Los tallos erectos, que en algunas variedades son resistentes, se utilizan para construir cercas y muros duraderos.

Botánicamente, el maíz (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 polinización 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 número 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 prácticas genéticas, ambientales y de cultivo. El grano constituye aproximadamente el 42 por ciento del poso en seco de la planta. El maíz es a menudo de color blanco o amarillo, aunque también hay variedades de color negro, rojo y jaspeado. Hay varios tipos de grano, que se distinguen por las diferencias de los compuestos químicos depositados o almacenados en él.

Las variedades cultivadas fundamentalmente para alimentación comprenden el maíz dulce y el reventador, aunque también se usan en buena medida el maíz dentado, el amilácea o harinoso y el cristalino; este último también se utiliza para pienso. El maíz normal inmaturo en la panoja es objeto de gran consumo, hervido o tostado. El maíz harinoso es un grano con endospermo blando que se emplea mucho como alimento en México, Guatemala y los paises andinos. El maíz de tipo dentado tiene un endospermo calloso y vitreo a los lados y en la parte posterior del grano, en tanto que el núcleo central es blando. El maíz de tipo cristalino posee un endospermo grueso, duro y vitreo, que encierra un centro pequeño, granuloso y amilácea.

Origen del maiz

El cultivo del maíz tuvo su origen, con toda probabilidad, en América Central, especialmente en México, de donde se difundió hacia el norte hasta el Canadá y hacia el sur hasta la Argentina. La evidencia más antigua de la existencia del maíz, de unos 7 000 años de antigüedad, ha sido encontrada por arqueólogos en el valle de Tehuacán (México) pero es posible que hubiese otros centros secundarios de origen en América. Este cereal era un articulo esencial en las civilizaciones maya y azteca y tuvo un importante papel en sus creencias religiosas, festividades y nutrición; ambos pueblos incluso afirmaban que la carne y la sangre estaban formadas por maíz. La supervivencia del maíz más antiguo y su difusión se debió a los seres humanos, quienes recogieron las semillas para posteriormente plantarlas. A finales del siglo XV, tras el descubrimiento del continente americano por Cristóbal Colón, el grano fue introducido en Europa a través de España. Se difundió entonces por los lugares de clima más cálido del Mediterráneo y posteriormente a Europa septentrional. Mangelsdorf y Reeves (1939) han hecho notar que el maíz se cultiva en todas las regiones del mundo aptas para actividades agrícolas y que se recoge en algún lugar del planeta todos los meses del año. Crece desde los 58° de latitud norte en el Canadá 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 más 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 maíz conocidos hoy en día, clasificados como Zea mays, eran cultivados ya por las poblaciones autóctonas cuando se descubrió el continente americano. Por otro lado, los indicios recogidos mediante estudios de botánica, genética y citología apuntan a un antecesor común de todos los tipos existentes de maíz. La mayoría de los investigadores creen que este cereal se desarrolló a partir del teosinte, Euchlaena mexicana Schrod, cultivo anual que posiblemente sea el más cercano al maíz. Otros creen, en cambio, que se originó a partir de un maíz silvestre, hoy en día desaparecido. La tesis de la proximidad entre el teosinte y el maíz se basa en que ambos tienen 10 cromosomas y son homólogos o parcialmente homólogos.

Ha habido introgresión (retrocruzamiento reiterado) entre el teosinte y el maiz y sigue habiéndola hoy en día en algunas zonas de México y Guatemala donde el teosinte puede crecer en los cultivos de maíz. Galinat ( 1977) señala que siguen siendo viables esencialmente dos de las diversas hipótesis sobre el origen del maíz: la primera es que el teosinte actual es el antecesor silvestre del maíz, y/o un tipo primitivo de teosinte es el antecesor silvestre común del maíz y del teosinte; la segunda es que una forma desaparecida de maíz tunicado fue el antecesor del maíz, y el teosinte fue, en cambio, una forma mutante de dicho grano tunicado.

En cualquier caso, la mayoría de las variedades modernas del maíz proceden de material obtenido en el sur de los Estados Unidos, México y América Central y del Sur.

La planta del maiz

Se puede definir la planta del maíz como un sistema metabólico cuyo producto final es, en lo fundamental, almidón depositado en unos órganos especializados: los granos.

El desarrollo de la planta se puede dividir en dos fases fisiológicas. 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 producción de materia seca es lenta y finaliza con la diferenciación tisular de los órganos de reproducción. En el segundo ciclo se desarrollan las hojas y los órganos de reproducción; este ciclo acaba con la emisión de los estigmas.

La segunda fase, también llamada fase de reproducción, se inicia con la fertilización de las estructuras femeninas que se diferenciarán 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 características y diferencias morfológicas en las fases vegetativa y de reproducción como consecuencia, en el terreno de la evolución, de la selección natural y de la domesticación. Algunos genotipos se han adaptado a zonas ecológicas concretas, desarrollando características particulares, como por ejemplo la sensibilidad con respecto a la duración del día 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 características genéticas específicas mediante retrocruzamiento.

La morfología o arquitectura de la planta también ha sido objeto de presiones de evolución que han dado lugar a una gran variabilidad del número, la longitud y la anchura de las hojas, así como de la altura de las plantas, los lugares en que aparecen las mazorcas, el número de éstas por planta, los ciclos de maduración, los tipos de granos y el número de hileras de granos, entre otras muchas características.

Esta variabilidad es de gran valor para mejorar la productividad de la planta y determinados elementos orgánicos del grano. Los principales factores del rendimiento son el número y el peso de los granos, y vienen determinados por factores genéticos cuantitativos que se pueden seleccionar con relativa facilidad. El número de granos está determinado por el número de hileras y el número de granos por hilera de la mazorca. El tamaño y la forma del grano determinan su peso, asumiendo constantes factores como la textura y la densidad de los granos. La relación entre el peso del grano y el peso total de la planta es, en la mayoría de las variedades de maíz, de aproximadamente 0,52. De 100 kg de panojas se obtienen unos 18 kg de granos. Una hectárea de maíz produce cerca de 1,55 toneladas de residuos de tallos. En plantas de maíz 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 distribución puede variar, pues se sabe que cerca de la mitad de la materia seca está constituida por grano y la otra mitad por residuos de la planta, con exclusión de las raíces (Barbar, 1979).

Estructura del grano de maiz

Los granos de maíz se desarrollan mediante la acumulación de los productos de la fotosíntesis, la absorción a través de las raíces y el metabolismo de la planta de maíz en la inflorescencia femenina denominada espiga. Esta estructura puede contener de 300 a I 000 granos según el número de hileras y el diámetro y longitud de la mazorca. El peso del grano puede variar mucho, de aproximadamente 19 a 30 g por cada 100 granos. Durante la recolección, las panojas de maíz son arrancadas manual o mecánicamente de la planta. Se pelan las brácteas que envuelven la mazorca y luego se separan los granos a mano o, más a menudo, mecánicamente.

El grano de maíz se denomina en botánica cariópside 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 maíz: corte longiludinal aumentado aproximadamente 30 veces). En la figura se muestran también las cuatro estructuras físicas fundamentales del grano: el pericarpio, cáscara, o salvado; el endospermo; el germen o embrión; 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 anatomía general y la estructura microscópica de estos elementos anatómicos. También han estudiado la estructura del maíz opaco-2 mejorado y han determinado que se diferencia del común en lo tocante al endospermo: su matriz proteica es más delgada y presenta menos y más pequeños cuerpos proteicas, pues en el maíz opaco-2 se da una limitación de la síntesis de zeina. Robutti, Hoseny y Deyoe (1974) y Robutti, Hoseny y Wasson (1974) han estudiado la distribución proteica, el contenido de aminoácidos y la estructura del endospermo del maíz opaco-2.

CUADRO 1
Distrubucion ponderal dr las principales partes del grano

La distribución ponderal de las distintas partes del grano se indica en el Cuadro 1. Al endospermo, la parte de mayor tamaño, corresponde cerca del 83 por ciento del peso del grano, en tanto que el germen equivale por término medio al I I por ciento y el pericarpio al 5 por ciento. El resto está constituido por la pilorriza, estructura cónica que junto con el pedicelo une el grano a la espiga. En el Cuadro 2 se muestra la distribución ponderal y del nitrógeno entre las partes anatómicas de variedades de granos comunes y seleccionados, como el maíz con elevado contenido de aceite y con elevado contenido de proteínas así como de tres variedades seleccionadas del cereal con proteínas de elevada calidad (MPC) (Bressani y Mertz, 1958). La diferencia principal de la variedad con elevado contenido de aceite es el tamaño del germen, el cual es aproximadamente tres veces mayor que el del maiz común, con una disminución de peso del endospermo. El germen de las variedades con elevado contenido de proteínas es mayor que el de maíz común, pero su tamaño es aproximadamente la mitad del de las variedades con elevado contenido de aceite. También hay diferencias en el peso de las cubiertas seminales. El Cuadro 2 muestra también algunos datos relativos al teosinte, la gramínea más próxima al maíz; el peso de sus semillas es mucho menor que el de las semillas de maíz y el endospermo pesa aproximadamente la mitad del de el matiz. Las tres selecciones de MPC son similares al maíz 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 maíz opaco-2 (Landry y Moureaux, 1980). Las dos muestras de maíz común presentan las mismas características generales que las anteriormente mencionadas; ahora bien, el germen de la muestra de maíz opaco-2 es mayor y suministra más nitrógeno que el del MPC del Cuadro 2. En cuanto al germen, el aumento de peso y de la cantidad de nitrógeno, tanto en términos 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 cáscara (54.3 por ciento).
^bLa cáscara contenía 0,26 por ciento de nitrógenó. El teosinte descascarado contenia 3,81 por ciento de nitrógeno.
^dComprende el germen.
Fuente: Bressani y Mertz 1958.

CUADRO 3
Distribución del peso y del nitrógeno de partes de granos de maíz comun y opaco-2

Fuente: Landry y: Moureaux 1980.

Producción mundial

La producción mundial de maíz aumentó de 1979-81 a 1 9X7 como se indica en el Cuadro 4, en la que se desglosa por continentes. La superficie plantada can maíz pasó de 105 millones de hectáreas en 1961 a unos 127 millones en 19X7. La producción creció significativamente debido en parte al aumento de las tierras cultivadas con el cereal, aunque sobre todo gracias a mejoras genéticas' a la aplicación de técnicas más eficientes y a la utilización de fertilizantes, as' como a la introducción de variedades nuevas con mayor capacidad de reproducción.

Los paises en desarrollo dedican más tierras al cultivo del maíz que los paises desarrollados, pero éstos obtienen un rendimiento aproximadamente cuatro veces mayor. Así, por ejemplo, el rendimiento por hectárea de los Estados Unidos ha aumentado considerablemente desde 1961, en tanto que los de México, Guatemala y Nigeria, paises en los que la ingesta de maíz de los habitantes es elevadaespecialmente en los dos primeros- sólo se ha incrementado ligeramente desde esa fecha. Mientras que la mayor parte de la producción de los paises en desarrollo se dedica al consumo humano, la del mundo desarrollado sirve fundamentalmente para la elaboración industrial y para pienso. En América del Norte y América Central, los elevados rendimientos por hectárea y la gran producción de la región se deben sobre todo a los Estados Unidos, que producen más que países como México en los que el maíz es el cereal básico más importante.

CUADRO 4
Producción de maíz el mundo

Fuente: FAO, 1988.

La emigración de los habitantes del campo a las ciudades y los cambios del modo de vida que están teniendo legaren los paises en desarrollo, han registrado una tendencia cada vez más acusada a consumir trigo en lugar de maíz, que puede influir en la producción de éste. El empleo del maíz en la industria y para pienso, en particular para aves de corral y otros animales monogástricos ha aumentado ligeramente. La comparación de los datos disponibles para el maíz con los correspondientes al trigo y al arroz lo sitúan en el segundo puesto de los cereales, en cuanto a importancia, después del trigo. Ahora bien, por lo que se refiere a rendimiento por hectárea, el maíz supera a los otros dos cereales. El único cultivo alimentario que supera al maíz en toneladas por hectárea es la papa sin elaborar aunque no lo haría si se evaluaran ambos con el mismo contenido de humedad.

Aplicaciones del maiz

Como ya se ha señalado anteriormente, el maíz 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 técnicas de molienda en seco para obtener un número relativamente amplio de productos intermedios, como por ejemplo sémola de partículas de diferentes tamaños, sémola en escamas, harina y harina fina, que a su vez tienen un gran número de aplicaciones en una amplia variedad de alimentos; se debe notar que el maíz cultivado en la agricultura de subsistencia continúa siendo utilizado como cultivo alimentario básico. En lo que respecta a su aplicación como forraje, en los paises desarrollados más del 60 por ciento de la producción se emplea para elaborar piensos compuestos para aves de corral, cerdos y rumiantes; en los últimos años, aun en los paises en desarrollo en los que el maíz es un alimento fundamental, se utiliza un porcentaje más elevado de la producción como ingrediente para la fabricación de piensos. Desde hace relativamente poco, el maíz «de elevada humedad» ha despertado gran interés como alimento para animales, debido a su menor costo y a su capacidad de mejorar la eficiencia de la transformación 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 últimos años ha despertado interés como fuente de fibra dietética (Earll et al.7 1988; Burge y Duensing, 1989). La molienda húmeda es un procedimiento que se utiliza fundamentalmente en la aplicación industrial del maíz, aunque el procedimiento de cocción en solución alcalina empleado para elaborar las tortillas (el pan fino y plano de México y otros países de América Central) también es una operación de molienda húmeda que sólo elimina el pericarpio (Bressani, 1990). La molienda húmeda produce almidón de maíz y subproductos entre los que figura el gluten que se utiliza como ingrediente alimenticio, mientras que el germen de maíz 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 petróleo ha impulsado la intensificación de las investigaciones sobre la fermentación del maíz para producir alcohol combustible, el cual tiene un uso muy difundido en algunas partes de los Estados Unidos. Con maíz fermentado se elaboran también algunas bebidas alcohólicas.

Por último, también tienen importancia las aplicaciones de los residuos de la planta de maíz, que se utilizan, entre otras cosas, como alimento para animales y como base para extraer diversos productos químicos de las panojas, como por ejemplo, furfural y xilosa. Estos residuos también tienen importancia como elementos para mejorar los suelos.

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