Influencia de la fertilización nitrogenada y la conservación post-cosecha sobre las proteínas del gluten la calidad harinopanadera del trigo blando

Las proteínas del gluten, compuestas por gliadinas y gluteninas, son las responsables de que la masa elaborada con harina de trigo posea unas propiedades viscoelásticas que la distinguen con respecto a la de otros cereales. A su vez, la fertilización nitrogenada, además de su relación con el rendimiento del cultivo, influye de manera fundamental en la síntesis y acumulación de estas proteínas en el endospermo del grano. El aporte de N por encima de la dosis óptima para el rendimiento en Triticum aestivum L. cv. Berdún incrementó la concentración de N en grano y harina, los contenidos de gliadinas y gluteninas, así como la extensibilidad (L) y la fuerza (W) de la masa. Los contenidos de gamma-gliadinas y de gluteninas (tanto de alto (HMW) como de bajo peso molecular (LMW)) fueron los que mejor estimaron L y W, respectivamente, independientemente de la campaña y otras condiciones de cultivo. El cultivo de trigo en regadío permite obtener altos rendimientos pero, sin embargo, puede suponer una reducción de la calidad harino-panadera debido al efecto de dilución de la proteína. A pesar de la aplicación de dosis altas de N, las pérdidas de N por lixiviación de nitratos fueron en todos los casos inferiores al 5% del N total disponible para la planta, debido a que la moderada lluvia invernal y el ajuste del riego a las necesidades del cultivo limitaron el volumen de drenaje. En general, la eficiencia del N tendió a empeorar al aplicar dosis muy altas, si bien se observaron variaciones entre años de cultivo relacionadas con el aporte de N por el propio suelo. Tomando las cuatro variedades del ensayo en conjunto, ni el contenido de gamma- gliadinas, que se había mostrado como un buen estimador inter-campaña en el caso de cv. Berdún, ni cualquiera de los otros tipos proteicos resultaron de utilidad para explicar el valor de L. Sin embargo, se consiguió mejorar dicha estimación a través de cálculos basados en el contenido de cada una de la tres subfracciones (gammaA, gammaB, gammaC) que componen las gamma-gliadinas. El contenido de HMW-gluteninas se comportó como un buen estimador de W, a pesar de las diferencias entre variedades en su composición alélica. Además, las omega- gliadinas mostraron también una buena correlación con W, que podría estar relacionada con la estrecha asociación entre los loci Gli-1 y Glu-3. Gracias a dicha correlación, las omega-gliadinas podrían tener utilidad como marcador en programas de mejora genética. Una composición particular de las gamma-gliadinas que sea especialmente favorecedora de las propiedades extensibles de la masa podría estar relacionada así mismo con valores bajos de W, aun cuando la composición alélica de las HMWgluteninas de dicha variedad presente a priori una gran aptitud para destacar por sus cualidades de fuerza. La humedad del grano de trigo varió durante su almacenamiento hasta alcanzar la humedad de equilibrio en función de la temperatura y humedad relativa de la atmósfera circundante. Condiciones simultáneas de alta temperatura (30ºC) y alta humedad relativa (75%) provocaron un importante descenso del peso específico del grano, así como de L, mientras que ocasionaron un aumento de la tenacidad (P) y W. Estos cambios en la calidad harino-panadera pueden estar relacionados con las reacciones de intercambio disulfuro-sulfhidrilo en los polímeros de gluteninas. Además, la actividad alfa-amilásica disminuyó bajo cualquier condición de almacenamiento, pero especialmente cuando el grano se mantuvo a una alta temperatura. Por otro lado, el grano almacenado durante varios meses en las condiciones habituales presentes en un clima mediterráneo no experimentó modificaciones de importancia en su calidad harinopanadera.

Gluten proteins, consisting of gliadins and glutenins, are responsible for the unique viscoelastic properties of dough made with wheat flour, which distinguishes it from that of other cereals. On the other hand, N fertilization, on top of its relationship with crop yield, has an essential influence on the synthesis and accumulation of gluten proteins in the endosperm of the grain. N supply above optimum N rate for yield in Triticum aestivum L. cv. Berdún increased grain and flour N concentration, together with gliadin and glutenin contents, and, also, dough extensibility (L) and strength (W). The contents of gamma-gliadins and glutenins (both HMW- and LMW-glutenins) displayed the best estimation of L and W values, respectively, independently of the cropping season and other growing conditions. Growing wheat under irrigation allows high yields to be attained. Nevertheless, it can result in a reduction of bread-making quality due to the protein dilution effect. In order to counteract that negative consequence, high N rates were applied to a field experiment comprising varieties of different typology (cvs. Badiel, Berdún, Nogal and Osado). Those N rates above optimum for yield produced an increment of grain and flour N concentration, gliadin and glutenin contents together with L and W in all varieties. Nevertheless, in all cases the observed increment was limited to a N rate ranging between 60-180 kg N ha-1, although more commonly located in the lower part of that range. Despite the application of high N rates, N losses by nitrate leaching were in all cases lower than 5% of the total amount of N available to the plants, due to the moderate winter rainfall and the adjustment of irrigation to crop requirements, which limited drainage volume. In general terms, N efficiency showed a tendency to worsen when very high N rates were applied, even though variations between cropping years related to different soil N supply were observed. Taken the four cited varieties as a whole, neither the gamma-gliadin content, which showed to be a good estimator of L independently of the cropping season for cv. Berdún, nor any other protein type was able to explain L values. However, the estimation of L improved by the utilization of calculations based on the contents of each gamma-gliadin subfraction (gammaA, gammaB, gammaC). The content of HMW-glutenins was a good estimator of W, in spite of the differences in the allelic composition among varieties. Moreover, omega-gliadins also showed a strong correlation with W, which may be related to the close linkage between Gli-1 and Glu-3 loci. Due to that correlation, omega-gliadins might have a useful role as a marker in breeding programs. A particular composition of gamma-gliadins being especially favorable for dough extensibility properties could also be related to low W values, even though allelic composition of HMW-glutenins of that variety could initially lead to think of a good aptitude for strength properties. Grain moisture content was modified throughout storage until equilibrium moisture content was reached depending on the temperature and relative humidity of the surrounding atmosphere. The joint effect of high temperature (30ºC) and high relative humidity (75%) conditions promoted a marked decrease of test weight and L, while increased tenacity (P) and W. Those changes in bread-making quality could be related to disulfide-sulfhydryl interchanges in glutenin polymers. Moreover, alfa-amylase activity decreased under any type of storage conditions, although the modification was more prominent at high temperature. On the other hand, grain kept for several months at the prevailing conditions of a Mediterranean climate underwent only minor changes in bread-making quality.

La financiación para la realización de esta Tesis Doctoral procedió de los proyectos “Manejo eficiente del nitrógeno y el azufre en una rotación trigo-colza, bajo criterios medioambientales, de rendimiento y de calidad del producto final”, (RTA2005-00219-C03) y “Eficiencia en el uso del N en trigo en condiciones de clima mediterráneo húmedo: integración de aspectos agroambientales y de calidad del producto” (RTA09-028-C3-2), ambos condedidos por el Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA).

Programa Oficial de Doctorado en Biotecnología (RD 1393/2007)

Bioteknologiako Doktoretza Programa Ofiziala (ED 1393/2007)