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Introducción
Según la Organización Mundial de la Salud, la deficiencia de micronutrientes es uno de los factores que más contribuyen a la carga mundial de morbilidad, por su parte la UNICEF plantea que “el hambre oculta” es la que se origina por la carencia de micronutrientes; ésta ataca la salud y la vitalidad de las personas, siendo probablemente una de las más terribles amenazas para la salud, la educación, el crecimiento económico y la dignidad humana en los países en desarrollo1,2.
La deficiencia de zinc, hierro y vitamina B12 tienen un impacto negativo en la salud, especialmente en el crecimiento y desarrollo cognoscitivo de los niños3,4. A nivel mundial más del 60% de la población tiene deficiencia de hierro (Fe) y 30% de zinc (Zn)5; respecto a la deficiencia de vitamina B12, ésta puede ser del 5 al 60%6. En Colombia la prevalencia de la deficiencia de micronutrientes como el hierro y el zinc se presenta en niños de 1 a 4 años de edad, la razón puede deberse a que las principales fuentes de estos micronutrientes son de origen animal, los cuales son consumidos habitualmente en bajas cantidades3.
Para tratar de mitigar esta situación, se han realizado estudios e investigaciones que se han centrado en obtener productos fortificados y/o biofortificados con micronutrientes deficitarios en las poblaciones, algunos de ellos son: la biofortificación del arroz, el trigo, el maíz y el frijol, alimentos básicos de la canasta familiar en Colombia y de países en desarrollo7.
Es importante reconocer que no todos los alimentos fortificados ofrecen una buena biodisponibilidad de sus micronutrientes y es por esta razón que la biofortificación parece ser una mejor alternativa para fortificar alimentos con nutrientes más biodisponibles, a la vez que se mejora su biodisponibilidad, pues éstos se estarían consumiendo en forma natural, es decir tal cual como viene en la planta.
El objetivo de la biofortificación es desarrollar plantas que tienen un mayor contenido de nutrientes biodisponibles en sus partes comestibles8. Los cultivos biofortificados tienen mejores características agronómicas y nutricionales, en comparación con cultivos no-biofortificados, es decir, los que consumimos a diario y se denominan convencionales9.
Los cultivos biofortificados contribuyen a la seguridad alimentaria y nutricional de los individuos, familias y comunidades de dos maneras: 1) a través de mejores cualidades agronómicas, como lo es el rendimiento, las familias aumentan la producción de alimentos y como consecuencia la energía disponible para consumo; 2) por su mayor contenido de nutrientes carentes en la dieta latinoamericana, como el hierro y el zinc, las personas consumen más de estos micronutrientes esenciales10.
La biofortificación de cultivos básicos es una estrategia reciente, basada en alimentos que se suma a otras como lo es la fortificación industrial de alimentos10. No obstante, la fortificación convencional requiere aditivos artificiales, en cambio la biofortificación implica la síntesis o acumulación de nutrientes por parte de las plantas en la fuente.
Algunas desventajas de la fortificación convencional es la estabilidad limitada de los aditivos, se ve afectada la solubilidad, el sabor, en general la calidad del alimento11; adicional a esto, algunos problemas relacionados con este enfoque son los gastos, la falta de un sistema de distribución y una implementación cuidadosa, de ahí que el enfoque más económico y factible para minimizar el hambre oculta es la biofortificación, estrategia en la que se producen cultivos de alimentos básicos con mayor concentración de vitaminas y minerales biodisponibles12.
La biofortificación se considera un método eficaz y económico que permite que las poblaciones de bajos ingresos económicos puedan tener un mayor acceso a estos nutrientes. La biofortificación se ha centrado en nutrientes como el hierro, el zinc, y los β-carotenos; y ha sido aplicada a cultivos de cereales básicos como el arroz, el maíz, y el trigo13.
El objetivo de la presente investigación consiste en contribuir con los problemas de malnutrición por deficiencias de hierro, zinc y cianocobalamina a partir de la biofortificación del tomate (Solanum lycopersicum L.), procurando aumentar el contenido de éstos en el fruto, utilizando micronutrientes inorgánicos y orgánicos.
Material y métodos
Materiales
Se utilizaron semillas de Tomate (Solanum lycopersicum L.) Híbrido Santa Cruz Kada (Tomate Chonto), provenientes del invernadero, el cual permite un tiempo de cosecha de 80 a 110 días después de trasplante, con temperaturas optimas de 21 a 27°C, con el fin de que los procesos bioquímicos se desarrollen normalmente tales como el crecimiento vegetativo, la floración y la fructificación.
Para el tratamiento con fortificantes orgánicos se emplearon hierro y zinc aminoquelados, cianocobalamina (PREMEZCLA VITAMINICA NOVAVIT TS-3 (3)), la dosis de 0,374g por porción (1L); para garantizar la concentración y como fortificante inorgánico: sulfato de hierro desecado, sulfato de zinc monohidratado, cianocobalamina (PREMEZCLA VITAMINICA NOVAVIT TS-3 (2)) la cual se dosifica 0,206g por porción (1L) para garantizar la concentración.
Diseño experimental
Se utilizó un diseño experimental en bloques aleatorizados efecto fijo balanceado, con efecto de anidamiento (fruto dentro de planta). Se emplearon tres tratamientos (T1, T2, T3) con tres repeticiones en cada planta, donde cada parcela contó con cinco plantas, siendo ellas las que conforman las unidades muestrales y el fruto la unidad de submuestra. El número de datos por tratamiento es 15, el cual resulta de multiplicar las réplicas por el número de plantas.
El diseño experimental y los tratamientos se describen en la (Tabla 1).
Tabla 1. Diseño experimental y tratamientos aplicados mediante fertilización foliar para la biofortificación del tomate.
| Tratamiento | Tratamiento 1 (T1) | Tratamiento 2 (T2) | Tratamiento 3 (T3) |
|---|---|---|---|
| Descripción | Fortificante aminoquelado hierro aminoquelado y Zinc aminoquelado, cianocobalamina (PREMEZCLA VITAMINICA NOVAVIT TS-3 (3)), la dosis de 0,374 g por porción (1 L) para garantizar la concentración | Fortificante inorgánico sulfato de hierro desecado, sulfato de zinc monohidratado, cianocobalamina (PREMEZCLA VITAMINICA NOVAVIT TS-3 (2)) el cual se dosifica 0,206 g por porción (1 L) para garantizar la concentración | Control: Se riega con un testigo absoluto (agua sin presencia de los micronutrientes de interés) |
| Plantas por tratamiento | 5 | 5 | 5 |
| Número de tomates por planta | 3 | 3 | 3 |
| Total muestras analizadas | 15 | 15 | 15 |
Cultivo de tomate con los dos tipos de fortificantes (inorgánico y aminoquelado)
Se dispuso de un semillero con capacidad de 70 plantas, éstas fueron sometidas a riego por aspersión (pulverizado) por periodos cortos pero frecuentes. Treinta días después del sembrado de la semilla se obtuvo las plántulas, seleccionándose las mejores 15 plantas para ser trasplantadas, por presentar las condiciones físicas y de crecimiento óptimas. Se garantizó que el pH de la tierra estuviera entre 5,8 y 6,8. Las aplicaciones del fortificante se realizaron a partir de la floración, con frecuencias escalonadas una vez cada dos semanas, efectuando dos aplicaciones por semana hasta llegar cerca del punto de cosecha (fructificación y llenado del fruto), es decir cuando los frutos presentaron coloración entre amarilla y roja, donde el fruto ya se encontraba listo para ser cosechado y analizado.
Preparación de las muestras para el análisis bromatológico
Se utilizó tomate maduro obtenido de los primeros racimos de las plantas trasplantadas para el experimento, cada uno de los tratamientos se replicó cinco veces, tomando en cada planta tres frutos de tomate. Los tomates se les realizó un proceso de limpieza y desinfección a 500g en cada muestra, se cortaron en rodajas de menos de un centímetro de ancho, y se dispusieron en una bandeja para ser secadas a una temperatura de 50°C durante 36 horas aproximadamente, para luego ser sometidas a la técnica de análisis de absorción atómica, la cual sólo acepta muestras sólidas, luego se sometió cada muestra a un proceso de molienda, utilizando una licuadora (Osterizer), procediendo a empacarlas en bolsas de sellado hermético, cada una codificada y rotulada, para el análisis de la cianocobalamina se utilizó tomate fresco.
Caracterización bromatológica del tomate biofortificado
Las muestras se enviaron al laboratorio de la Corporación Universitaria Lasallista donde se realizó análisis bromatológico de micronutrientes específicos para esta investigación (zinc y hierro) utilizando el método de Espectrometría por Absorción Atómica de llama directa (EAAF), digestión con microondas por el método EPA 3052; para el análisis de cianocobalamina se usó el método de Cromatografía Liquida (HPLC), cuyas muestras de tomate fresco se enviaron al laboratorio AOXLAB S.A.S., laboratorio externo ubicado en el municipio de Medellín; es adecuado anotar que aunque cada laboratorio se basó en los métodos anteriormente mencionados, normalmente se realizan ajustes según condiciones propias de ellos, en equipos, reactivos, etc.
El análisis estadístico de la información se efectuó por medio de la técnica multivariada MANOVA con contraste canónico ortogonal, con el fin de incorporar de manera simultánea las variables respuesta o dependientes (Zn y Fe), con base en el diseño de estructura experimental bloques aleatorizados con submuestras. Para establecer la dimensionalidad donde se compara el efecto promedio de los tratamientos, se estableció el último valor propio significativo. El análisis de la información se complementó mediante estadística descriptiva de tipo unidimensional, cuyo objetivo fue establecer la media aritmética, la desviación típica y el coeficiente de variación para cada uno de los tratamientos. De manera adicional se empleó el coeficiente de correlación de Spearman. Se utilizó el paquete estadístico SAS UNIVERSITY.
Resultados
El tomate biofortificado con hierro aminoquelado presentó mayor contenido de hierro comparado con los tratamientos inorgánico y control, presentando diferencia estadística significativa (p<0,05). Al evaluar el zinc, el tomate biofortificado aminoquelado no presentó diferencia estadística respecto al inorgánico (p>0,05), anotando que estos últimos tratamientos presentaron divergencia respecto al tratamiento control (p<0,05). Al efectuar el análisis descriptivo de tipo unidimensional, se observa que el tratamiento asociado con el tomate biofortificado con hierro aminoquelado presentó la mayor heterogeneidad al evaluar las variables respuesta (hierro, zinc), seguido del tratamiento control; caso contrario del tratamiento inorgánico que presentó un patrón homogéneo, con los más bajos promedios (Tabla 1).
El análisis multivariado de la varianza MANOVA, el cual tiene en cuenta todas las variables respuesta en su comparación, permitió detectar diferencias altamente significativas entre todos los tratamientos, como se puede apreciar en el contraste canónico efectuado (Tabla 2).
Tabla 2. Comparaciones entre tratamientos para las variables zinc y hierro.
| T1 | T2 (Control) | T3 (Inorgánico) | |
|---|---|---|---|
| ZINC | 86,8±31,1 a | 29,5±3,2 b | 89,9±23,5 a |
| HIERRO | 189,5±108 a | 25,7±2,1 c | 70,0±22,8 b |
| COEFICIENTES DE VARIACIÓN | |||
| ZINC | 35,9 | 11,1 | 26,1 |
| HIERRO | 56,9 | 8,1 | 32,6 |
| DIMENSIONALIDAD DEL CONTRASTE | |||
| Dimensión | Valor propio | Valor F | Valor p |
| Uno | 3,14 | 12,06 | <0,0001 |
| MANOVA | |||
| Prueba | Valor | F | Valor p |
| Wilks' Lambda | 0,09 | 12,06 | <0,0001 |
| Pillai's Trace | 1,35 | 12,52 | <0,0001 |
| Hotelling-L-T | 4,61 | 12,39 | 0,0003 |
| Roy's Greatest | 3,14 | 18,87 | 0,0002 |
| COMPARACIÓN CANÓNICA | |||
| Tratamiento 1 | Tratamiento 2 | Tratamiento 3 | |
| Contraste | a | c | b |
Letras distintas indican diferencia estadística entre los tratamientos (p<0,05).
En la Tabla 3 se puede apreciar una correlación directa entre el zinc y el hierro, para los tratamientos aminoquelado e inorgánico. Para el tratamiento control no se detectó relación estadística significativa (p>0,05).
Tabla 3. Análisis de correlación para las variables zinc y hierro.
| Tratamiento | Correlación | Valor p |
|---|---|---|
| Aminoquelado | 0,97 | 0,0048 |
| Inorgánico | 0,95 | 0,0138 |
| Control | 0,60 | 0,2848 |
El estudio permite identificar el contenido de zinc y hierro por cada 100g de producto comestible. El tomate, con el tratamiento aminoquelado para hierro, muestra el mayor contenido de este nutriente; sin embargo, para zinc no es mucha la diferencia en su contenido entre los tratamientos aminoquelado y el inorgánico, no obstante, el contenido de estos micronutrientes sí es mucho más bajo en el grupo control (Tabla 4).
Tabla 4. Aporte promedio de Zn y Fe por cada 100 g de tomate.
| Tratamientos y réplicas, cada dato es el promedio de tres frutos | Contenido Hierro [mg/kg] | Tratamientos y réplicas, cada dato es el promedio de tres frutos | Contenido Zinc [mg/kg] | Tratamientos y réplicas, cada dato es el promedio de tres frutos | Contenido de B12 [µg/kg] |
|---|---|---|---|---|---|
| T1-Hierro | 135 | T1-Zinc | 76,2 | T1-B12 | <0,04 |
| T1-Hierro | 104 | T1-Zinc | 60,6 | T1-B12 | <0,04 |
| T1-Hierro | 174 | T1-Zinc | 80,6 | T1-B12 | <0,04 |
| T1-Hierro | 158 | T1-Zinc | 75,9 | T1-B12 | <0,04 |
| T1-Hierro | 377 | T1-Zinc | 141 | T1-B12 | <0,04 |
| T2-Hierro | 24,3 | T2-Zinc | 27,9 | T2-B12 | <0,04 |
| T2-Hierro | 25,6 | T2-Zinc | 29 | T2-B12 | <0,04 |
| T2-Hierro | 26,1 | T2-Zinc | 29,4 | T2-B12 | <0,04 |
| T2-Hierro | 29,1 | T2-Zinc | 35,1 | T2-B12 | <0,04 |
| T2-Hierro | 23,7 | T2-Zinc | 26,5 | T2-B12 | <0,04 |
| T3-Hierro | 96 | T3-Zinc | 89,3 | T3-B12 | <0,04 |
| T3-Hierro | 59,5 | T3-Zinc | 123 | T3-B12 | <0,04 |
| T3-Hierro | 52,9 | T3-Zinc | 68,3 | T3-B12 | <0,04 |
| T3-Hierro | 93,5 | T3-Zinc | 102 | T3-B12 | <0,04 |
| T3-Hierro | 48,5 | T3-Zinc | 67,2 | T3-B12 | <0,04 |
Con el objetivo de evaluar la posibilidad de que el proceso de biofortificación hubiera permitido obtener un alimento con buen contenido de estos micronutrientese (hierro y zinc), se reportó el aporte promedio de hierro y zinc y requerimientos nutricionales de la población colombiana de estos micronutrientes (Tabla 5).
Tabla 5. Aporte promedio de hierro y zinc y requerimientos nutricionales de la población colombiana de estos micronutrientes.
| Aporte promedio por cada 100 g de tomate | Fe(mg) | Zn(mg) | Requerimiento de Fe y Zn por grupos de edad | Fe(mg) | Zn(mg) | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Hombre | Mujer | Hombre | Mujer | ||||
| Amino quelado | 19 | 8,7 | 2-5 | 13 | 13 | 4 | 4 |
| 6-9 | 13 | 13 | 5 | 5 | |||
| Inorgánico | 7 | 9 | 10-13 | 13 | 13 | 6 | 6 |
| 14-17 | 17 | 23 | 14 | 7 | |||
| Control | 2,6 | 3 | 18-59 | 13 | 27 | 14 | 8 |
| >60 | 13 | 13 | 11 | 11 | |||
Fuente: Elaboración del CTNGA según documento RIEN. ICBF. Recuperado en (Ministerio de Salud Colombia, 2015).
Discusión
Es evidente que el contenido de hierro en el fruto, con el tratamiento aminoquelado, es muy superior al contenido con los tratamientos control y el inorgánico, en relación al contenido de zinc no se presentó diferencia estadística entre el tratamiento aminoquelado con respecto al tratamiento inorgánico. Lo anterior puede ser explicado por los siguiente aspectos: los nutrientes se mueven dentro de la planta utilizando la transpiración vía xilema, las paredes celulares, floema y espacios intercelulares; siendo la principal vía de translocación de nutrientes aplicados vía foliar el floema14. El floema transloca los productos de la fotosíntesis (azúcares, aminoácidos y amidas entre otros) desde la fuente (hoja) hacia lugares de utilización llamados “fosas metabólicas”, y el xilema conduce el agua y sales minerales15. La movilización de nutrientes en el xilema es muy amplia y libre, mientras que en el floema es más restringida14, Fe y Zn tiene poca movilidad del floema16. El ión requerido en el metabolismo de la planta es el ferroso, en cuya forma es absorbido por la planta por el xilema, ya que es la forma de mayor movilidad y disponibilidad para su incorporación en estructuras biomoleculares15. Las proteínas trasportadoras de Zn y Fe en sus formas catiónicas +2, usadas por las plantas son principalmente las de la familia ZRT, ZIP, IRT, YSL16,17; sin embargo, la baja movilidad del Fe inorgánico puede deberse a su precipitación en las hojas más viejas como óxidos insolubles o la formación de complejos con fitoferritina18. Los minerales aminoquelados tienden a moverse en la corriente del floema en esta forma16, pues los quelatos penetran fácilmente en las células de las plantas, por lo tanto los hidrolizados de proteína pueden jugar el papel de transportadores de metales en la planta, es decir, permiten una rápida absorción y translocación de aminoácidos por las partes aéreas de las plantas, facilita la metabolización y transporta microelementos19. Entonces se puede deducir que el uso de fertilizantes aminoquelados ayuda a mejorar la movilidad de minerales en los tejidos vasculares conductores, dado que los aminoácidos biológicamente activos son de rápida absorción y translocación, disminuyendo el gasto de energía metabólica por parte de la planta en la síntesis de proteínas; además el quelato, por ser de bajo peso molecular, se ve favorecida su entrada20,21. En el caso del tratamiento con fertilizante aminoquelado, éste favoreció la absorción y transporte del hierro, mas no así del zinc, por lo tanto esta teoría pudo ser validada en este proyecto pero en el hierro, porque para el zinc los resultados no fueron tan positivos, posiblemente porque pueden haber otros factores que impiden la absorción de estos nutrientes, como la concentración de dos microelementos aminoquelados al tiempo en este tipo de tejido vivo, generando competencia por los transportadores en del floema, presentando estos preferencia por el hierro en este caso.
Otro aspecto importante es que el proceso de biofortificación con minerales aminoquelados parece ser dependiente de la disponibilidad de luz y la hidratación, a mayor exposición a la luz e hidratación, hay mayor absorción de hierro y zinc aminoquelados como se muestra en las tablas específicamente en los frutos de la planta 5, las cuales estuvieron más expuestas a la luz solar según posición en el lugar de siembra. Por ello se debe tener presente el tipo de sustancia fortificante, la cantidad de luz y la hidratación, para que se puedan obtener tomates probablemente con mayor contenido de hierro y zinc.
Estas diferencias pueden deberse a la ubicación que tuvieron las plantas en el invernadero y a la variabilidad del clima en la zona donde se realizó el estudio, pues la disponibilidad de luz e incluso hidratación para la planta se vieron influenciadas por estos factores. En el estudio se pudo observar que las plantas más expuestas a las lluvias presentadas en el tiempo de siembra lograron mejores resultados en cuanto a absorción de nutrientes, como el caso de los frutos de la planta número 5 del tratamiento 1, con una concentración de 377,1±0,08mg/kg de hierro y 141,4±0,53mg/kg de zinc con respecto a los demás frutos de las plantas de análisis. Esta planta se ubicó en un extremo del cultivo, donde lograba captar aguas lluvias y mejor luz solar.
El no hallazgo de cianocobalamina en el tomate después de fortificado se puede deber a que cuando ésta se expone a la luz y a agentes reductores forma hidroxicobalamina, la cual se oxida a cobalto22,23, formando Co (II) y radical OH24, por lo que es probable que la absorción no se haya dado bajo la forma de cianocobalamina, sino de cobalto, sin embargo, existen pocos estudios de este mineral que puedan corroborar esta teoría. Por tal motivo es poco probable que ésta se encuentre en el tomate, aunque haya sido sometido a biofortifación con esta vitamina14.
Para poder verificar si este proceso de biofortificación ayudaría a prevenir los problemas de malnutrición por déficit de hierro y zinc, se realizó una comparación con relación a los requerimientos nutricionales de estos dos micronutrientes, lo aportado en 100g del fruto y con lo que se define que es un alimento fuente de algún nutriente (“alimento fuente” es aquel que aporta más del 10% de los requerimientos nutricionales del día de un nutriente específico) según la normatividad Colombiana Resolución 333 de 201125.
Según el documento de Recomendaciones de Ingesta de Energía y Nutrientes RIEN del Ministerio de Salud de Colombia26, el requerimiento de ingesta diaria de Fe en miligramos por día en hombres y mujeres con edades desde los 2 hasta los 13 años es de 13mg; con edades entre los 14 a 17 años es de 17mg hombres y 23mg mujeres; de los 18 años en adelante el requerimiento de Fe para los hombres es de 13mg, y para las mujeres con edades entre los 14 a 17 años es de 23mg, con edades entre los 18 a 59 años es de 27mg, y mayores de 60 años el requerimiento de Fe es de 13mg. En cuanto al Zn, el requerimiento diario de este micronutriente en hombres y mujeres de edades entre 2 a 5 años es de 4mg por día, edades entre los 6 a 9 años es de 5mg y entre los 10 a 13 años es de 6mg; el requerimiento diario de Zn para hombres con edades entre los 14 a 59 años es de 14mg, y en mujeres entre los 14 a 17 años es de 7mg, entre los 18 a 59 años es de 8mg; en mujeres mayores de 60 años, el requerimiento de Zn es de 11mg.
Se puede determinar que para los grupos de 2 a 13 años es buena fuente de Zn y Fe, mientras que de 14 a mayores de 60 años sólo es buena fuente de Fe en los hombres y de 14 a los 59 años es buena fuente de Zn en las mujeres. Por lo tanto, el aporte nutricional del tomate biofortificado con hierro es alto en comparación con los tomates fortificados inorgánicamente y mucho más con respecto a los no fortificados, esto hace que la población pueda cubrir sus necesidades de manera más fácil. Además, la biofortificación agronómica es una forma de llegar de forma rápida a las comunidades más pobres, que no tienen recursos para comprar suplementos minerales27.
Conclusiones
Se logró fortificar la planta de tomate vía foliar con fortificantes aminoquelado e inorgánico, evidenciando que hubo mejor absorción de Fe aminoquelado frente al tratamiento inorgánico y el cultivo control, además se comprobó que los tratamientos aminoquelado e inorgánico presentan mayor absorción de Zn y Fe con respecto al cultivo control. A través del MANOVA se corroboró diferencias altamente significativas entre los tratamientos. En cuanto a la cianocobalamina, no hubo reporte de absorción de esta vitamina, sin embargo, se puede analizar en posteriores estudios el contenido de cobalto, como método que pueda confirmar el efecto del fertilizante con cianocobalamina. Es posible obtener tomate biofortificado con minerales como el zinc y hierro aminoquelados, donde queda demostrado que tienen mejor absorción, posibilitando su biodisponibilidad; sin embargo, en el caso de la cianocobalamina no se obtuvo evidencia de absorción, aunque es necesario que se dé vía a futuras investigaciones con el fin de estudiar las diferentes formas en las que se absorbe y/o transforma la cianocobalamina.
