UNIVERSIDAD DE COSTA RICA UCR
SEMINARIO II ALIMENTOS FUNCIONALES EN LA NUTRICIÓN HUMANA: Estrés oxidativo y fisiología gastrointestinal.
REPONSABLE: YURY RODOLFO REYES CRUZ
DICIEMBRE, 2004
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TABLA DE CONTENIDO 1
Introducción ................................................................................................3
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Antecedentes...............................................................................................4 2.1
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El mercado de los alimentos funcionales.................................................................. 5
Alimentos funcionales y la salud ..............................................................6 3.1
3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 3.1.6 3.1.7 3.2 3.2.1 3.2.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7
Defensas en contra de estrés oxidativo .................................................................... 7
Polifenoles............................................................................................................................. 9 Variabilidad del contenido de polifenoles en alimento...................................................... 15 Consumo diario de polifenoles en algunos países ............................................................. 17 Biodisponibilidad de los polifenoles ................................................................................... 17 Control de la oxidación de los polifenoles.......................................................................... 18 Algunos estudios sobre la eficiencia de los polifenoles y betalainas contra el estrés oxidativo. ............................................................................................................................. 19 Uso de los polifenole y betalainass en la coloración de alimentos .................................... 20 Fisiología gastrointestinal........................................................................................ 23 Probióticos........................................................................................................................... 26 Prebióticos........................................................................................................................... 30 Fisiología cardiovascular......................................................................................... 32 Desarrollo temprano del cuerpo y crecimiento........................................................ 33 Regulación de procesos metabólicos básicos ........................................................ 34 Desarrollo congnotivo mental.................................................................................. 35 Desempeño físico.................................................................................................... 36
Los consumidores y los beneficios de los alimentos funcionales ................36
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4.1
Comunicación al público ......................................................................................... 37
Reglamentación de los alimentos funcionales .............................................38
5 5.1 5.2
Reglamentación en Estados Unid4os ..................................................................... 39 Reglamentación en Japón....................................................................................... 42
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Conclusiones ...............................................................................................44
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Bibliografía ..................................................................................................45
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1
Introducción
Esta claramente establecida la relación existente entre la dieta y la salud. Sin embargo, el principal rol de la dieta es proveer los suficientes nutrientes para llenar los requerimientos metabólicos del cuerpo humano y de dar al consumidor el sentimiento de satisfacción (Roberfroid, 2000); estudios más resientes apoyan la hipótesis de que la dieta modula varias funciones en el cuerpo humano y juega un papel determinante para la prevención de enfermedades (Stanton, et al. 2001). La definición de salud ya no esta restringida a la ausencia de enfermedades, sino que incluye el buen estado físico, mental y sicológico; los alimentos no solamente son requeridos por el cuerpo, sino que tambien juegan un papel importante en la calidad de vida. Por lo tanto, hay una tendencia mundial en consumir alimentos más “sanos” o capaces de reducir enfermedades en el futuro con su ingesta (Aswell, 2002). A través de generaciones han existido creencias culturales sobre los poderes místicos de los alimentos (Leach, 1989). Se ha estudiado mucho la habilidad de alimentos específicos para prevenir o reducir la severidad de los síntomas de enfermedades debido a las deficiencias nutricionales. Es evidente que algunos componentes de la dieta, que no son indispensables para el humano, influyen marcadamente en la calidad de vida modificando uno o más procesos fisiológicos. La habilidad de esos alimentos para influenciar esos procesos depende de muchos factores: la interacción con otros constituyentes en la dieta, la sicología del consumidor, su patrón de comportamiento y antecedentes genéticos (Milner, 2000). El balance en la dieta es un concepto que resulta de un siglo de investigación en nutrición como consecuencia del descubrimiento de nutrientes y de los requerimientos para el desarrollo, crecimiento y mantenimiento del cuerpo (Aswell, 2002). Además, los conceptos de nutrición del mundo occidental se están ampliando; no solo cumplen con la función de sobre vivencia y satisfacción del 3
hambre, sino en el énfasis del uso de alimentos para promover un buen estado de salud y que reduzca el riesgo de enfermedades (Bidlack, et al. 1998). Actualmente, se considera a un alimento funcional cuando este demuestra satisfactoriamente un efecto en una o más funciones específicas en el cuerpo humano, más allá de los adecuados efectos nutricionales; y que mejora tanto el estado de salud o la reducción del riesgo de enfermedades. El alimento funcional debe demostrar su efecto en cantidades que normalmente se esperaría en la dieta. No son píldoras o cápsulas, pero son parte del patrón normal del alimentos (Aswell, 2002). El presente trabajo tiene como objetivo principal profundizar en los conceptos de alimentos funcionales, su implicación en la salud humana, beneficios, ejemplos de productos funcionales, enfocando la revisión bibliográfica a los polifenoles, prebióticos, prebióticos, y reglamentación a nivel internacional; además, se presentan las conclusiones respectivas del tema. 2
Antecedentes
Para apreciar la importancia de los alimentos funcionales, es necesario entender como la ciencia de la nutrición ha cambiado en el último siglo. Durante la primera mitad del siglo XX, la ciencia de la nutrición identificó los nutrientes esenciales y estableció los estándares nutricionales, principalmente con el deseo de prevenir la deficiencias y ayudar al crecimiento, mantenimiento y desarrollo del cuerpo (Calvelo, 2002). En el último tercio del siglo XX, los nutricionistas recomendaban evadir el consumo excesivo de ciertos nutrientes después de reconocer su papel potencial en muchas enfermedades crónicas, como enfermedades coronarias, diabetes tipo 2, presión elevada de la sangre y cáncer. Se desarrollaron una amplia gama de productos con cantidades reducidas de ciertos nutrientes, principalmente grasa, azúcares y sal (Sloan, 2000).
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A principios del siglo XXI, los países industrializados enfrentaron nuevo retos como: un enorme incremento en el costo de salud, alta expectativa de vida, mejoramiento científico del conocimiento, desarrollo de nuevas tecnologías y mayores cambios en el estilo de vida. Para enfrentar estos retos los nutricionistas desarrollaron la nutrición optima que se enfoca en optimizar la calidad de la dieta diaria en términos de su contenido de nutrientes y no nutrientes así como de otras propiedades de los alimentos que favorecen el mantenimiento de las salud; es aquí donde los alimentos funcionales juegan un papel importante (Aswell, 2002). El concepto de alimento funcional es reciente, originándose en Japón a inicios de 1980 cuando se implementaron programas de desarrollo de alimentos funcionales en este país; estos programas fueron enfocados a una categoría de alimentos con beneficios potenciales, en un esfuerzo de reducir el alto costo de atención médica. Posteriormente, esta idea fue adoptada e investigada por Estados Unidos y Europa (Roberfroid, 2000). Hasta ahora, tanto en Estados Unidos como en Japón, las aproximaciones en el desarrollo de estos nuevos conceptos en nutrición han sido productos influenciados por características culturales, más que por investigaciones científicas. La ciencia de los alimentos funcionales es una nueva disciplina que es parte de la nutrición y debe estimular la investigación y desarrollar estos alimentos con una rigurosidad científica (Bellisle. et al, 1998). 2.1
El mercado de los alimentos funcionales
En Europa el área más activa de los productos funcionales son los productos lácteos probióticos, particularmente el yogur y la leche. En 1997 estos productos representaban el 65% del mercado de alimentos funcionales en Europa (Hilliam, 1998). El mercado de los alimentos funcionales en Europa actualmente puede estimarse aproximadamente como $1.5 billones (5%) del total de los alimentos producidos
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en Europa, que es aproximadamente de $30 billones de dólares (Young, 1996). En Japón el mercado de alimentos funcionales esta dominado por las bebidas con fibra dietética y probióticos, otros productos importantes son los enfocados para niños como helados, bocadillos y bebidas fortificadas; el mercado japonés se estima en 3-3.5 billones de dólares (Stanton, et al. 2001). El mercado Estadounidense no se encuentra tan desarrollado comparado con Europa y Japón; en contraste con Europa, en Estados Unidos hay una notable falta de desarrollo de productos probióticos. Se predice que el mercado estadounidense para alimentos funcionales experimentará un rápido incremento comparado con otros países en el futuro (Stanton, et al. 2001), actualmente estos productos tienen una participación de $ 1 billón de dólares. 3
Alimentos funcionales y la salud
Según (Aswell, 2002), los alimentos funcionales están basados en nutrientes específicos y componentes de alimentos que afectan positivamente específicas funciones en el cuerpo, de hecho existen áreas importantes de la fisiología humana, relevante para los alimentos funcionales por ejemplo:
Defensas en contra de estrés oxidativo.
Fisiología gastrointestinal.
Fisiología cardiovascular.
Desarrollo temprano del cuerpo y crecimiento.
Regulación de procesos metabólicos básicos.
Desarrollo congnotivo mental.
Desempeño físico.
Un alimento puede considerarse funcional si demuestra satisfactoriamente que afecta beneficiosamente una o más funciones específicas en el cuerpo, que ayuden a mejorar el estado de salud, o reduce los riesgos de enfermedades. Los alimentos funcionales deben demostrar su efecto en cantidades que normalmente
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se esperaría que se consuman en una dieta normal. No son píldoras o cápsulas y son parte de un patrón normal de alimentos (no cápsulas, no píldoras). A continuación se presentará un breve resumen de cada área y su potencial para desarrollar alimentos funcionales. 3.1
Defensas en contra de estrés oxidativo
El oxígeno es esencial para la vida humana, sin el no es posible sobrevivir, paradójicamente este elemento también esta involucrado en reacciones tóxicas siendo una amenaza para la salud humana. Se cree que los efectos más dañinos del oxígeno resultan en la formación y actividad de especies reactivas de oxígeno. Estas actúan como oxidantes y son los mayores contribuyentes al envejecimiento y a muchas enfermedades asociadas con el envejecimiento, incluyendo enfermedades cardiacas, cáncer, cataratas y enfermedades degenerativas del sistema nerviosa como el Parkinson y Alzheimer (Roberfroid, 2000). El cuerpo humano tiene muchos mecanismos complementarios entre sí para la defensa de estas especies reactivas de oxígeno, una de las líneas de defensa son el sistema de enzimas antioxidantes. La nutrición juega un papel importante en el mantenimiento de este sistema de defensas; muchos minerales y trazas de elementos incluyendo el selenium, cobre, magnesio y zinc están involucrados en la estructura o actividad catalítica de estas enzimas. Una segunda línea de defensa es un grupo de pequeños componentes de bajo peso molecular que actúan como antioxidante como el glutatión, algunas vitaminas como la vitamina C o E, que regenera la capacidad amortiguadora del sistema de antioxidantes del cuerpo (Broek y Landbouwraad, 2002). Cuando la cantidad de fuentes externas de oxidantes es alta y las defensas del cuerpo no son suficientes para contrarrestarlas se presenta el fenómeno de estrés oxidativo. El cuerpo puede ayudarse de una gran variedad de antioxidantes de bajo peso molecular encontrados en la dieta. Los más conocidos son la vitamina
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E, C, carotenoides y polifenoles, incluyendo los flavonoides, actualmente, estudios relacionados a esta área son de mucho interés para la producción de alimentos funcionales (Bidlack, et al 1998). En analogía con las plantas, las especies reactivas de oxígeno como los radicales hidroxilos, peroxilos y superóxidos y los aniones radicales de nitrógeno como el óxido nítrico son constantemente generados en animales y humanos como resultado de las reacciones metabólicas. Estos compuestos atacan los ácidos polinsaturados de las células, lo cual esta asociado con la carcinogénesis (Tsuda, et al. 1994; Yagi, 1987). La excesiva producción de radicales puede sobrepasar la capacidad fisiológica antioxidante que proveen las enzimas como la glutatión peroxidasa, catalasa y superóxido dismutasa y compuestos antioxidantes como el glutatión, tocoferol y ácido ascórbico. Como consecuencia de esto, proteínas, lípidos y ADN son el objetivo del ataque de estos radicales libres y trae como consecuencia el daño en las enzimas, paredes celulares y material genético (Droge, 2002; Stintzing, et al. 2002; Middleton, et al., 2000). Según (Bidlack, et al. 1998), existen una serie de compuestos que ayudan a contrarrestar el estrés oxidativo que es causante de enfermedades crónicas como cánceres, traumas y enfermedades cardiovasculares. A estos compuestos se les denomina fitoquímicos. En la Tabla 1. se presenta una lista de compuestos no esenciales pero que son bioactivos, así como su presencia en algunas plantas. Estos fitoquímicos actúan como sustratos de enzimas con el objetivo de evitar desórdenes genéticos causados por la oxidación y reducir la incidencia de apariciones de cáncer en los humanos. A continuación se discutirán los polifenoles, que son los fitoquímicos más abundantes en las frutas.
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Tabla 1. Algunos compuestos bioactivos no esenciales en plantas comestibles Compuestos Fenólicos Organosulfunados
Alimento fuente Frutas, vegetales, frijol soya, cereales, Té, café, especias Alimentos de la familia allium (ajo, cebolla y puerro)
Glucosinolados
Vegetales de las familia de las crucíferas
Indoles
Vegetales de las familia de las crucíferas
flacones
Frutas, vegetales, tomates, bayas y papas
Isoflavones
Lentejas y frijol soya
(Bidlack, et al. 1998) 3.1.1 Polifenoles Los polifenoles son micronutrientes abundantes en nuestra dieta y existen evidencias de su rol en la prevención de enfermedades degenerativas como el cáncer y enfermedades cardiovasculares y neurodegenerativas (Manach, et al. 2004). Miles de moléculas que contienen la estructura de los polifenoles (grupos hidroxilos en anillos aromáticos) han sido encontradas en plantas comestibles. Estas moléculas son metabolitos secundarios de plantas y generalmente están envueltos en defensas en contra de la radiación ultravioleta y de la agresión de patógenos (Middleton, et al. 2000). Los polifenoles tienen diferentes clasificaciones en función de los anillos fenólicos, se clasifican en ácidos fenólicos, flavonoides, estilbenos y lignanos. Ver Figura 2. Los flavonoides son los que comparten una estructura común y consisten de 2 anillos aromáticos que están juntos por el tercer átomo de carbono; estos pueden ser divididos en 6 subclases en función del tipo de los anillos involucrados: Flavonols, flavones, isoflavones, flavonones, antocianinas y flavanoles. En adición
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a esta diversidad, los polifenoles pueden asociarse con carbohidratos y ácidos orgánicos y entre ellos (Manach, et al. 2004). Figura 1. Estructura de los Polifenoles Ácidos hidroxibenzóicos
Ácidos hidroxicinamicos
R1 = R2 = OH, R3=H: ácido protocatecuico. R1 = R2 = R3 = OH: ácido gálico.
R1 = OH: ácido cumárico R1= R2 = OH: ácido caféico R1= OCH3,R2=OH: ácido felúrico
Flavonoides
Ácido clorogénico
Estilbenos
Lignanos
(Manach, et al. 2004).
3.1.1.1 Ácidos fenólicos
Pueden distinguirse dos clases de ácidos fenólicos: los derivados del ácido benzóico y los del ácido cinámico, Ver figura 2. El contenido de ácido hidrobenzóico en plantas comestibles es generalmente muy bajo, con la excepción de ciertas frutas rojas, rábanos y cebollas, los cuales
pueden tener
concentraciones de 10 miligramos por kilogramo de fruta (Manach, et al. 2004). Las hojas de té son una fuente importante de ácido gálico, que pueden contener arriba de 4.5g/kg de fruta fresca (Tomas-Barberan y Clifford, 2000). Además, los ácidos hidrobenzóicos son componentes de estructuras complejas como los taninos hidrolizables (galotaninos en mangos y elagitaninos en frutas
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rojas como las fresas y moras), (Clifford, 1999). Debido a que los ácidos hidrobenzóicos, libres o esterificados, son encontrados solamente en pocas plantas comestibles para el ser humano no son estudiados extensivamente y sin gran importancia en la nutrición humana (Hertog et al. 1992). Los ácidos hidroxicinámicos son más comunes y consisten en radicales de ácidos: p-cumárico, caféico, felúrico y sinápico. Los tipos de frutas que contienen un alto contenido son: moras, kiwis, cerezas y manzanas. En la Tabla 2, Anexo 1, se puede observar los diferentes polifenoles en alimentos y sus cantidades (Middleton, et al. 2000). El ácido caféico es el más abundante ácido fenólico y representa entre el 75% y 100% del total de ácidos hidroxicinámico en las frutas. Estos ácidos se encuentran en todas partes de las frutas , sin embargo la mayor concentración se ve en las partes externas de las frutas maduras, la concentración disminuye generalmente durante la maduración, pero la cantidad total incrementa cuando incrementa el tamaño de la fruta (Manach, et al. 2004). El ácido felúrico es el ácido fenólico más abundante en granos de cereal, por ejemplo en granos de trigo la concentración es de 0.8-2 g/Kg. de materia seca, el cual representa el 90% total de los polifenoles (Sosulski, et al. 1982). El arroz y la avena contienen aproximadamente la misma cantidad de ácidos fenólicos que la harina de trigo (63 mg/Kg.), sin embargo, el contenido en la harina de maíz es 3 veces más (Droge,. 2004).
3.1.1.2 Flavonoides
Flavonoles Los flavonoles más representativos son la quercetina y el kaempferol. Ver figura 3. Estos están presentes generalmente en bajas concentraciones en plantas de aproximadamente 15-30 mg/kg de fruta fresca. Las fuentes más ricas son la cebolla, el apio el brócoli y la mora. El vino rojo y el té también contienen arriba de
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45mg de flavonoles/L. Estos compuestos están asociados con azúcares como glucosa, ramnosa, galactosa, arabinosa y xilosa. Los flavonoles se acumulan en la parte externa de los tejidos como las hojas porque su biosíntesis es estimulada por la luz. Figura 3. Estructura de los flavonoles Flavonoles
R2=OH;R1=R3=H: Kaempferol R1=R2=OH; R3=H: Quercetin R1=R2=R3=OH: Myricetin
(Manach, et al. 2004).
Flavones Los flavones son menos comunes que los flavonoles en frutas y vegetales. Los flavones consisten en radicales de glucósidos de luteolina y apigenina, ver Figura 4. La fuente más importante de los flavones identificada hasta el momento es el apio. Los cereales como el trigo tambien contienen flavones (King, 1962). Además, la piel de las frutas cítricas contienen grandes cantidades de flavones (Ross y Kasum, 2002). Figura 4. Estructura de los flavones Flavones
R1=H;R2=OH: Apigenina R1=R2=OH: Luteolina
(Middleton, et al. 2000).
Flavonones Los flavonones se encuentran en tomates y ciertas plantas aromáticas como la menta, pero están presentes en altas concentraciones solo en frutas cítricas Ver Figura 5. Los flavonones generalmente se encuentras unidos a disacáridos lo cual
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imparte un sabor amargo a las frutas. El jugo de naranja contiene entre 200 y 600 mg de falvonones (Tesoriere, et al. 2004a). Figura 5. Estructura de los flavonones Flavonones
R1=H;R2=OH: Naringenina R1=R2=OH: Eriodictyol R1=OH;R2=OCH3:Hesperetin
(Manach, et al. 2004).
Isoflavones Los isoflavones son flavonoides con similaridades estructurales a los estrógenos, sin embargo, no son esteroides, por lo cual son considerados fitoestrógenos ver Figura 6. Estos compuestos son encontrados principalmente en plantas leguminosas. La soya y sus productos son la principal fuente de isoflavones en la dieta humana. Son sensibles al calor y son hidrolizados durante el procesamiento industrial, como en la producción de soya (Kudou, et al. 1991). Figura 6. Estructura de los Isoflavonones Isoflavonones
R1 = H:Daidzein R1 = OH: Genistein
(Middleton, et al. 2000).
Flavanoles Los flavanoles existen en dos formas catequinas y proantocianidinas, Ver Figura 7. Las catequinas son encontradas en muchos tipos de frutas, siendo el albaricoque, la que contiene más concentración 250mg/kg. También esta presente en vino rojo. En contraste con los otras clases de flavonoides estos no contienen enlaces glucosídicos. Las proanticianidinas forman complejos con las proteínas salivares y
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son responsables de las características astringentes de frutas como uvas, peras, manzanas, duraznos y cerezas además, de bebidas como el vino, cidra, té y cerveza y del sabor amargo del chocolate; estas características desaparecen durante la maduración de las frutas (Santos-Buelga y Scalbert, 2000). Figura 7. Estructura de los flavanoles Flavanoles
R1 = R2 = OH; R3 = H: Catechinas R1 = R2 = R3 = OH: Galocatequina
Procianidina Trimerico
(Manach, et al. 2004). Antocianinas Las antocianinas son pigmentos disueltos en la vacuola de la célula de los tejidos epidérmicos de flores y frutas, que imparten colores rosados, rojos y púrpuras, dependiendo del pH en el que se encuentran ver Figura 8. (Mazza, 2000). Figura 8. Estructura de las antocianidinas
R1 = R2 = H: pelargonidina R1 = OH; R2 = H: Cianidina R1 = R2 = OH: Delfinidina R1 = OCH3 ; R2 = OH: Petunidina R1 = R2 = OCH3: Malvinida
(Middleton, et al. 2000). Mientras están en la planta, son resistentes a la luz, pH, y condiciones de oxidación, debido a que su degradación está prevenida por enlaces glucosídicos. En adición a esto, las antocianinas son estabilizadas por la formación de
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complejos con flavonoides. En la dieta human las antocianinas se encuentran en el vino rojo, ciertas variedades de cereales y ciertos vegetales como (berenjenas, repollo, frijoles, cebollas y rábanos), pero son más comunes en frutas. Las cianidina es la antocianina más común en alimentos (Stintzing, et al. 2002a). El contenido es generalmente proporcional a la intensidad de color y alcanza valores arriba de 2-4 g/kg; este valor incrementa con la madurez de la fruta. Las antocianinas son encontradas principalmente en la piel, excepto por ciertos tipos de frutas rojas, en el cual también ocurre dentro de la fruta como cerezas y fresas; el vino contiene entre 200-300 mg/L (Hertog, et al., 1992). Aparte del rol fisiológico de las antocianinas en las plantas, es un componente importante en la nutrición humana (Ross y Kasum, 2002), el cual es avalado por varios estudios que reportan una alta correlación positiva del contenido de este pigmento en frutas o vegetales y su capacidad antioxidativa (Stintzing, et al. 2002b, 2003; Tesoriere, et al. 2004a). Este pigmento es utilizado para la coloración de alimentos que puede proporcionarle esta actividad funcional como en el caso de colorantes para jugos, obteniéndose colorantes naturales de alto valor nutricional que van desde el color amarillo, naranja, rojo y púrpura (Stintzing et al, 2003).
3.1.2 Variabilidad del contenido de polifenoles en alimento Las frutas y las bebidas como el té y el vino rojo constituyen la principal fuente de polifenoles, ciertos polifenoles como la quercetina son encontrados en todas las plantas (frutas, vegetales, cereales, plantas leguminosas jugos de frutas, té, vino, infusiones etc.) mientras que otros son específicas para productos particulares como los flavonones en frutas cítricas e isoflavones en soya (Manach, et al. 2004). Para muchos productos derivados de plantas, la composición es menos conocida; el conocimiento del contenido de flavonoides esta usualmente limitada a una o pocas variedades y los datos algunas veces no son de partes comestibles. 15
Algunos alimentos, particularmente algunos tipos de frutas exóticas y algunos cereales no han sido analizados todavía. Además, no solamente la variedad afecta el contenido de polifenoles, sino que numerosos factores influyen como: la madurez al momento de la cosecha, factores ambientales, procesamiento y almacenamiento (Manach, et al. 2004). En general, la concentración de los ácidos fenólicos decrece durante la madurez, mientras que la concentración de antocianinas aumenta. (Tsuda, et al., 1994), analizaron que las antocianinas en los frijoles rojos (P. Vulgaris) ejercen un poder antioxidativo en los ácidos grasos insaturados de las células, en una concentración de 50-100 µmol, aunque el estudio se realizó in vitro, en sangre de conejo y de ratas, se cree que pueden ejercer la misma función en las células de los animales y del humano. Con el conocimiento actual, es extremadamente difícil determinar para cada familia de plantas y tipos de productos las variables que son responsables de la variabilidad en el contenido de cada polifenol (Hong, et al. 2003). El almacenamiento también afecta el contenido de polifenoles que son fáciles de oxidar. Las reacciones de oxidación resultan en la formación de sustancias que cambian la calidad de los alimentos, particularmente en color y características organolépticas. Algunos cambios son beneficiosos, como el caso del té, o perjudiciales
para
la
aceptabilidad
del
consumidor.
Por
ejemplo,
el
almacenamiento de la harina de trigo resulta en una marcada pérdida de ácidos fenólicos (Sosulki, et al.1982). Los métodos de preparación de alimentos afectan marcadamente su contenido de polifenoles. Por ejemplo el pelado de frutas y vegetales pueden eliminar una porción significativa, porque estas sustancias están presentes en altas concentraciones en las partes externas. El cocinado también puede tener un
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efecto. Las cebollas y tomates pierden entre el 75 y 80% de su contenido inicial de quercetina después de hervirlos por 15 min (Crozier, et al. 1997). Los procesamientos industriales tambien afectan el contenido de polifenoles. Por ejemplo, en la producción de jugos de frutas algunas veces involucra pasos de clarificación o estabilización, con enzimas, especialmente para remover ciertos flavonoides responsables de la decoloración, por lo tanto, jugos de frutas procesados tienen bajo contenido de flavonoides (Manach, et al. 2004). 3.1.3 Consumo diario de polifenoles en algunos países (Kuhnau, 1976), calculó que el consumo de flavonoides en los Estados Unidos era de 1 g/día y consistía en: 16% flavonols, flavones y flavononas; 17% antocianinas; 20% catequinas y 45% biflavones. Los flavonols han sido estudiados más extensivamente, el consumo de estas sustancias ha sido estimada entre 20-25 mg/día en Estados unidos, Dinamarca y Holanda (Sampson, et al. 2002). En Italia, el consumo oscila entre 5 a 125 mg/día. Debido a que las frutas cítricas son prácticamente la única fuente de flavanones, la ingestión de estas sustancias es probablemente mayor en regiones donde estas frutas son producidas, como el sur de Europa. El consumo de soya en los países asiáticos es de 10-35 g/día, el cual es equivalente a 25-40 mg de isoflavones/día, sin embargo, la incorporación de cantidades de extracto de soya a los productos alimenticios incrementan el consumo (Coward et al., 1993). En España el consumo total de catequinas y proantocianidinas ha sido estimado entre 18-31 mg/día, y las principales fuentes son manzanas, peras, uvas y vino rojo (Erlund, et al. 2002). 3.1.4 Biodisponibilidad de los polifenoles Los polifenoles, que son los más comunes en la dieta humana, no son necesariamente los más activos en el cuerpo, esto se debe a que ellos tienen una baja actividad intrínsica o porque son pobremente absorbidos del intestino, altamente metabolizados o rápidamente eliminadas. En adición, los metabolitos que son encontrados en la sangre y en los órganos pueden ser diferentes de las sustancias nativas en términos de la actividad biológica (Manach, et al. 2004). 17
El metabolismo de los polifenoles ocurre por un camino común. Los aglicanos (los polifenoles libres) son absorbidos por el intestino pequeño. Sin embargo, la mayoría de los polifenoles que están presentes en los alimentos están en forma de esteres, enlaces glucosídicos o polímeros que no pueden absorberse en su forma nativa. Estas sustancias deben hidrolizarse por las enzimas intestinales o por la microflora antes de que sean absorbidos. Los polifenoles que no son absorbidos en el intestino llegan al colon; cuando la microflora está envuelta, la eficiencia de absorción usualmente está reducida porque la flora también degrada los aglicanos. Durante el curso de la absorción, los polifenoles están conjugados en el intestino pequeño y después en el hígado. Los polifenoles y sus derivados son eliminados por la orina y la bilis (Bidlack, et al. 1998). La concentración de polifenoles en el colon puede ser muy alta y alcanzar cientos de micromoles por litro y junto con los carotenoides, los polifenoles constituyen los únicos antooxidantes presentes en el colon, porque la vitamina C y E es absorbida en los segmentos superiores del intestino (Scalbert, et al. 2000). La hidrofobicidad de los polifenoles es intermedia entre la vitamina C y la vitamina E, por lo que se piensa que esta envuelta en la oxidación y regeneración de la vitamina C y E. Los flavonoides son buenos sustratos para ciertas enzimas y sin ellas, causarían enfermedades neurodegenerativa y enfermedades cardiovasculares. 3.1.5 Control de la oxidación de los polifenoles La química de la oxidación de los radicales libres es compleja y de muchas etapas. Los fitoquímicos, en especial los polifenoles, actúan controlando la oxidación de la siguiente forma según (Bidlack, et al. 1998): Previenen la formación de oxidantes: Previenen la formación de compuestos oxidantes en las mitocondrias de las células que secuestran hierro y cobre, elementos capaces de iniciar la oxidación. Buscando oxidantes activados: la reacción primaria de los antioxidantes es el desdoblamiento para atacar a los oxidantes. Los polifenoles se desdoblan y pueden actuar buscando compuestos oxidados activos. 18
Reducción de productos intermedios activos: Las animales y el ser humano poseen sistemas enzimáticos que buscan los radicales activos de oxidación y detoxifican los productos intermedios de las reacciones metabólicas, incluyendo la catalasa, que busca el peróxido de hidrógeno, la glutatión peroxidasa, que remueve los hidroperóxidos y la dismutasa superóxido que remueve los aniones de superóxido. Los compuestos naturales de los alimentos con actividad antioxidante como los polifenoles protegen estos sistemas de regeneración enzimáticos y les sirven como ayuda sinérgica. Inducción de los sistemas de reparación: estos fitoquímicos sirven como sustratos de los sistemas de regeneración del organismo, y ayuda a la eliminación de células no útiles para el organismo y así evitar más oxidación. 3.1.6 Algunos estudios sobre la eficiencia de los polifenoles y las betalaínas contra el estrés oxidativo. Los compuestos fenólicos están ampliamente distribuidos en frutas y vegetales y pueden constituir aproximadamente entre el 10 y 20% de la materia seca en la dieta de un vegetariano estricto (Steinmetz y Potter, 1991). Algunos compuestos fenólicos atrapan nitratos y previenen la formación de compuestos mutagénicos de N-nitroso (Stich, 1984); la exposición a este compuesto está ligado al cáncer de esófago y estómago (Bartsh y Montesano, 1984). Otros compuestos fenólicos han mostrado que actúan con las enzimas encargadas de la detoxificación (Steinmetz y Potter, 1991). Los polifenoles del té, por ejemplo, han demostrado que reducen los tumores en experimentos con animales. Los efectos anticancerígenos de los fitoquímicos del té dependen de la dosis. A altas concentraciones pueden bloquear la formación de compuestos N-nitroso (Yang y Wang, 1993). El té verde, rico en polifenoles, ha sido asociado con la disminución del cáncer de esófago en China (Gao et al., 1994). Tesoriere, et al. 2004a, b realizó un estudio sobre la bioabilidad de las betalaínas en el consumo de cactus (Opuntia ficus-indica) determinando que las betalaínas 19
en una concentración de 44 mg de betalaínas por porción evitan la oxidación de las lipoproteínas, en la sangre humana, de baja densidad LDL; dicha oxidación es la responsable de la acumulación de LDL en la sangre; demostraron que el consumo regular de cactus es beneficioso para evitar problemas cardiovasculares. 3.1.7 Uso de los polifenoles y betalaínas en la coloración de alimentos Desde siempre, los colores naturales de especies y hierbas, cerezas y vegetales han sido parte de la dieta humana. Han sido consumidos por generaciones y ayudan a identificar alimentos y evaluar su palatabilidad. El color define el valor estético del alimento, predetermina las expectativas del consumidor en cuanto sabor, olor y apetito. Por lo tanto el color es el mayor recurso en la industria de alimentos para retener la apariencia natural de las materias primas (Stintzing y Carle, 2004). Según (Stintzing y Carle, 2004) los fitoquímicos utilizados para elaborar extractos de colores son las antocianinas y las betalaínas, que además de tener propiedades nutricionales, también son de alto valor en la industria de alimentos. Con las antocianinas y betalaínas se complementan colores como el amarillo, naranja, rojo y púrpura; la estabilidad de estos compuestos dependen del pH al que se encuentran en solución, por ejemplo, las antocianinas pierden su propiedad de coloración entre los pHs 2-3, mientras que las betalaínas son estables del pH 3-7. Por lo tanto, la perdida de color de estas sustancias se puede minimizar durante el procesamiento y almacenamiento; controlando las temperaturas y pHs apropiados. Las betalaínas han sido conocidas hace tiempo por ser colorantes seguros para alimentos u otros propósitos industriales (Elbe, et al. 1974). Las betalaínas son derivados de ácidos betalámicos y pueden dividirse en 2 clases de compuestos: betacianinas y betaxatinas (Tesoriere, et al. 2004b), ver Figura 9:
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Figura 9. Clases de betalaína
Betacianinas
Indicaxantin
Betanidina: R1 y R2 =OH Betanina: (5-O-glucosa betanidina): R1=glucosa; R2=OH
(Middleton, et al. 2000). El ciclo amino de las betalaínas, ha sido considerado el grupo reactivo que confiere las propiedades reductoras a esta clase de moléculas. Los alimentos que contienen antocianinas y utilizados para obtener los extractos son: la aronia, cereza, bayas, uvas, camote rosado, repollo rojo, rábano rojo y para obtener las betalaínas son la remolacha roja, el cactus y la pitaya (Stintzing y Carle, 2004).Las betalaínas y las antocianinas no se encuentran juntas en las plantas, las betalaínas solamente se encuentran en 10 familias de vegetales y de estas solamente dos familias son comestibles por el ser humano; la Chenopoidiaceae (Remolacha) y Cactaceae (el cáctus o nopal y la pitaya) (Stintzing, et al. 2003, 2001). En contraste con las antocianinas, son estables en alto rango de pH de 4 a 7, haciendo este colorante ideal para ser utilizada en alimentos ácidos. La fuente principal ha sido la remolacha que tiene un rendimiento de 40-60 mg/100 g de fruta fresca (Stintzing, et al 2001). El cactus como alimento funcional Según (Ramadan y Morsel, 2003) el cactus (opuntia ficus-indica L.) es una promesa para los alimentos funcionales, porque tiene ingredientes esenciales, como su composición de aminoácidos, minerales, vitamina C y fibras solubles. El
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cactus se consume como fruta fresca adicionado a platillos, cocinado, enlatado, en ensaladas, siropes, bebidas alcohólicas, jugo de frutas y producción de queso. Estudios experimentales han evidenciado que el cactus reduce los niveles de colesterol, debido a los esteroles, y glucosa del ser humano y modifica la baja densidad de las lipoproteínas (Guarbachan y Felker, 1998; Stintzing et al., 2001). Además de los pigmentos que sirven contra el estrés oxidativo contiene componentes nutricionales de importancia como el contenido de aminoácidos, la alta concentración de magnesio y calcio así como el alto contenido de fibra que hacen del cactus una fruta especial para aplicaciones nutricionales (Stintzing et al., 2001). El cactus es rico en magnesio y calcio, por lo tanto, fortificación de preparados de vegetales y frutas se puede hacer adicionando concentrado de jugos de cactus (Ramadan y Morsel, 2003). El aceite de cactus constituye en 7-15% del total de la semilla y es caracterizado por un alto grado de instauración donde el ácido linoléico es el mayor ácido graso (56.1-77%) esta característica hace del cactus una fruta especial para aplicaciones nutricionales; la adición del aceite de cactus a los platillos pueden tener un impacto en los ingredientes esenciales en la dieta (Ramadan y Morsel, 2003). El contenido alto de fibra que le proporción al cactus una sensación agradable en la boca es muy útil para el diseño de nuevas bebidas carbonatadas, productos lácteos y de cereales. Además, estas sustancias mucilagenosas están asociadas con la regulación de azúcar en la sangre para personas que sufren la diabetes mellitus II (Ramadan y Morsel, 2003). El potencial de reducir los niveles de colesterol en el plasma ha sido discutido y se determinó que el consumo de cactus modifica las lipoproteínas de baja densidad (LDL) aumentando su densidad,
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proceso beneficioso en contra de las enfermedades cardiovasculares (Stintzing et al., 2001). 3.2
Fisiología gastrointestinal
El intestino grueso (colon) del ser humano es reconocido como uno de los órganos más activos metabólicamente en el cuerpo humano, conteniendo una microflora muy compleja. La mayoría de las cuales son anaeróbicas siendo las principales las bacteroides, bifidobacterium y eubacterium (Shah, 2001). La flora gastrointestinal juega un papel importante en rescatar la energía a través de la fermentación de los residuos de la dieta que escapan de la digestión en el intestino delgado. Los principales productos de la fermentación en el colon son pequeñas cadenas de ácidos grasos, como ácido propiónico, acético y butírico. Todos estos procesos fermentativos son beneficiosos para la salud (Clemens, 2001). La flora microbiana provee las bases para prevenir que bacterias dañinas puedan invadir el tracto intestinal como Clostridium difficile y el Clostridium perfringens y especies de enterobacteriaceae. Por esta razón se han desarrollado productos que estén asociados con el balance de la microflora colonizadora, mediada por la actividad endocrina del tracto gastrointestinal que controla la actividad inmune, biodisponibilidad de nutrientes, especialmente minerales, control de tiempo de tránsito y modulación de la proliferación de células epiteliales, actividades beneficiadas por las bacterias del producto. (Roberfroid, 1996). Se han desarrollado productos que promueven el balance de salud de la microflora con la utilización de probióticos, prebióticos y simbióticos; estos productos tiene como objetivo la alteración de la microflora del intestino, usualmente incrementando las cantidades de bifidobacterias y lactobacillus (Shah, 2002).
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Por definición un probiótico es un microorganismo vivo, que cuando es ingerido en suficientes cantidades, estimula beneficios en la salud del consumidor, ayudando tanto a personas saludables y con problemas médicos. Un prebiótico es un ingrediente del alimento no digestible que afecta beneficiosamente al organismo estimulando selectivamente el crecimiento y modificando la actividad metabólica de algunas especies de bacterias que se encuentran en el colon. Mientras que los simbióticos son la mezcla de los ingredientes anteriores (Aswell, 2002). El intestino grueso humano contiene un complejo ecosistema que comprende hasta 50 especies diferentes de bacterias, cuya actividad y cantidad se ve afectada por la fisiología gastrointestinal y por los sustratos de fermentación de los que estas dispongan. Generalmente las bacterias del principio de colon tienen más nutrientes que aquellas que crecen al final, por lo cual el pH del inicio del tracto suele ser más bajo que el del final dada la mayor producción de ácidos orgánicos derivados de la fermentación. Esto hace pensar que la fermentación se da primordialmente en el colon inicial o cercano (Macbain et al, 1997). La mayoría de los microorganismos del colon constituyen una flora anaeróbica estricta y cantidades menores de flora facultativa. Los principales sustratos para el crecimiento bacteriano son los carbohidratos. De estos solo entre 10 a 60 g por día logran llegar al colon, siendo la gran mayoría de estos fructanos que se fermentan en el Colon (Flamm et al, 2001). Esta fermentación es selectiva pues es efectuada principalmente por bacterias lácticas y bifidobacterium, a diferencia de los clostridia, bacteroides y coniformes que no pueden metabolizar a los carbohidratos de cadena corta (Hopkins et al, 1998; Butel et al, 2002). La disminución en el pH provocado por la fermentación hace que prosperen las bacterias lácticas y el bifidobacterium, pero inhibe a los otros géneros de bacterias. Se ha estimado que una ingesta diaria de 15 g hace por definición que
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las bacterias lácticas y bifidobacterium se trasformen en la flora dominante en el colon (Gibson et al, 1995). No obstante no es del todo conocido cuales cepas de las bacterias lácticas y bifidobacterium son las responsables de la metabolización en sus diferentes etapas (Gibson et al, 1995). Las bifidobacterias constituyen hasta un 25 % de la flora del colon y durante su competencia al fermentar los carbohidratos de cadena corta contribuye a la disminución y hasta anulación de cepas patogénicas que son sensibles al medio ácido (Durieux et al, 2001; Lendorio, 2003), entre las que se encuentran Salmonelle enteriditis, Campylobacter jejuni, E. coli, Salmonella typhimurium, S. aureus, Clostridium perfringens, Shigella, Veillonella y Clostridium difficile (Perrin et al, 2000; Roberfroid, 2001). Estas cepas patógenas además son incapaces de metabolizar los carbohidratos de cadena corta pues carecen de las enzimas adecuadas. Las bifidobacterias poseen β-fructofuranosidasa capaz de hidrolizar los enlaces β (2-1) y α (1-2), que les permite aprovechar directamente la degradación de los carbohidratos de cadenas cortas (Perrin et al, 2000). Los productos de está fermentación produce un 55% de ácidos grasos volátiles de cadena corta (ácido acético, ácido propiónico, ácido butírico), 10% de gases (CO2, CH4, H2) y un 35% de biomasa bacteriana para un valor energético total de 1,0 a 1,5 Kcal./g (Murphy, 2001; Lendorio, 2003). La mayor parte de los ácidos grasos producidos son ampliamente absorbidos en la sangre desde donde alcanzan el hígado y los tejidos periféricos desde donde inducen cambios en el metabolismo de las grasas y de la glucosa (Roberfroid, 2001). El butirato producido en la fermentación está asociado con la producción de mucinas, que son complejos de glicoproteínas que componen el gel que recubre el epitelio gastrointestinal. La cinética de fermentación puede estar ligada al grado de polimerización pues aquellas moléculas de más de 10 monómeros son fermentadas en el doble de tiempo de aquellas menores en tamaño (Roberfroid et al, 1998).
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Existen estudios que señalan una mayor eficiencia en la fermentación en las bifidobacterium por sobre las bacterias lácticas (Roberfroid, 2001). Por esta razón se han desarrollado productos que estén asociados con el balance de la micloflora colonizadora, mediada por la actividad endocrina del tracto gastrointestinal que controla la actividad inmune, biodisponibilidad de nutrientes, especialmente minerales, control de tiempo de tránsito y modulación de la proliferación de células epiteliales, actividades beneficiadas por las bacterias del producto. (Roberfroid, 1998). Es aquí donde los probióticos y prebióticos juegan un papel fundamental. Los probióticos y prebióticos son las sustancias o microorganismos por excelencia que son adicionadas a los productos para proporcionarle funcionalidad a los alimentos. A continuación de discutirá sobre cada uno de ellos: 3.2.1 Probióticos La definición aceptada de un producto probiótico es la de que son suplementos alimentarios para la alimentación humana, que contienen microorganismos vivos que mejoran el equilibrio microbiano en el intestino de las personas (Mazza, 2000). Según (Gibson y Roberfroid, 1995), los alimentos probióticos son definidos como: alimentos que contienen microorganismos vivos, que mejoran activamente la salud de los consumidores, mediante la mejora del balance de la microflora en el intestino cuando el probiótico es ingerido en suficientes cantidades. La mayoría de estos productos probióticos fueron desarrollados a partir de los productos lácteos fermentados tradicionales, como el yogur, el kéfir y el kumis, productos que han sido consumidos en Europa, Asia y África durante muchas generaciones. Tradicionalmente, los probióticos han sido adicionados al yogur y a otros productos fermentados, derivados de la leche, sin embargo, recientemente se han utilizado para la elaboración de bebidas, así como suplementos en forma de tabletas, y cápsulas (Broek y Landbouwraad, 1993).
26
3.2.1.1 Microorganismos probióticos utilizados
Las bacterias acidolácticas son las utilizadas para la manufactura de varios productos fermentados como el yogur, sin embargo, estas bacteria no sobreviven en el tracto gastrointestinal; las tendencias hoy en día es adicionar bacteria como Lactobacillus
acidophilus
y
especies
de
bifidobacterium,
que
son
los
microorganismos dominantes en el intestino delgado y grueso de las personas (Mazza, 2002; Shah, 2001). Para la manufactura del yogurt se usa Lactobacillus del brueckii ssp. Bulgaricus y Streptococcus thermophilus.; estas bacterias son declaradas beneficiosas, pero no son habitantes naturales en el intestino y no sobreviven en el tracto intestinal. Por lo tanto, para que el yogur pueda considerarse como un producto probiótico, L. Acidophilus y bifidobacterias son incorporados. El yogur que contiene estas dos bacterias es considerado un “yogur AB”. Recientemente se ha incorporado Lactobacillus casei en adición a las anteriores, y este yogur es conocido como “yogur ABC” (Shah, 2001). Existen 56 especies de lactobacillus y 29 especies de bifidobacterias, usadas para los productos probióticos, en la Tabla 2. se muestran los principales cultivos.
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Tabla 2. Principales especies de bacterias usadas como cultivos probióticos, adaptada de (Krishnakumar y Gordon, 2001). Especies Lactobacillus acidophilus L. bulgaricus L. lactis L. plantarum L. rhamnosus L. reuteri L. casei L. paracasei L. fermentum L. helveticus
Cepas La2, La5, MCFM, DDS-1, SBT-20262 Lb12 La1 299v, Lp01 GG, GR-1, 271, LB21 SD2112 Shirota, Immunitass CRL 431 RC-14 B02
Para que los microorganismos probióticos puedan tener beneficios en la salud, deben estar disponibles a altas concentraciones, normalmente 106 ufc/g de producto (Clemens, 2001). En Japón está regulado que la cantidad debe ser mayor a 107 ufc/g de producto. (Stanton, et al, 2001). Además de la cantidad de microorganismos, deben considerarse otros factores que pueden afectar su viabilidad, como la acidez del producto, la producción de ácido durante el almacenamiento en refrigeración, los niveles de oxígeno del producto y la falta de nutrientes de la leche (Dave y Shah, 1997). Uno de los criterios más importantes para la selección de los organismos probióticos a utilizar es su habilidad de sobrevivir en ambientes ácidos del producto y del estómago, donde el pH puede alcanzar hasta 1.5 (Lankaputhra y Shah, 1995). Por lo tanto, deben considerarse cepas con base a estos atributos. L. acidophilus y L. Casei, producen ácido láctico como principal productos durante la fermentación. Las bifidobacterias producen ácido acético y ácido láctico en una concentración molar de 3:1 respectivamente (Revilla, 2000). En adición al ácido láctico y ácido acético, los organismos probióticos producen otros ácidos, como el ácido cítrico y el ácido hipúrico; las bacterias acidolácticas también producen
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peroxido de hidrógeno, diacetilo y bacteriocinas como sustancias antimicrobiales. Estas sustancias inhibitorias crean ambientes hostiles para el crecimiento de patógenos y microorganismos de deterioro (Early, 1998). Se ha reportado que las bacterias del yogur producen bacteriocinas en contra de las bacterias probióticas y viceversa (Dave y Shah, 1997). L. Acidophilus a mostrado que produce bacteriocinas en contra de muchas cepas de L. delbrueckii ssp. bulgaricus, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus jugurti, y L. Casei. Por lo que debe verificarse el antagonismo de las bacterias (Shah, 2001). Una característica importante de las bacterias probióticas es su capacidad de adherencia, colonización y multiplicación en el intestino. No todas las cepas de las bacterias se adhieren adecuadamente; las mejores en adherirse son las bifidobacterium spp. (Stanton, et al. 2001).
3.2.1.2 Efectos beneficiosos de los probióticos
Según (Mazza, 2000), existe suficiente evidencia para demostrar que la administración oral de los probióticos, tiene la capacidad de restablecer el balance normal de la población microbiana en el intestino, dentro de los benéficos se encuentran:
Propiedades antimicrobianas.
Propiedades antimutagénicas.
Propiedades anticarcinogénicas.
Mejoramiento del metabolismo de la lactosa.
Reducción del colesterol.
Estimulación del sistema inmune
3.2.1.3 Potenciales usos de los probióticos
Actualmente en el mercado, no solamente los productos lácteos contienen probióticos, sino que tambien productos como bebidas para deportistas, alimentos fortificados y bebidas. Todos estos productos están enfocados a mejorar la flora microbiana. (Stanton, et al., 2001)
29
La alta tasa de incremento a la resistencia de antibióticos es uno de los más grandes problemas a nivel mundial, y una alternativa atractiva es la utilización de probióticos para inhibir los patógenos; algunas cepas de probióticos han demostrado la inhibición del crecimiento de bacterias enteropatogénicas, como la Salmonella enteritidis, Eschericha coli enterotoxigenica in vitro y esto puede utilizarse como potencial terapéutico. Los probióticos mejoran la salud del huésped, por lo tanto se ve reducido el uso de antibióticos. Otro uso potencial de los probióticos incluye el tratamiento de alergias por alimentos, reducción de hipertensión y uso de vectores para dispensar vacunas orales (Slaminen, et al., 1996; Hata, et al., 1996) En adición del rol de los probióticos en el mantenimiento de la salud humana, hay evidencias de que algunas cepas pueden proteger el tracto urogenital de infecciones microbianas (Reid, et al.,1994). Otro uso potencial es la aplicación de cultivos probióticos en la producción de alimentos fermentados enriquecido con sustancias, como el ácido linoléico conjugado (CLA, por sus siglas en inglés), término utilizado a la mezcla de los isómeros del ácido linoléico, que contiene doble enlace el la posición 9, 10 y 12. El CLA ha tenido reciente atención científica,
debido
a
sus
efectos
benéficos
como:
anticancerígenos,
antiarteriogénicos, y la habilidad de reducir la grasa del cuerpo. (Recent Nutrition Research, 2000). 3.2.2 Prebióticos Los efectos beneficiosos de la presencia de bifidobacterias en el tracto gastrointestinal dependen de su viabilidad y actividad metabólica, fomentada por hidratos de carbono complejos y otros factores bifidogénicos. Los factores bifidogénicos son en su mayor parte oligosacáridos de cadena corta (3-10 unidades de monosacáridos) con propiedades funcionales especiales, ya que no son fácilmente digeridos por los ácidos del estómago y al parecer estimulan el crecimiento de bifidobacterias y lactobacilos (Mazza, 2000).
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Los prebióticos se definen como alimentos no digestibles que afectan beneficiosamente al hospedero mediante estimulación selectiva del crecimiento y/o actividad de un limitado número de bacterias en el Colon (Gibson y Roberfroid, 1995). Un oligosacárido utilizado como prebiótico en yogur y productos lácteos es la inulina que es un oligosacárido de cadena larga de (3-10 unidades de monosacáridos. En la Figura 10 se presenta la estructura básica de la inulina (Mazza, 2000). La inulina es el oligofructano que se obtiene más comúnmente y en mayor cantidad de las plantas, pues es el que se encuentra de forma exclusiva en plantas dicotiledóneas y muchas de las monocotiledóneas (Anónimo, 1994).
CH2OH OH OH OH O
OH O
OH OH
OH
CH2 O
O OH
OH
OH
CH2
N=0-50
O
O OH OH
OH
Figura 10. Fórmula generalizada de la inulina.
La inulina, debido a la su estructura química, es resistente a las enzimas digestivas y por lo tanto pasa a través del intestino largo, donde se hace disponible
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para la fermentación de las bacterias. Componentes que han sido parcialmente degradados o no degradados son utilizados por las bifidobacterias como fuente de carbono y energía; a esto se le denomina factores bifidogénicos. Los productos que contienen probióticos y prebióticos se denominan simbióticos. (Mazza, 2000). En la Tabla 3 se presentan los oligosacáridos y algunos productos bifidogénicos más comunes utilizados como prebióticos. TABLA 3. Oligosacáridos más comunes Fuente Lactosa(leche) Achicoria, aguaturma Almidón Soya
3.3
Producto Lactulosa Lactosucrosa Lactitol Fructo oligosacáridos Malto- e isomalto-oligosacáridos Rafinosa, estaquiosa
Producción anual aproximada en USA(t) 20.000 1.600 Sin datos 12.000 21.000 2.000 (Mazza, 2000).
Fisiología cardiovascular
Las enfermedades cardiovasculares son un grupo de enfermedades degenerativas de todo el sistema cardiovascular que incluye enfermedades del corazón y de las arterias. Las enfermedades del corazón es el principal problema de salud en los países industrializados (Aswell, 2002). El principal grupo de factores de riesgo son las relacionadas con la integridad de las arterias coronarias como por ejemplo alta presión sanguínea; el segundo grupo de factores están relacionados con el mantenimiento de los niveles apropiados de lipoproteínas por ejemplo los niveles de LDL e insulinas y el tercer grupo de factores es la formación de agregados de sangre que obstruyan los tubos sanguíneos (Finley, 2004).
32
Los niveles de lípidos en la sangre pueden ser influenciados por los ácidos grasos de la dieta, su influencia esta relacionada con su tamaño, forma y el grado de saturación de sus cadenas de hidrocarbonos. Los ácidos grasos saturados con una longitud de las cadenas de 16 carbonos incrementan las concentraciones del plasma LDL colesterol, así como los ácidos grasos insaturados trans. Por lo tanto, dietas bajas en ácidos grasos saturados y trans reducen el riesgo de enfermedades cardiovasculares (OHR, 2003a). Productos que contengan fibra soluble puede reducir concentraciones de colesterol LDL, dietas ricas en antioxidantes, incluyendo flavonoides provenientes de plantas que pueden inhibir la oxidación de las LDL e inhibir la formación de factores de adhesión de células sanguíneas (Dunford, 2001). 3.4
Desarrollo temprano del cuerpo y crecimiento
El término crecimiento se refiere al incremento en el número y tamaño de las células de específicas y los cambios en las dimensiones del cuerpo. El crecimiento esta asociado con el incremento de longitud y peso; el desarrollo indica cambios progresivos que ocurren en tejidos y órganos en la medida que incrementan sus funciones específicas (Elías, 1998). El embarazo y los primeros meses post-natales son críticos períodos para el crecimiento y desarrollo del sistema nervioso humano, procesos en los cuales una adecuada nutrición es importante. Dietas tempranas tienen efectos de larga duración en las habilidades y el comportamiento del humano (Aswell, 2002). Hay un gran número de posibilidades que han sido sugeridas para desarrollar alimentos funcionales que desarrollen las respuestas inmunes por ejemplo: El efecto de antioxidantes y vitaminas, elementos trazas, ácidos grasos, arginina y nucleótidos. Durante la adolescencia se encuentra el pico de desarrollo de los huesos; la dieta en esta etapa es de mucha importancia para prevenir osteoporosis en el futuro. Los efectos combinados del calcio y otros constituyentes
33
de hueso en crecimiento, como las proteínas, fósforo, magnesio y zinc, al igual que las vitaminas D y K, además, el fluor y boro, ofrecen muchas posibilidades en el desarrollo de alimentos funcionales (Broek y Landbouwraad, 2002). 3.5
Regulación de procesos metabólicos básicos
El balance dietético puede influir todos los procesos metabólicos y fisiológicos. Un balance óptimo es expresado usualmente en términos de su energía y contenido de carbohidratos, grasas y proteínas. Varias enfermedades crónicas, como la obesidad y la diabetes tipo 2, esta parcialmente relacionada a cambios en el consumo total de energía, niveles de actividad física y una balance pobre en la dieta (Aswell, 2002). La obesidad es definida como una acumulación excesiva de grasa en el cuerpo. Ahora se considera la obesidad, acompañada con riesgos en la salud siendo una de los mayores retos en los países desarrollados. La obesidad esta asociada con el
incremento
de
riesgos
de
enfermedades
en
el
corazón,
que
es
aproximadamente el 44% de la causa de mortalidad en Estados Unidos (Kannel, 1998). Además, esta asociada con la diabetes tipo 2, alta presión en la sangre y algunos tipos de cáncer (Wynder & Gori, 1977). La diabetes tipo 2 o no dependientes de insulina, usualmente se desarrolla en personas de sobre peso y en personas mayores y resulta en un elevado plasma de insulina y niveles de glucosa (Manjinder, et al. 2002). Además, el descontrol de los niveles de insulina esta asociado con los cambios de características en el metabolismo de lípidos así como en los niveles de lipoproteínas de baja densidad y lipoproteínas de alta densidad, LDL, HDL, respectivamente por sus siglas en inglés; relacionado con enfermedades coronarias (Stintzing, et al, 2003). Estas áreas ofrecen muchas oportunidades para el desarrollo de alimentos funcionales. El control de los niveles de glucosa esta basado en la elección de alimentos que causan una baja absorción de glucosa dentro del flujo sanguíneo,
34
por lo tanto las fluctuaciones en los niveles de glucosa son menos pronunciadas y los requerimientos de insulina son más bajos. La tasa de ingesta de glucosa esta influenciada por las propiedades estructurales de los alimentos , como la presencia de partículas , células intactas y gránulos de almidón, Además, esta influenciado por ciertos tipos de almidón y algunos tipos de fibra dietética soluble o viscosa (Jenkins, et al. 2002). Aquellos alimentos que son absorbidos en el intestino, pero que causan un pequeño aumento en los niveles de glucosa son denominados alimentos con bajo índice glicémico, algunos ejemplos son el pan integral, avena, leguminosas, pasta y productos enriquecidos con fibra dietética soluble (Jenkins, et al. 2002). 3.6
Desarrollo congnotivo mental
Muchos aspectos del comportamiento son afectados por los alimentos, esto incluye las sensaciones, percepciones, estados de ánimo y muchas funciones mentales como la memoria, atención y tiempo de retención. Es necesario discriminar entre el efecto del alimento a corto tiempo como el apetito y los efectos a largo tiempo como la memoria y los procesos mentales que ocurren con el envejecimiento (Roberfroid, 2000). A través de la elevación de glucosa en la sangre se generan varios aspectos que mejoran el desempeño mental; la cafeína también puede mejorar el desempeño cognotivo como el tiempo de reacción, la vigilancia y desempeño psicomotor en general. Un gran número de componentes específicos en alimentos como la colina, cafeína y algunos aminoácidos, están siendo estudiados actualmente para evaluar su efecto en el estado de ánimo y desempeño cognotivo. A partir de estos estudios se determinará la posibilidad de utilizarlos para elaboración de productos funcionales (Roberfroid, 2000).
35
3.7
Desempeño físico
Durante el estrés físico como el ejercicio, hay una alta demanda de componentes necesarios para la liberación de energía. Un balance adecuado en la dieta con una planeación cuidadosa de mezclas de alimentos puede jugar un papel importante en el desempeño físico (Aswell, 2002). El uso de comidas especiales y suplementación de micronutrientes ayudarían a asegurar consumos adecuados durante el esfuerzo físico de los deportistas. Tipos específicos de carbohidratos con un índice glicémico de moderado a alto, en combinación con proteína han demostrado mejoras en la recuperación de los atletas y esto ofrece gran potencial para el desarrollo de alimentos funcionales (OHR, 2003b). 4
Los consumidores y los beneficios de los alimentos funcionales
Los intereses más importantes de los consumidores que relacionan con los productos que se consumen son: la osteoporosis, colesterol, enfermedades del corazón y salud en general (Hilliam, 1998). Por lo tanto, los productos funcionales están enfocados en cumplir con esos interese. Esto, junto al cambio de hábito de los consumidores para mejorar su dieta,
demuestran el alto potencial de los
alimentos funcionales (Stanton, et al. 2001). El incremento de interés en alimentos funcionales, en los países industrializados, ocurre por tres razones: el aumento de los costos en salud, regulaciones recientes y descubrimientos científicos. Por ejemplo, los costos asociados con los servicios de salud en Estados Unidos es de aproximadamente 14% del producto interno neto (Braden, 1997). Factores dietéticos son los que contribuyen la pobre salud y que representa un aumento en los costos de los servicios, además, a las principales causas de muerte de los norteamericanos, incluyendo las enfermedades coronarias y ciertos tipos de cánceres (Bildlack, 1996). Se han reportado correlaciones entre los
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hábitos dietéticos donde el 60% de los cánceres son sufridos por mujeres y el resto por hombres (Wynder & Gori, 1977). 4.1
Comunicación al público
Las bases de la ciencia generada por las investigaciones y desarrollo en el campo de los alimentos funcionales establecen las declaraciones que pueden traducirse en mensajes para los consumidores (Roberfroid, 2000). Según (Clydesdale, 1997), una declaración sobre la salud se describe como: una relación positiva (reducción en el riesgo de una condición fisiológica y sicológica) entre un alimento en una dieta y la enfermedad o otra condición de salud relacionada. En la figura 1. se muestra las bases científicas que deben seguirse para elaborar las declaraciones de los alimentos funcionales. Una declaración sobre la funcionalidad del producto, describe las consecuencias positivas de interacciones entre un componente de un alimento y una función bioquímica, celular o fisiológica, sin que esta haya tenido antes ninguna referencia directa a algún beneficio de la salud o reducción en riesgo de cierta enfermedad (Roberfroid, 2000).
37
Figura 1. pasos a seguir para determinar a un alimento funcional.
Conocimientos básicos de las funciones del organismo
Alimento relacionado con el control de enfermedades. Modulación sensitiva del organismo a los componentes del alimento.
Identificación de compuestos relevantes en el alimento específico que influye beneficiosamente en el alimento
Estudios en humanos sobre los beneficios del alimento
Alimento Funcional
Ejemplos de estas declaraciones incluyen modulaciones positivas de actividades metabólicas, mejoramientos de las funciones inmunes, reducción de los riesgos del estrés oxidativo, protección en contra de la toxicidad química, restauramiento o estabilización de la microflora del colón y mejoramiento de la biodisponibilidad de los nutrientes (Roberfroid, 2000). 5
Reglamentación de los alimentos funcionales
Debido al interés de la posibilidad de que algunos alimentos pueden promover la salud, denominados alimentos funcionales, los países a nivel mundial, principalmente los desarrollados, han tratado de regular estos alimentos; primero creando definiciones específicas para los productos y formas como etiquetarlos. Los países que tienen avances en estas áreas son Estado Unidos de
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Norteamérica, La Comunidad Europea, y Japón. A continuación se presenta un resumen de las principales modificaciones de las regulaciones para alimentos en Estados Unidos, y en Japón. 5.1
Reglamentación en Estados Unidos
Debido a que al acta federal de alimentos, drogas y cosméticos (FFDCA, por sus siglas en inglés), no provee una definición de alimentos funcionales, La Administración de Drogas y Alimentos (FDA, por sus siglas en inglés), departamento estatal encargado de la regulación de alimentos en Estados Unidos, no tiene autoridad para establecer una regulación formal para estos tipos de alimentos. Sin embargo, existe una serie de definiciones en la que los alimentos funcionales deben de ubicarse y seguir las normas establecidas para estas clasificaciones (Ross, 2000). La primera clasificación que un producto debe realizar es determinar si su producto es una droga o un alimento. El FDA define a una droga como un artículo que tiene la intención de ser usado para el diagnostico, cura, mitigación, tratamiento o prevención de una enfermedad. Y a un alimento, como un artículo usado para la alimentación, bebida o un componente del mismo, además, debe proveer sabor, aroma o un valor nutritivo. En ambos casos existen algunas excepciones (FDA, 2004). Una vez categorizado como alimento, el FDA reconoce diferentes categorías de alimentos que son: alimentos convencionales, alimentos médicos y suplementos dietarios. El alimento convencional puede dividirse en alimento convencional o alimento para uso especial en la dieta que es aplicado a aquellos alimentos usados para suplir una necesidad dietaria causada por razones físicas sicológicas, patológicas o otras condiciones como lactancia, embarazo, obesidad etc. Los suplementos dietarios son definidos como un producto que intenta suplementar a la dieta uno de los siguientes ingredientes: vitaminas, minerales, hierbas, aminoácidos y otras sustancias que tienen como intención suplementar la dieta,
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mediante el incremento de algún metabolito concentrado. Este puede ser ingerido en píldoras, cápsulas, tabletas o en forma líquida. Un alimento médico; son alimentos que deben consumirse bajo la supervisión de un especialista en nutrición, porque están dirigidos al manejo de enfermedades (Ross, 2000). Según la definición de alimentos funcionales, un suplemento dietario y un alimento médico no puede ser un alimento funcional, por lo tanto, un alimento funcional debe de ubicarse en la categoría de alimento convencional con la diferencia de que pueden hacerse ciertas declaraciones en el etiquetado (Ross, 2000). El etiquetado de todos los alimentos esta regulado por el acta de etiquetado nutricional y educación (NLEA, por sus siglas en inglés) que establece la forma de etiquetado de los nutrientes y las declaraciones permisibles. En el caso de los alimentos funcionales, las declaraciones permitidas hasta el momento son: Las demandas genéricas de la salud, autorizadas actualmente para el uso en USA son se presentan en la Tabla 4.
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Tabla 4. Demandas genéricas de la salud, autorizadas para el uso en USA. Compuesto
Relación
Código
Calcio
Osteoporosis
21 CFR 101.72
Sodio
Hipertensión
21 CFR 101.74
Grasa dietética
Cáncer
21 CFR 101.73
Grasa y colesterol
Enfermedad cardiaca coronaria 21 CFR 101.75
Fibra
contenida
frutas,
en
granos, Cáncer
21 CFR 101.77
vegetales,
especialmente fibra soluble Frutas y vegetales
Cáncer
21 CFR 101.78
Azúcar dietética y alcohol
Caries
21 CFR 101.80
Proteína de soya
Enfermedades del corazón
21 CFR 101.82
Esteroles
y
estanoles
plantas
de Riesgos
de
enfermedades 21 CFR 101.83
cardiacas.
Fuente: http://www.cfsan.fda.gov/ Las declaraciones son de 4 tipos (Ross, 2000): 1. La declaración de un beneficio, relacionados a las enfermedades comunes en Estados unidos, causado por un nutriente. 2. Describe el rol de un nutriente o ingrediente dietario dirigido a afectar estructuras o funciones en el organismo humano. 3. Caracterizan el mecanismo documentado por el cual un nutriente o ingrediente dietario actúa para mantener esa estructura o función. 4. Describen el beneficio general derivado del consumo de un nutriente o un ingrediente dietario.
41
5.2
Reglamentación en Japón
Los alimentos funcionales se reconocen como categoría distinta dentro del suministro de alimentos japonés; son distinguidos de los alimentos fortificados, simplemente con las vitaminas o los minerales, o los suplementos dietarios y se llaman los "alimentos para el uso específico de la salud" o "FOSHU, por sus siglas en inglés". Los alimentos de FOSHU se clasifican en cinco categorías. 1. Alimentos que realzan el sistema inmune del cuerpo fortaleciendo mecanismos de defensa. 2. Alimentos que ayudan a prevenir o a controlar enfermedad como la diabetes o las enfermedades cardiacas. 3. Los alimentos que ayudan a la recuperación de una enfermedad tal como bajar los niveles del colesterol. 4. Alimentos que regulan ritmos del cuerpo ayudando a la digestión o mejoran la absorción de vitaminas y de minerales 5. Alimentos que ayudan a suprimir el envejecimiento o antioxidantes. El sistema regulador japonés de FOSHU es único porque se centra en las demandas de la salud para los productos específicos y se basa en una lista de los productos aprobados, que se permiten para hacer, demandas de la salud, en etiquetas del producto. Las demandas de la salud se permiten para los productos específicos y necesitan una aprobación del FOSHU, mediante un documento de aprobación. El documento de aprobación debe incluir la documentación científica que demuestra la base médica o alimenticia para la demanda de la salud, y la información de la seguridad del ingrediente. En la Tabla 5 se muestran las demandas de salud aceptadas por el FOSHU.
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Tabla 5. Lista de demandas de la salud aceptadas por el FOSHU y productos aprobados.
Demandas de salud
El No. de Tipo de productos en el productos mercado aprobados
Factores Funcionales
Alimento que mejora condiciones gastrointestinales
Prebióticos: Oligosacáridos, Rafinosa, Lactulosa, Arabinosa Probioticos: Lactobacilos, Bifidobacterium Fibras Dietéticas
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Bebidas carbonatadas, yogurs, galletas, biscuits, azúcar de la tabla, cuajada de la soya, vinagre, chocolate, sopa en polvo, leche fermentada, sopa del miso, cereales
Alimentos para personas con colesterol alto
Proteína de soya y péptidos como: Alginatos, quitosano, éster del sitosteroles
28
Bebidas carbonatadas, bolas de carne, salchicha, leche de la soya, sopas, galletas, margarina
Alimentos para personas con presión arterial alta
Péptidos
42
Bebidas carbonatadas, sopas, ácido láctico, bebidas con probióticos, soya
Alimentos para personas con triacilglicerol alto en la sangre
Diacilglicerol y sitosteroles
9
Aceite de cocina
Alimentos relacionados con la absorción y el transporte mineral
Caseína, isoflavona del citrato del calcio
17
Bebidas, soya fermentada (natto), jaleas
Alimentos No carcinogénicos
Manitol, Polifenoles, Paltinosa, Xilitol
6
Chocolates, chicles
Alimentos para personas que se han tratado sobre su nivel de azúcar en la sangre
Albúmina del trigo y polifenoles
4
Caramelos, sopas y bebidas
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Los tres requisitos importantes para la aprobación de FOSHU:
Evidencia científica de la eficacia, incluyendo la prueba clínica.
Que su consumo sea seguro.
Determinación analítica de los componentes eficaces.
Fuente: http://www.mhlw.go.jp/english/index.html 6
Conclusiones Los alimentos funcionales están basados en nutrientes específicos y componentes de alimentos que afectan positivamente específicas funciones en el cuerpo; las áreas más relevantes para los alimentos funcionales, hoy en día son: defensas en contra de estrés oxidativo, fisiología gastrointestinal, fisiología cardiovascular, desarrollo temprano del cuerpo y crecimiento, regulación de procesos metabólicos básicos, desarrollo congnotivo mental, desempeño físico.
Los fitoquímicos, en especial los polifenoles, actúan controlando la oxidación: previendo la formación de oxidantes, buscando oxidantes activados, reduciendo productos intermedios activos e Induciendo el sistema de reparación del organismo.
Las antocianinas y las betalaínas pueden ser utilizadas en la coloración de alimentos, obteniéndose los colores amarillo, naranja, rojo y el púrpura. Son utilizados en helados, bebidas en polvo, aderezos de ensaladas y bocadillos.
Los alimentos prebióticos, son alimentos que contienen microorganismos vivos, que mejoran activamente la salud de los consumidores, mediante la mejora del balance de la microflora en el intestino cuando el probiótico es ingerido en suficientes cantidades; mientras que los prebióticos son alimentos no digestibles que afectan beneficiosamente al hospedero mediante estimulación selectiva del crecimiento y/o actividad de un limitado número de bacterias en el Colon; siendo la inulina el oligosacárido más utilizado en la industria alimentaria.
44
A excepción de Japón, las reglamentación sobre los alimentos funcionales son débiles en los demás países del mundo, sin embargo, se han desarrollado declaraciones de salud para que los consumidores estén informados sobre los beneficios de los alimentos funcionales, con base a estudios científicos que avalen estas declaraciones.
7
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51
ANEXO 1 Polifenoles en alimentos.
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