Fuentes de fibra

El salvado de trigo fue adquirido en las tiendas Metro-CENCOSUD de la ciudad de Lima. El endospermo de semilla de tara con la composición proximal que se observa en la Tabla 1, fue recibido como donación de la empresa Molinos Asociados S.A.C., Lima-Perú. El polvo de las hojas de Agave americana con una composición proximal que se observa en la tabla 1, fue obtenido en los laboratorios de la Universidad Nacional Micaela Bastidas de Apurímac-Perú, siguiendo las operaciones de eliminación de las espinas y la cutícula de las hojas, triturado de la pulpa, desintegración de las fibras y lavadas con agua (relación de agua a materia de 3:1) a temperatura de ebullición por 15 min hasta por tres veces. Todas las fuentes de fibra fueron deshidratadas, pulverizadas y tamizadas con la malla N°60 (0,25 mm).

Propiedades funcionales in-vitro de la fibra dietética

La solubilidad en agua fue determinada acorde al método reportado por Zhang et al.¹⁵ y Chen et al.¹⁶. La fuente de fibra fue mezclada con agua destilada al 1% (p/v) y calentadas a 90°C por 30 min en un baño de agua con agitación. La solución fue enfriada a temperatura del medio ambiente y centrifugada a 3.000 g por 30 min. El sobrenadante fue recuperado en un recipiente y secado en una estufa a 105°C por 2 h. La solubilidad en agua fue calculada por diferencia de pesos y expresados en porcentaje (%).

La capacidad de absorción y retención del agua fue determinada acorde al método descrito por Ma y Mu¹⁷. La fibra (200 mg) fue hidratada con exceso de agua destilada (20 ml) en los tubos cónicos y agitados hasta obtener una mezcla homogénea. Para la CAA del agua, las muestras hidratadas se dejaron a temperatura ambiente por una hora y para la CRA fueron llevadas a 37°C por 18 h. Al finalizar este tiempo, fueron centrifugadas a 3.000 g por 10 min y eliminadas el sobrenadante. Los resultados fueron calculados con la ecuación (1) y expresados en g de agua absorbida o retenida por g de materia seca (g/g).

donde m₁ es el peso seco (g) de la muestra y m₂ es el peso (g) de la muestra húmeda.

La capacidad de hinchamiento fue determinada acorde al método descrito por Ma y Mu¹⁷ y Requena et al.⁷. Muestras de fibra (100 mg) fueron llevadas a los tubos con graduación volumétrica (0,2 ml) y se agregaron 15 ml de agua destilada, luego mezcladas e hidratadas por 18 horas a temperatura ambiente. Los resultados fueron calculados con la ecuación (2) y expresados en ml por g de materia seca (ml/g).

donde v₁ es el volumen (ml) de la muestra seca, v₂ el volumen de la muestra hidratada (ml) y m es el peso de la muestra seca (g).

La capacidad de adsorción del aceite fue determinada acorde al método descrito por Ma y Mu¹⁷ y Requena et al.⁷. Muestras de 200 mg de cada fuente de fibra fueron pesadas en tubos cónicos y adicionadas 10 ml de aceite de oliva, luego agitadas hasta obtener una mezcla homogénea. Las muestras fueron almacenadas a temperatura ambiente por 18 h, luego centrifugadas a 3.000 g por 20 min. El aceite sobrenadante en cada tubo fue removido. Los resultados fueron calculados con la ecuación (3) y expresados en g de aceite adsorbido por g de materia seca (g/g).

donde m₁ es el peso seco (g) de la muestra y m₂ es el peso (g) de la muestra con aceite.

Formulación de dietas y efectos fisiológicos

Las dietas para ratas Holtzman fueron formuladas con 6% de cada fuente de fibra, tomando como referencia a Adam et al.¹⁸ e Hino et al.¹⁹ (Tabla 2). Todos los insumos utilizados para la dieta (a excepción de las fuentes de fibra), fueron adquiridos a ABIOC S.A.C., Lima-Perú, de la marca MP Biomedicals USA.

Dieciséis ratas con 45 días de vida y con un peso promedio de 212,7±13,8 g, fueron distribuidas en forma aleatoria en cuatro grupos; y dentro de cada grupo (n=4), las ratas fueron alojadas en jaulas individuales. Los experimentos se llevaron a cabo en el Bioterio de la Facultad de Zootecnia de la Universidad Nacional Agraria la Molina, cumpliendo con las normas de los bioensayos, autorizada por el Comité de Ética y Bienestar Animal de la Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Lima-Perú (Constancia de Autorización Ética N° 2016-004). Los animales tuvieron un periodo de adaptación de cinco días y luego fueron suministradas las dietas experimentales y agua ad libitum todos los días a las 09:00 am. Durante el experimento, la sala del bioterio se mantuvo a 24°C y un ciclo de luz y oscuridad de 12 h.

Para el contenido de grasa fecal, las muestras frescas de las heces fueron recolectadas y secadas inmediatamente en una estufa en forma diaria por un periodo de doce días. Una vez terminado el experimento, el contenido de grasa fue determinado por el método AOAC 920.39, con el equipo extractor ANKOMXT15-USA; cuyos resultados fueron expresados en g/100 g. Para la ganancia de peso corporal, se han registrado en forma diaria los pesos de cada animal por un periodo de doce días y luego los resultados fueron expresados en g/día.

Para el volumen fecal, las heces frescas fueron recolectadas y secadas en una estufa en forma diaria por un periodo de doce días. Una vez finalizado el experimento, el volumen fue calculado por el principio del desplazamiento de semillas de mostaza en una probeta graduada, conforme al métodos descrito por Datta et al.²⁰, con ligeras modificaciones y los resultados fueron expresados en cm³/día.

El tiempo de tránsito intestinal, fue determinado acorde al métodos descrito por Kim et al.²¹. En el día trece del experimento fue incorporado un marcador no absorbible (óxido férrico al 0,5%) sobre las dietas experimentales y suministradas a los animales después de tres horas de abstinencia. A la primera aparición de las heces marcadas de color, fueron registrados el tiempo de tránsito intestinal y los resultados fueron expresados en h.

Análisis estadístico

Todos los resultados se presentan como el promedio ± desviación estándar (DE). Se efectuó el análisis de varianza (ANOVA) y la comparación múltiple de medias (Tukey) de los tratamientos mediante el uso del programa IBM SPSS Statistics versión 20. Se consideraron estadísticamente significativos para 0,01 < p < 0,05 y altamente significativos cuando p< 0,01.

Propiedades funcionales de las diferentes fuentes de fibra

En general, las propiedades funcionales de las fibras dietéticas en estudio presentaron diferencias significativas (p< 0,05), conforme se puede observar en la tabla 3. El endospermo de semilla de tara con 32,2% de solubilidad en agua, es significativamente superior al salvado de trigo (referencia) y al polvo de las hojas de Agave americana (p< 0,01). Este comportamiento, se repite para la capacidad de absorción y retención del agua y capacidad de hinchamiento; siendo el endospermo de semilla de tara con una elevada capacidad, seguido de la mezcla del EST y HAA, el polvo de las HAA y finalmente el salvado de trigo. En cambio, para la capacidad de adsorción de aceite, el polvo de las hojas de Agave americana reportó el valor más elevado con 6,38 g/g, valor significativamente diferente al salvado de trigo (5,27 g/g) y a las demás fuentes de fibra (p< 0,01). Por consiguiente se puede afirmar que las propiedades funcionales in vitro de las fibras dietéticas son dependiente de la fuente, siendo el EST con alto contenido de fibra soluble, con mejores capacidades de hidratación; en cambio, el HAA con alto contenido en fibras insoluble con mejores propiedades para adsorción de la grasa, inclusive superior al salvado de trigo.

Las mejores capacidades de hidratación del EST son los esperados, pues se trata de un tipo de fibra soluble en agua, y químicamente tiene una estructura ramificada, constituidas por polímeros de galactomananos mayor al 75%, con una proporción de galactosa: manosa de 3:1^22,23,24. En cambio, el polvo de las HAA contiene en su composición a moléculas insolubles, tales como la celulosa y la lignina de muy baja solubilidad y a la hemicelulosa con solubilidad intermedia.

Al efectuar una comparación de la solubilidad del endospermo de semilla de tara (32,2%), con el mucilago de tamarindo y el residuo de la semilla de soya, con 8,02 y 9,10% respectivamente^25,26, el EST es superior hasta en cuatro veces. La solubilidad es un indicador muy importante de las propiedades reológicas; afirmación que coincide con los resultados de investigación de la goma de tara al 1% con una viscosidad de 2.000 a 3.500 cP¹¹. Desde el punto de vista de la funcionalidad tecnológica, la solubilidad y la viscosidad, cumplen un rol importante, puesto que la adición del endospermo de semilla de tara puede tener doble propósito: contribuir con la estabilidad de los alimentos líquidos y semilíquidos y elevar los niveles de fibra dietética como un agente no calórico y de bajo costo, que muy bien puede reemplazar en forma parcial a las harinas, grasas o azúcar²⁷.

Los valores altos de la capacidad de absorción del agua del EST (44,9 g/g), también es interesante cuando se comparan con otras fuentes de fibra soluble tales como Ulva lactuca con 9,32 g/g, Sphagnum magellanicum con 34 g/g, mucilago de semilla de tamarindo con 1,07 g/g y albedo de maracuyá con 13 g/g²⁸. Esta tendencia también ocurre para la capacidad de hinchamiento. Los valores altos de la CH por el endospermo de semilla de tara, también es importante, puesto que tiene mayor posibilidad de aumentar el volumen en un exceso de agua, lo que podría provocar mayor saciedad y un aumento del bolo fecal; sin embargo, esto se debe correlacionar con los resultados de los estudios in vivo, considerando que el EST es un tipo de fibra que puede ser fermentado por las bacterias del colon.

Respecto a la capacidad de adsorción del aceite, se han identificado que el polvo de las hojas de Agave americana tienen mejores propiedades (6.38 g/g), comparado con el EST y el salvado de trigo (p< 0,01). Al efectuar la comparación con otras fuentes de fibra, se reportan por ejemplo el bagazo del Agave tequilana Weber con 5,0 g/g⁷, fibra extraída por el método enzimático a partir de la maca (Lipidium meyenii) con 5,79 g/g²⁹, valores relativamente inferior al polvo de las HAA. Estos resultados, pueden ser explicados en parte al contenido del 15,9% de lignina¹³; pues este componente tiene la capacidad de unir moléculas hidrofóbicas, tal como la grasa y los ácidos biliares³⁰. En cambio, el endospermo de semilla de tara con el escaso contenido de fibra insoluble (1,6%) presenta una baja capacidad adsorber grasa. La capacidad de adsorción del aceite es importantes desde el punto de vista del procesamiento de alimentos y del rol que puede cumplir en la fisiología del intestino. Para el primer caso, esta propiedad contribuye con la estabilización de emulsiones en alimentos formulados con altos porcentajes de grasa; de hecho, las fibras insolubles pueden retener el aceite hasta cinco veces de su masa inicial; propiedad que es ampliamente explotado en el procesamiento de productos cárnicos. Otra propiedad tecnológica es utilizada para la retención de aromas³¹. Desde el punto de vista fisiológico, la CAMO, es un buen predictor de la adsorción de colesterol, drogas, compuestos tóxicos y carcinógenos y sales biliares; haciendo posible su excreción por las heces. A la luz de estos resultados y las diferencias marcadas con respecto a otras fuentes de fibra, avizoran del polvo de las hojas de Agave americana un rol importante en la tecnología de procesamiento y los efectos fisiológicos benéficos ante una posible inclusión en la dieta.

Efectos fisiológicos de las dietas relacionados con la regulación del peso corporal

Los efectos fisiológicos de las dietas en ratas que contienen diferentes fuentes de fibra se presentan en la tabla 4. La dieta preparada con 6% del endospermo de semilla de tara tiene un contenido de 8,76 g/100 g de grasa, valor que duplica al salvado de trigo (4,06 g/100g) y al polvo de las hojas de Agave americana (4,48 g/100 g). De igual forma, las ratas alimentadas con la inclusión del EST, presentaron la menor ganancia de peso corporal en el periodo del experimento, en promedio de 4,63 g/día; sin embargo, éste valor no es significativamente diferentes con respecto a otras dietas (ST y HAA) a excepción con el tratamiento EST:HAA (1:1).

En la evolución del peso corporal de las ratas (Figura 1), se puede observar que en 12 días de suministro de dietas con 6% del EST, presenta una baja tendencia en el crecimiento con respecto a otras fuentes; inclusive de aquellos grupos que iniciaron con peso promedio inferior al grupo del EST, éstos superaron con una rapidez en la ganancia del peso corporal. Al mismo tiempo se puede observar que el grupos de animales alimentada con la dieta del EST:HAA (6%), es la que tuvo el mayor crecimiento en el periodo del experimento, seguido del 6% de HAA. Los reportes de otro trabajo de investigación en ratas alimentadas con fuentes de fibra: celulosa (control), β-glucanos de avena, fructo-oligosacáridos y pectina; dieron como resultado que el grupo de fibras solubles (pectina y los fructo-oligosacáridos) tuvieron la pendiente más baja en la ganancia de peso corporal; en cambio, la fibra insoluble (celulosa), tuvo la mayor ganancia de peso¹⁸. Estos resultados coinciden con el presente trabajo, pues el endospermo de semilla de tara (alto contenido de fibra soluble) tuvo un menor incremento de peso; en cambio, las hojas de Agave americana (alto contenido de fibra insoluble) tuvo efectos contrarios.

FIGURA 1 Evolución de la ganancia del peso corporal en ratas Holtzman con distintas fuentes de fibra dietética 

La literatura señala que las fibras solubles (goma guar, goma de algarrobo, β-glucanos, psyllium, pectina), incluyendo al endospermo de semilla de tara dentro de este grupo, todos ellos con altas capacidades de hidratación, forman soluciones viscosas del contenido del lumen^8,32. Prosiguiendo con este razonamiento, estudios con β-glucanos, fructo oligosacáridos y pectina (fibras solubles) en ratas, evidenciaron una disminución en la ingesta de los alimentos y reducción de la ganancia del peso corporal¹⁸. En otro estudio con ratas obesas mediante la inclusión de arroz integral germinado (alto contenido en fibra), también presentaron una reducción en la ganancia del peso corporal³³.

Los altos contenidos de grasa fecal y una disminución en la ganancia del peso corporal de las ratas Holtzman, pueden ser explicados a través de diversos mecanismos. El primer mecanismo de regulación del peso por las fibras solubles son atribuidos a las propiedades para la formación de soluciones viscosas del contenido estomacal que provoca la distensión gástrica y estimula los receptores de tensión de la pared del estómago; propiedades relacionadas con la sensación de la saciedad³⁴. El segundo mecanismo es debido a la formación de soluciones viscosas del lumen que actúan como una barrera para la emulsión de la grasa y la consiguiente reducción de la actividad de las enzimas sobre la grasas. Este mecanismo disminuye la digestión y absorción de los nutrientes en el intestino delgado y son excretados junto a las heces³²; afirmación anterior que coincide con los resultados del presente trabajo, donde se han identificado valores altos de grasa fecal en los animales alimentados con el EST.

El tercer mecanismo de regulación del peso corporal, inicia con la degradación de las fibras solubles hasta convertir en glucosa gracias a las bacterias del colon que fermentan y producen metabolitos tales como acetato, propionato y butirato, conocidos como ácidos grasos de cadena corta (AGCC)¹⁷. Los AGCC son potentes mediadores en células enteroendocrinas secretoras de las hormonas péptido tipo 1 similar al glucagón (GLP-1), péptido tirosina-tirosina (PYY), grelina y leptina. Las hormonas GLP-1 y PYY ejercen efectos anorexigénicos y envían señales de saciedad y la disminución del apetito al sistema nervioso central y por el contrario, la grelina actúa como promotor del apetito³⁵. Otro efecto de los AGCC es la reducción de los valores del pH fecal; pues al respecto existen estudios del consumo de inulina de Agave y fructo-oligosacáridos (prebióticos) en humanos, que promueven el crecimiento de las bifidobacterias, las que redujeron el pH fecal de 6,88 a 6,74^24,36. Bajo este contexto, es muy probable que el endospermo de semilla de tara (fibra soluble), estuvo utilizando este mecanismo para la reducción de la ingesta de alimentos y la disminución de la ganancia de peso corporal.

Efectos fisiológicos de las dietas relacionados con el tránsito intestinal

Los animales alimentados con la inclusión del 6% del polvo de las hojas de Agave americana, reportaron que el volumen fecal más elevado fue 4,94 cm³/día, valor que supera en aproximadamente 50% a las otras fuentes tal como el 6% de ST y 6% de EST. Además, se pudo observar una tendencia inversa entre el volumen fecal y tiempo de tránsito intestinal, pues las ratas alimentadas con el polvo de las HAA, han presentado menores tiempos (10,4 h), seguido por la dieta que contiene una formulación de 3% de EST y 3% de polvo de las HAA (11,4 h). El tiempo más prolongados fue para el 6% de EST con 15,2 h (Tabla 4).

Los valores altos en el volumen fecal y una disminución en el tiempo de tránsito intestinal por las hojas de Agave americana, coinciden con los fundamentos de las fibras insolubles o poco solubles, pues estudios con Agave tequilana Weber, pertenecientes a la misma familia, este último contiene el 85,8% de las fibra insoluble distribuidos en 64,8% de celulosa, 5,1% de hemicelulosa y 15,9% de lignina¹³. Estas moléculas son capaces de retener agua en su matriz estructural y formar mezclas de baja viscosidad; esto produce un aumento de la masa y volumen fecal que reduce el tiempo de tránsito intestinal^32,37,38, los que favorecen movimientos regulares y al peristaltismo²².

En consecuencia, el Agave americana, con sus valores altos en fibras insolubles, puede cumplir una función importante en los efectos fisiológicos relacionados con la salud intestinal, siendo uno de ellos el tratamiento y prevención de los problemas del estreñimiento, patología que se caracteriza por los movimientos poco frecuentes del intestino, dificultades en el paso de las heces, sensación incompleta y tiempos prologados². Por otra parte, también contribuye en la disminución del tiempo de contacto entre los potenciales carcinógenos y la mucosa del colon³⁸.

En trabajos más específicos con el salvado de trigo (45,6 % de fibra insoluble y 2,4% de fibra soluble), se han demostrado que tiene gran capacidad para incrementar la masa y volumen fecal, por consiguiente en la reducción del tiempo de tránsito intestinal comparado por ejemplo con la pectina, goma guar, salvado de avena y la propia celulosa²⁶. Esta última afirmación es coherente con los resultados de presente trabajo, puesto que el EST no tuvo efectos para reducir el tiempo de tránsito intestinal, por el contrario hubo un incremento hasta en un 50% en este indicador. Sin embargo, existen reportes de revisiones sobre las fibras solubles, que pueden contribuir en menor medida al volumen fecal como consecuencia del 80% de humedad de los microorganismos y la formación de los gases que son atrapados por la materia viscosa del colon. Los mecanismo de reducción del tiempo de transito son atribuidos principalmente a las moléculas de celulosa y hemicelulosa del salvado de trigo que suaviza y expande la materia fecal⁸.

Al efectuar una comparación de los resultados in-vitro e in-vivo del presente trabajo, existen contradicciones de los valores altos de CAA, CRA y CH (propiedades funcionales) versus los valores bajos en volumen fecal y tiempos prolongados de tránsito intestinal (efectos fisiológicos) por parte del EST; pues se preveía resultados con una relación positiva entre ellos. Esto puede ser justificado gracias a que las fibras solubles son disueltas y luego fermentadas por las bacterias del colon, lo que contribuye a la reducción de la masa fecal; en cambio, las fibras insolubles contribuyen significativamente en la reducción de tiempo de tránsito, gracias a que la microflora gastrointestinal no descompone con facilidad a estas fibras, entonces mantiene su masa e incrementa el volumen fecal²⁶.

Otro de los beneficios para la salud por la fibra dietética es el efecto protector del cáncer del colon. Al respecto existen propuestas de dos mecanismos de protección: los efectos directos relacionados con la reducción de tiempo de tránsito por las fibras insolubles, tal como de las hojas de Agave y los efectos indirectos como consecuencia de la degradación de las fibras solubles por los microorganismos y la formación de los AGCC³⁹. La fibra insoluble, acelera el tiempo de tránsito intestinal, lo que reduce el tiempo de formación y la absorción de los metabolitos tóxicos y la acción de los agentes carcinógenos⁵. Estudios de intervención en humanos demostraron que la celulosa, juega un rol importante en la prevención del cáncer del colon, gracias a la reducción de mutágenos y la excreción de éstos; lo que disminuye la concentración de los ácidos biliares secundarios en la heces⁴⁰. Por otro lado, la lignina, componente importante en las hojas de Agave y considerada como inerte en la nutrición; al respecto, estudios con ratas confirman el efecto protector contra algunos tipos de cáncer, particularmente en el colon debido a la capacidad que tiene para unir hidrofóbicamente a las sales biliares y reducir la formación de carcinógenos³⁰. En este sentido, la fibra de las hojas del Agave, con 64,8% de celulosa y 15,9% de lignina, puede convertirse en una alternativa para la prevención de estas enfermedades. El segundo mecanismo de protección del cáncer está relacionado con la microbiota intestinal, y es de particular importancia, puesto que la fibras solubles, que actúan como sustratos, pueden modificar el número y el tipo de bacterias (incremento del número de bifidobacterias en el colon) y el más importante es el cambio de las actividades metabólicas en términos de formación de genotoxinas, carcinógenos y promotores tumorales. Para este caso, las fuentes selectas de prebióticos, tales como la inulina, almidones resistentes y algunos oligosacáridos, actúan como sustrato para la producción de AGCC y con ello la reducción del pH intestinal³⁹. Estos mecanismos también pueden ser atribuidos al EST, gracias a su contenido de fibras solubles y fermentables, por lo que se recomienda estudios en esta dirección.