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Revista Española de Nutrición Humana y Dietética

versión On-line ISSN 2174-5145versión impresa ISSN 2173-1292

Rev Esp Nutr Hum Diet vol.21 no.2 Pamplona abr./jun. 2017

http://dx.doi.org/10.14306/renhyd.21.2.256 

Revisiones

Quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) versus soja (Glycine max [L.] Merr.) en la nutrición humana: revisión sobre las características agroecológicas, de composición y tecnológicas

Quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) versus soybean (Glycine max [L.] Merr.) in human nutrition: review on agroecological, compositional and technological characteristics

Diana Maria Chito Trujilloa  *  , Rubén Andrés Ortega Bonillab  , Andrés Felipe Ahumada Mamiána  , Brandón Rosero Lópeza 

a Departamento de Química, Facultad de Ciencias Naturales Exactas y de la Educación, Universidad del Cauca, Popayán, Colombia.

b Programa de Administración de Empresas Agropecuarias, Fundación Universitaria de Popayán, Popayán, Colombia.

RESUMEN

El diseño de alimentos funcionales a partir de productos vegetales muy estudiados como la soja (Glycine max [L.] Merr.) y la potencialización de productos ancestrales como la quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) son estrategias factibles para contrarrestar la desnutrición mundial. El objetivo de la presente revisión es describir las características agroecológicas, de composición, nutricionales y tecnológicas de estas dos especies vegetales diferentes (leguminosa y pseudocereal), basado en las publicaciones previas. Se realizó una revisión en bases de datos (Scopus, Web of Science, Scielo) y se complementó con una búsqueda manual en Google Scholar y páginas web de instituciones acreditadas. Los estudios incluidos (n=117) en esta revisión muestran que la soja se adapta mejor a altitudes bajas (~1.000m s. n. m.), mientras que la quinoa lo hace en un rango de mayores altitudes (500-4.000m s. n. m.) con mayor tolerancia a heladas. Ambas son fuente de una alta calidad proteica por suplir los requerimientos de aminoácidos esenciales sugeridos para niños y adultos sin diferencias significativas (p>0,05), particularmente triptófano y lisina y por los altos porcentajes de digestibilidad (>70%). Sus concentraciones bajas de prolaminas y aceptables de Fe, Zn, Ca, daidzeína y genisteína los convierten en productos de interés para la industria alimentaria.

Palavras clave: Chenopodium quinoa; Soja; Química; Agricultura; Digestión

ABSTRACT

The design of functional foods from well-known vegetables products such as soybean (Glycine max [L.] Merr.) and the enhancement of ancestral products like quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) are feasible strategies to combat worldwide malnutrition. The aim of this review is to describe the agroecological, compositional, nutritional and technological features of these two different vegetable species (leguminous and pseudo-cereal) based on prior publications. In order to reach this goal, a review was performed using databases (Scopus, Web of Science, Scielo) and complemented with a subsequent manual search on Google Scholar and websites of recognized institutions. The included studies (n=117) in this review show that soybean adapts better to low altitudes (~1,000m a. s. l.), while quinoa does it in a range of higher altitudes (500-4,000m a. s. l.) with a high tolerance to frost. Both are a source of high quality proteic given that supply the suggested requirements of essential aminoacids for children and adults with no significant differences, particularly tryptophan and lysine, and due to the high percentages of digestibility (>70%). Their low concentrations of prolamins and reasonable levels of Fe, Zn, Ca, daidzein and genistein make of them interesting products for food industry.

Keywords: Chenopodium quinoa; Soybeans; Chemistry; Agriculture; Digestion

INTRODUCCIÓN

En los últimos 30 años, la sustitución de las proteínas animales por las vegetales ha ganado popularidad, principalmente por el fortalecimiento que ha tenido la implementación de prácticas de desarrollo sostenible y de estrategias nutricionales promovidas por las organizaciones públicas como consecuencia del rápido crecimiento de la población mundial1. Las semillas de quinoa, Chenopodium quinoa Willd., y soja, Glycine max (L.) Merr., son ricas fuentes de proteínas vegetales que desde hace miles de años están presentes en las dietas de las culturas andina y oriental, respectivamente. Su variada composición ha permitido el desarrollo de alimentos funcionales especialmente beneficiosos para la población de países en desarrollo con prevalencia de malnutrición proteico-energética2. La quinoa es un pseudocereal autóctono de la región de los Andes en Sudamérica, con centro de origen en Perú y Bolivia2. Debido a sus condiciones agroecológicas su cultivo se extendió hacia Colombia, Ecuador y Chile antes de la conquista española3. Sin embargo, este histórico evento introdujo cereales como la cebada y el trigo, marginando el cultivo de la quinoa y haciéndolo pasar desapercibido entre los pobladores urbanos por muchos años2.

Por otra parte, la soja es la leguminosa cultivada por tradición desde hace más de 3.000 años en China y otros países asiáticos, y más recientemente en los occidentales de zonas templadas y tropicales4. Desde 1930, el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos inició el desarrollo del cultivo de grano de soja y actualmente este país es el mayor productor seguido por Brasil, Argentina, China e India5.

Desde la perspectiva de la nutrición humana, la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) ha dirigido sus esfuerzos a la promoción de estrategias para la mejora del estado nutricional de las poblaciones6. Los alimentos se han establecido como el único medio sostenible para alcanzar este objetivo. En este contexto, existe una necesidad global de identificar cultivos con potencial para la producción de alimentos nuevos de calidad y de promover aquellos que favorezcan una sinergia entre la agricultura y el sector rural7. Los cultivos de quinoa y soja en los dos últimos decenios se han catalogado por la FAO como cultivos promisorios de la humanidad para contribuir a la seguridad alimentaria por su calidad nutritiva, variabilidad genética, adaptabilidad y costo de producción. Aunque la masificación del cultivo de soja en Sudamérica cuenta con un mayor tiempo de trayectoria que la quinoa, los retos de desarrollo del nuevo milenio en lo referido a la nutrición humana, involucran la recuperación y reinserción de materias primas marginadas con altas bondades nutritivas y bajo costo como la quinoa2. En este contexto, el objetivo de esta revisión es mostrar las características agrícolas, químicas, de procesado y producción más relevantes de las semillas de quinoa, Chenopodium quinoa Willd., y soja, Glycine max (L.) Merr., reportadas en la literatura y proporcionar un análisis comparativo de su valor nutricional que pueda resultar útil a la hora de discernir su utilización en programas de mejora nutricional.

MATERIAL Y MÉTODOS

Las especies objetos de investigación fueron Chenopodium quinoa Willd. y Glycine max (L.) Merr. Esta revisión se basó en las referencias bibliográficas encontradas en SciELO, Web of Science y Scopus. Se efectuó una búsqueda de los estudios publicados entre 2010 y abril de 2016. Se seleccionaron sólo aquellos artículos publicados en español o inglés. La estrategia de búsqueda se basó en las palabras clave «quinua/soya» o «Chenopodium quinoa/Glycine max» («quinoa/soyabean», en inglés) en combinación con palabras clave relacionadas con «composición nutricional» y «cultivares» como proteínas, carbohidratos, lípidos, factores antinutricionales, procesamiento, compuestos bioactivos, variedades, cultivo, crecimiento (protein, carbohydrates, lipids, antinutritional factors, proccessing, bioactive compounds, varieties, crop, growth) y «revisión o artículo» fue definido como tipo de documento. La revisión bibliográfica se completó con una búsqueda manual de las referencias de las revisiones identificadas (entre 1990 y 2016) en la estrategia de búsqueda utilizando Google Scholar y páginas web de instituciones acreditadas. Las referencias resultantes incluyeron artículos de investigación, trabajos de revisión, libros y reportes. Se excluyeron trabajos de tesis. En caso de encontrar artículos con información repetida, se incluyó aquel que presentó la información más detallada o el más reciente. De entre los estudios localizados, sólo se seleccionaron aquellos que cumplieron con los siguientes criterios: a) artículos con texto completo; b) estudios realizados específicamente con las semillas; c) estudios que registraban todos los parámetros de un análisis proximal; d) estudios que especificaban las concentraciones de los componentes químicos de las especies claramente o en su defecto contemplaban la información necesaria para deducirlo; e) utilización de artículos de investigación para soportar sus resultados; f) utilización de técnicas analíticas validadas y claramente expuestas. En la Figura 1 se puede observar el diagrama de flujo seguido para la selección final de las fuentes de información consideradas. Se seleccionaron las medidas de los parámetros de composición, agroecológicos y de producción reportadas para las especies estudiadas. Se comparó la producción, composición, digestibilidad de aminoácidos, factores antinutricionales y productos derivados que estas especies ofrecen para favorecer la nutrición humana.

Figura 1 Diagrama de flujo de la búsqueda bibliográfica y extracción de la información. 

Para los cálculos estadísticos se utilizó el software SPSS versión 20. Se aplicó la prueba de U-Mann Whitney para comparar la composición de aminoácidos, vitaminas y minerales en soja y quinoa a un nivel de significancia de p<0,05 dado que este es un análisis de muestras independientes con distinto tamaño y distribución no normal.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Condiciones de cultivo y rendimientos

Los cultivos de soja y quinoa constituyen uno de los renglones estratégicos de la seguridad alimentaria y de los ejes económicos en desarrollo para los pobladores de zonas rurales de diversos países de América Latina8, 9, 10; por lo tanto, es pertinente identificar los factores que pueden incidir negativamente en su productividad. Para una producción competitiva y sostenible, un agroecosistema por excelencia debe garantizar, en términos generales, cosechas en ciclos cortos, factores climáticos y de las plantas apropiadas, alta tolerancia a enfermedades, suelos altamente fértiles, disponibilidad de nutrientes y una óptima irrigación de agua. Ambos cultivos han respondido a diferentes condiciones ecológicas siendo los factores diferenciadores en los rendimientos de producción: la altitud, salinidad, temperatura mínima de germinación, tiempo de cosecha y densidad de siembra.

El cultivo de quinoa se ha desarrollado en un rango amplio de altitudes, menores a 500m s. n. m. y hasta 4.000m s. n. m.11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 generando mejores rendimientos a alturas entre 2.000 y 3.300m s. n. m.; mientras que el de soja a altitudes menores a 1.000m s. n. m.19, 20, 21, lográndose adaptación de la especie en zonas muy tropicales con altitudes menores a 50m s. n. m. 22, 23 y sobre plantas de cobertura a una altitud de 823m s. n. m.24. Suelos franco o franco arcillosos se reportan como los tipos de suelo adecuados para el crecimiento del cultivo de quinoa14, 16, y los oxisoles arcillosos para el de soja21, 24. Condiciones ligeramente ácidas en los suelos (pH alrededor de 6,0) han sido tolerados por ambas semillas20, 25, 26.

Un factor que amenaza crecientemente la productividad del grano en los cultivos por el impacto negativo que puede causar en la morfología, fisiología, bioquímica, etc., es la salinidad del suelo con especial predominancia en ambientes áridos o semiáridos. Su incidencia depende de la etapa de crecimiento, nutrición o irrigación. La quinoa ha mostrado una plasticidad para la tolerancia y/o resistencia al incremento del estrés salino y a la disminución de la disponibilidad del agua mayor que la soja27. La quinoa ha permitido mayores niveles de salinidad (solución salina con conductividad eléctrica máximo 52dS/m para quinoa28 frente a 8,0dS/m para soja29), ocasionando un bajo impacto en los rendimientos del grano19, 30, 31, 32, a diferencia de la significativa reducción que se ha observado en los granos de soja debido a la disminución del contenido de clorofila y de la actividad del fotosistema II33. El favorable comportamiento de la quinoa ha sido explicado a través de la respuesta de sus estomas al cierre y del eficiente sistema que posee para realizar ajustes osmóticos importantes para el mantenimiento de la turgencia de la hoja que la muestran insensible a las sequías y a cambios abruptos de salinidad. Sin embargo, los mecanismos implicados en su flexibilidad fenológica no se han identificado plenamente34.

Un aspecto climático diferenciador entre la productividad de las especies de análisis es la tolerancia a las heladas. La severidad del daño depende de la etapa de crecimiento en la que se presente, la temperatura mínima alcanzada y su tiempo de duración. La quinoa ha demostrado tener una capacidad de enfriamiento de 5 °C16 mientras que la soja de 7 °C20 y han sobrevivido hasta temperaturas de -8 °C35 y -4,5 °C36, respectivamente. El fenómeno de las heladas ha generado una reducción en el rendimiento de las semillas de quinoa y soja de hasta un 50% y representan un mayor riesgo en la parte final (después de la floración) de la época de crecimiento que al inicio. Jacobsen y Cols.37 indicaron que el principal mecanismo de supervivencia de la planta de quinoa a las heladas es su capacidad para evitar la formación de hielos en los tejidos tisulares. Experimentos a diferentes altitudes mostraron tolerancia a una misma temperatura de -8 °C a distintos tiempos: 4 horas a 3.800m s. n. m. y 2 horas a altitudes entre 2.500 y 3.000m s. n. m. Estas variaciones son asociadas al contenido de azúcares solubles, prolina y proteína los cuales incrementan el nivel de solutos que protegen y soportan las estructuras celulares bajo estas condiciones.

Ambos cultivos son rotativos, pero la soja tiene ciclos más cortos de maduración (alrededor de 4 meses) que la quinoa (entre 4 y 8 meses de acuerdo a la altitud de la zona de cultivo14, 15). La siembra de las plantas se lleva a cabo en hileras o surcos con densidades de siembra que pueden variar de acuerdo a la región, oscilando alrededor de 200.000 plantas/ha y están separadas a distancias típicas distintas: la soja entre 50 y 80cm20, 38 y la quinoa entre 40 y 60cm11, 16, 39. No obstante, las especies han respondido a distancias más estrechas y a mayores densidades reflejándose variaciones en la altura de la planta, en la duración de las etapas de crecimiento y en los rendimientos de materia seca de las plantas y de los granos.

La viabilidad económica de los sistemas de producción agronómica se asocia principalmente con el rendimiento de los granos. Según Mujica y Cols.40, el rendimiento es el resultado de las componentes de tipo genético, ambiental y la interacción genético-ambiental, donde la parte genética es importante desde el punto de vista del mejoramiento. Los estudios disponibles no muestran modificaciones transgénicas en las semillas de quinoa. La literatura reporta mayores densidades de siembra para soja que para quinoa y, a su vez, mayores rendimientos de grano. Rendimientos de grano de soja entre 2.500 y 3.000kg/ha se reportan para densidades de siembra entre 200.000 y 350.000 plantas/ha20, 41; mientras que las densidades de siembra para quinoa oscilan alrededor de 200.000 plantas/ha y generan rendimientos de semillas entre 1.700 y 2.400 kg/ha11, 39.

Composición

Proteínas: La soja es la leguminosa más rica en proteína consumida en todo el mundo3, 23, 25, 42, 43. Su contenido es aproximadamente el doble (>36%) del encontrado en quinoa (entre 8% y 24%3, 15, 16, 25, 44, 45).

Las proteínas de las semillas están principalmente en forma de proteína almacenada, no tienen actividad enzimática y simplemente son una fuente de aminoácidos, nitrógeno y carbono para el desarrollo de las plantas. Están depositadas en forma insoluble en cuerpos proteicos, se clasifican de acuerdo a su solubilidad, y sobreviven a procesos de desecación por tiempos prolongados. En las semillas de quinoa y soja, las albúminas y las globulinas son los principales grupos de proteínas de almacenamiento que conforman la fracción proteica (44-77%), siendo chenopodina la principal globulina en la quinoa46 y la glicinina y β-conglicinina, las dos subunidades de globulinas mayoritarias en el grano de soja (70%)43. Dado los bajos porcentajes de prolaminas (≤7%)3, la soja y la quinoa se clasifican como granos libres de gluten y alimentos de especial interés para las personas que muestran intolerancia al gluten. Diversos autores han encontrado valores moderados de ácido glutámico y glutamina (23 y 27%, respectivamente), y valores mínimos de prolina (0 y 3%, respectivamente)47, 48. Además, la quinoa se promueve como un sustituto del arroz en alimentación para niños debido a su baja alergenicidad49. Zevallos y Cols.50 mostraron que pacientes celíacos pueden tolerar una ingesta diaria de 50g de quinoa durante 6 semanas.

El aspecto más importante de las proteínas presentes en estos productos alimenticios, desde el punto de vista nutricional, es su aporte de aminoácidos, especialmente los esenciales que son los incorporados a través de la dieta e indispensables para el desarrollo y mantenimiento de diversas necesidades metabólicas. La Tabla 1 reúne las medias para estos aminoácidos esenciales calculadas a partir de las mediciones reportadas por distintas fuentes para diferentes variedades de granos de soja y quinoa. Se observa que no existen diferencias significativas (p>0,05) entre los niveles reportados para los aminoácidos esenciales de estas especies. Los requerimientos sugeridos por la FAO para niños, adolescentes y adultos son cubiertos por el pseudocereal y la leguminosa supliendo alrededor del 163% de la histidina, el 114% de la lisina y el 142% de la metionina + cisteína, confirmando el alto valor biológico del contenido proteico. Según Kozioł3, las altas concentraciones de lisina, histidina, metionina + cisteína e isoleucina, así como los bajos niveles de triptófano, están directamente relacionadas con las altas concentraciones de las fracciones de albúminas y globulinas en las semillas. Es de resaltar, además, el gran valor nutricional que supone garantizar los requerimientos de estos diez aminoácidos, puesto que por la limitación de uno sólo, se produce descomposición y eliminación de los restantes, provocando pérdidas de nitrógeno en la dieta. Las cantidades máximas de lisina en ambas especies superan valores reportados para otros alimentos de origen vegetal incorporados diariamente en dietas latinoamericanas como el maíz, trigo, judías3 y el arroz51, complementando además, sus particulares bajos niveles de metionina e histidina.

Tabla 1 Comparación de los perfiles de aminoácidos esenciales reportados para los granos de quinoa y soja, y los patrones de los requerimientos para niños, adolescentes y adultos sugeridos (g/100 g proteína). 

Aminoácido esencial Tipo de grano Promedio, mín.-máx. (n) Patrón FAO/OMS£ (años)
Quinoa Soja§ *p-valor (0,5-10) (11-18) (>18)
His 2,7 1,4-5,40 (n=41) 2,5 2,3-2,6 (n=4) 0,157 1,8 1,6 1,5
Ile 3,1 0,8-7,4 (n=42) 4,4 4,0-4,6 (n=5) 0,137 3,1 3,0 3,0
Leu 6,0 2,3-9,4 (n=42) 7,8 7,7-7,9 (n=5) 0,143 6,3 6,1 5,9
Lys 4,8 2,4-7,8 (n=42) 6,2 5,2-6,4 (n=5) 0,141 5,2 4,8 4,5
Met 1,9 0,3-9,1 (n=41) 1,8 1,2-3,0 (n=4) 0,480 2,5 2,3 2,2
Cys 1,4 0,1-2,7 (n=11) 1,5 1,3-1,8 (n=4) 0,460
Phe + Tyr 6,3 2,7-10,3 (n=41) 8,0 6,1-9,3 (n=5) 0,380 4,6 4,1 3,8
Thr 3,7 2,1-8,9 (n=42) 3,9 3,5-4,5 (n=5) 0,770 2,8 2,5 2,3
Trp 0,9 0,6-1,9 (n=27) 2,1 0,7-3,4 (n=5) 0,383 0,7 0,6 0,6
Val 3,7 0,8-6,1 (n=42) 4,5 4,3-4,8 (n=5) 0,146 4,1 4,0 3,9

n: número de datos. ⱡ Valores reportados por Nowak y Cols.44. §Valores derivados de los siguientes artículos: Ahamed y Cols.52, Berk53, Bhat y Col.54, Carrera y Cols.55, Vasconcelos y Cols.23. £Valores adaptados de FAO/OMS56. *p <0,05. His: histidina; Ile: isoleucina; Leu: leucina; Lys: lisina; Met: metionina; Cys: cisteína; Phe+Tyr: fenilalanina + tirosina; Thr: treonina; Trp: triptófano; Val: valina.

Para complementar el entendimiento de la calidad de las proteínas contenidas en los granos de quinoa y soja, se deben contrastar también los niveles de digestibilidad o absorción final de los aminoácidos constituyentes que posteriormente pueden pasan a la sangre y alcanzar los diferentes tejidos. Los rangos de digestibilidad reportados para estas proteínas de origen vegetal son de 79-91% y 71-85%, para quinoa y soja, respectivamente51, 57, 58, 59, 60. Estas ligeras diferencias se pueden acentuar con los tratamientos de procesado convencionales (molienda, cocción, etc.) o con el contenido de factores antinutricionales61.

Carbohidratos: En términos generales, los carbohidratos hacen parte de los componentes mayoritarios de los granos de quinoa y soja. En la composición de la quinoa figuran como el componente principal, con un porcentaje de 56-74% en materia seca3, 25, 44, 45, 62, 63. Para la soja, el contenido se reduce a valores por debajo de la mitad, 14-40%3, 23, 64, situándolo como el segundo constituyente del grano. El almidón es el polisacárido de reserva más importante en la quinoa, representa alrededor de un 60% y en la soja solamente entre 2 y 4%23, 65. Además, se ha reportado que los gránulos de almidón de la quinoa con forma poligonal tienen un diámetro particularmente mucho más pequeño (<3,0µm) que los encontrados en forma esférica para otros granos como el trigo (hasta 40µm) o el maíz (hasta 23µm)3, 25. Esta es una característica ventajosa, frente a los granos de soja, que se asocia a una temperatura de gelatinización más alta y a una mayor viscosidad que las detectadas para otros granos66. Así mismo, esta propiedad promueve a la quinoa como un producto de alto potencial en la industria alimentaria para la obtención de películas biodegradables o como aditivo alimentario en preparaciones que requieran resistencia a la retro-degradación.

Por otra parte, ambos granos son fuentes de altos contenidos de fibra dietética, y esta característica permite incluirlos en la categoría de alimentos funcionales, puesto que su uso dentro de una dieta balanceada puede reducir el riesgo de algunas enfermedades como las coronarias y el cáncer23, 64, 67. El porcentaje de fibra dietética total para la quinoa varía entre 9,3 y 13,5%15, 31, 44, 68 y para la soja entre 11 y 19%23, 64, 67.

Otros carbohidratos presentes en menores proporciones en los granos de quinoa y soja son la glucosa, fructosa, arabinosa, galactosa, sacarosa, maltosa y rafinosa25, 62, 66.

Lípidos: El contenido de grasa encontrado en el grano de quinoa varía entre 2 y 10% de materia seca3, 44, 63, 66, 69 y se encuentra por debajo del rango reportado para el grano de soja, entre 14 y 24%23, 64. Las dos especies reportan una composición similar de ácidos grasos insaturados posicionándolos como fuentes adecuadas de aceites vegetales comestibles que suplen los ácidos grasos esenciales a través de la dieta. Predomina el alto porcentaje de omega-6 (ácido linoleico, C18:2n6) con valores de 55% para soja y 47-56% para quinoa; omega-3 (ácido γ-linolénico, C18:3n6) con porcentajes de 9,4% para soja y 4-9% para quinoa, y omega-9 (ácido oleico, C18:1n9) con valores muy cercanos, 21% para soja y 22-29% para quinoa3, 44, 69, 70. Ácidos poliinsaturados del tipo eicosanoicos, docosanoicos y tetracosanoicos se han detectado en menor proporción solamente en quinoa. De otra parte, los ácidos palmítico (C16:0) y esteárico (C18:0) son los ácidos grasos saturados mayoritarios en los granos, representando un mayor porcentaje en el contenido total de grasa para los granos de soja (~14%)3, 69. La estabilidad de estos ácidos insaturados frente a procesos de rancidez oxidativa es preservada por la acción antioxidante que proporcionan especies lipídicas como los α, β, γ, δ-tocoferoles y α, β, γ, δ-tocotrienoles presentes en las semillas de quinoa y soja, los cuales se conocen en conjunto como vitamina E. El α-tocoferol es el homólogo al que se le confiere mayor capacidad antioxidante71. Análisis de semillas de quinoa y soja muestran niveles de α-tocoferol de 8-53ppm25, 63, 69, 70 y 26ppm72, respectivamente; mientras que en los aceites extraídos los niveles encontrados están entre 251 y 754ppm para el aceite de quinoa3, 66, y 80-121ppm para el de soja3, 73. Aunque los tocotrienoles también han mostrado actividad antioxidante, las concentraciones encontradas son mucho más bajas69, 72.

Vitaminas y minerales: La información sobre los elementos traza contenidos en los granos de quinoa y soja supone gran importancia a la hora de valorar alimentos que permitan favorecer el estado nutricional de poblaciones con mayor susceptibilidad a mostrar signos de malnutrición por deficiencia de micronutrientes, particularmente en zonas rurales74, 75. La Tabla 2 muestra la comparación de las concentraciones de vitaminas A, grupo B, C, K y E y elementos traza contenidas en granos de diversas variedades de quinoa y soja. Los niveles de vitamina E en la quinoa resultan significativamente más altos que los reportados para la soja (p=0,040). Se detectan diferencias no significativas entre los valores medios descritos para las vitaminas tiamina, riboflavina, niacina y C en las semillas (p>0,05).

Tabla 2 Composición de vitaminas y minerales reportada para los granos de quinoa y soja expresados como mg/100 g materia seca. 

Vitaminas y minerales Tipo de grano Promedio, mín.-máx. (n)
Quinoa Soja§ *p-valor
A (mg RE/100 g) 0,20 (n=1) 0,11 (n=1) -
Tiamina 0,43 0,20-0,65 (n=10) 0,61 0,05-0,91 (n=3) 0,398
Riboflavina 0,16 0,06-0,39 (n=10) 0,44 0,13-0,87 (n=3) 0,128
Niacina 1,07 0,50-1,57 (n=10) 1,89 1,62-2,19 (n=2) 0,032
Ácido Pantoténico NR 0,79 (n=1) -
B6 NR 0,56 0,38-0,78 (n=3) -
Ácido Fólico 0,08 (n=1) 0,19 (n=1) -
C 14,96 4,00-23,07 (n=8) 7,98 6,00-9,96 (n=2) 0,117
K NR 0,05 (n=1) -
E 3,08 2,45-4,64 (n=7) 0,47 0,09-0,85 (n=2) 0,040
Mg 340,87 150,91-2620,00 (n=19) 236,12 1,33-294,80 (n=8) 0,137
Fe 9,96 1,40-81,00 (n=23) 8,39 4,89-15,70 (n=8) 0,095
Ca 144,70 44,00-874,00 (n=19) 41,09 0,81-277,00 (n=8) 0,002
Na 17,68 6,00-26,55 (n=10) 2,19 0,87-3,33 (n=8) 0,000
P 652,99 140,00-5350,00 (n=18) 704,00 (n=1) 9,12 0,144
Cu 1,93 0,20-10,00 (n=19) 1,14-14,33 (n=8) 26,60 0,000
Zn 5,58 2,15-36,00 (n=17) 2,39-40,98 (n=8) 929,88 0,009
K 1366,44 649,00-2325,56 (n=15) 2,07-1797,00 (n=8) 2,51 0,220
Mn 7,16 1,95-33,00 (n=10) 0,67-2,93 (n=8) 0,477

n: número de datos. NR: not reported. Valores reportados por Vega-Galvez y Cols.15, Kozio3, Nowak y Cols.44, Miranda y Cols.63, Repo-Carrasco y Cols.66, Tang y Cols.69, Ruales y Col.70, Ranhotra y Cols.76, Blanco y Cols.77, Lazarte y Cols.78, Miranda y Cols.79, Nascimento y Cols.80. §Valores derivados de los siguientes artículos: Wang y Cols.64, Lebiedzinska y Col.81, Plaza y Cols.82, Ridner83. *p <0,05. Mg: magnesio; Fe: hierro; Ca: calcio; Na: sodio; P: fósforo; Cu: cobre; Zn: zinc; K: potasio; Mn: manganeso.

Teniendo en cuenta los niveles de ingesta requeridos establecidos por la FAO/OMS84, se estima que los granos podrían ser buenas fuentes de vitaminas A, niacina, C y E. Estudios del monitoreo de los niveles de estas vitaminas en los granos, tras los procesos de perlado y lavado que suponen su consumo, resaltan su incremento debido a ligeras variaciones de su peso. Por ejemplo, 100g de quinoa comestible alcanzan a suplir un 6% de niacina3. Por otra parte, ingestas adecuadas de Fe, Zn y Ca garantizan un óptimo crecimiento y desarrollo de infantes y niños, y un estado nutricional saludable en general. Particularmente, las concentraciones promedio de Ca y Na muestran a la quinoa como una fuente significativamente mejor de estos minerales (p<0,05), a la soja como un proveedor de concentraciones significativamente mayores de Zn y Cu (p<0,05), y tanto a la quinoa como a la soja como fuentes equivalentes de Fe y de otros minerales como Mg, P, K y Mn. Ensayos han mostrado que 100g de porción comestible de quinoa proporcionan 4-6% del requerimiento diario de Ca, 27-40% de Fe, y 10-15% de Zn3.

Factores benéficos y adversos para la nutrición

Las dietas de las comunidades que habitan las áreas rurales de países en desarrollo implican una limitada ingesta de alimentos de origen animal. En este contexto, la promoción y fortalecimiento de los cultivos de quinoa y soja, a través de las asociaciones y el cooperativismo, se ha convertido para estas poblaciones en una opción de mejoramiento de su calidad de vida y de sus perfiles nutricionales tanto por los beneficios derivados de su comercialización como por la disponibilidad inmediata para su consumo85, 86. A estos hechos se aúna la versatilidad gastronómica que ofrecen.

Como se describió previamente, estas semillas son buenas fuentes de minerales pero además se caracterizan por contener especies quelantes como los fitatos, oxalatos y taninos, que forman parte de los factores antinutricionales de estos alimentos. Éstos actúan como inhibidores de la absorción de minerales divalentes en el tracto digestivo, en especial de Fe, Ca y Zn78 que están directamente asociados a patologías de malnutrición. El ácido fítico es la principal forma de almacenamiento de fósforo, está presente en las principales partes anatómicas de las semillas (embrión, perispermo, endosperma) en diferentes proporciones siendo el embrión la región que alberga mayores fracciones87 y su contenido depende de la variedad del grano. Los niveles de fitatos o ácido fítico reportados para la quinoa están entre 100 y 2.280mg/100g para el grano pulido70, 78, 88 y alrededor de 1.000mg/100g para grano entero70. Para la soja pulida los valores encontrados son muy similares, están entre 100 y 2.890mg/100g88, 89, 90, 91. Sin embargo, la biodisponibilidad de los minerales depende de la concentración libre o virtualmente disponible para el organismo. Diferentes autores han sugerido las proporciones molares fitatos:mineral como un indicador apropiado para estimar la biodisponibilidad de Fe, Ca y Zn78, 88. Se espera una adecuada biodisponibilidad de Zn si la proporción fitatos:Zn es menor a 0,15; de Ca si fitatos:Ca es menor a 0,24; y de Fe si fitatos:Fe es menor a 1,0. El monitoreo de estas relaciones molares en grano y harina de quinoa y soja ha mostrado una fuerte interacción entre el ácido fítico y el Zn con mayor prevalencia en la quinoa (fitatos:Zn entre 40-212 para quinoa y entre 13-40 para soja). Con respecto al Fe, se ha detectado una muy baja disponibilidad (fitatos:Fe entre 8-17 para quinoa y alrededor de 15 para soja) mientras que se predice una alta disponibilidad del Ca alojado en el grano de quinoa (fitatos:Ca=0,1287), en el salvado (fitatos:Ca=0,1287) y el grano pulido (fitatos:Ca=0,0788), pero no en los granos de soja (fitatos:Ca=0,30-0,6088, 90). Estos hallazgos indican que el proceso de remoción de la cubierta del grano de quinoa y soja no son suficientes para garantizar una óptima absorción de nutrientes una vez se incorporan en una dieta balanceada. Se requieren tratamientos adicionales que permitan reducir el contenido de fitatos sin alterar significativamente el contenido de minerales. Tradicionalmente, se han involucrado técnicas de procesamiento como la germinación, el remojo o inmersión, la fermentación y tratamientos térmicos con el fin de activar las fitasas endógenas capaces de hidrolizar los fitatos y aumentar la biodisponibilidad de minerales antes de su consumo92. El efecto de la temperatura y presión vía microondas, autoclave u olla presión sobre la harina de soja ha mostrado una reducción de casi un 50% del contenido de fitatos93. El proceso de remojo por 12 horas ha permitido una reducción de un 13%, mientras que la germinación por 72 horas hasta un 65%90. En el caso de la quinoa se ha observado un efecto reductor progresivo de fitatos con el proceso de germinación (35-38%), remojo (60-80%), fermentación láctica (85-88%) y con la combinación germinación + fermentación (95-98%) logrando aumentar hasta en 8 veces la disponibilidad del hierro92. Estos procesos favorecen la lixiviación de los fitatos al medio y/o favorece las condiciones óptimas de pH (4,5-5,0) para las fitasas endógenas permitiendo incrementar su actividad catalítica. De hecho, se alcanza una mayor disminución del pH a través de la fermentación. Humer y Schedle.88 exponen un aumento de la biodisponibilidad de Fe por implementación de este proceso mayor con quinoa (8 veces) que con soja (1,5 veces).

Un factor que limita el uso de la harina de soja y quinoa es su fuerte olor y sabor amargo debido a la actividad de la lipoxigenasa sobre los ácidos grasos poliinsaturados y al contenido de saponinas presentes en las diversas partes de la semilla. Para el caso del grano entero y molido de quinoa se reporta una actividad enzimática de 50,9 unidades/g siendo el embrión el lugar donde se concentra. En el salvado la actividad catalítica detectada ha sido nula, por lo que se estima que el proceso de descarado no favorece la reducción del olor. Ensayos de la actividad catalítica de la lipoxigenasa en distintos cultivos de soja reportan valores de densidad óptica por mg de proteína por minuto entre 7,81 y 16,594. Con respecto al contenido de saponinas se ha establecido que este predomina en el salvado de la quinoa (2,2%87) siendo la remoción de la cáscara de los granos uno de los procedimientos típicamente usados para reducir el sabor amargo. Se ha estimado que un grado de abrasión de 30% reduce más de un 50% del contenido de saponinas en la quinoa cuyo contenido puede oscilar entre 0,1 y 21%15, 52, 95. En la soja el contenido total puede oscilar entre 0,62 y 6,16%52, 96. El contenido total remanente de saponinas en las semillas de soja ha resultado ser más alto que en quinoa52.

Otros antinutrientes presentes en estas semillas son los inhibidores de tripsina los cuales impiden la actividad catalítica de estas enzimas proteolíticas constituyéndose en inhibidores del crecimiento. Además, se encuentran los taninos que son capaces de formar complejos estables con proteínas, enzimas digestivas y lípidos dando lugar a la aglutinación de liposomas. Las unidades de inhibidor de tripsina encontradas en quinoa son mucho más bajas (1,4-5,0mg) que las determinadas en soja (24,5-41,5mg)52. Por otra parte, en la soja se ha detectado un menor porcentaje de taninos (0,05) en comparación con la quinoa (0,5). Una forma de reducir la presencia de estos antinutrientes es a través de abrasión, lavado y/o tratamiento térmico97. Estos procedimientos también se constituyen en una manera de reducir la hipertrofia que se puede llegar a observar en el páncreas debido a la continua ingesta de estos productos. Sin embargo, la incorporación de salvado52, bebidas o de productos fermentados son alternativas para el consumo de estos alimentos que minimizan estos efectos adversos y al mismo tiempo garantizan la calidad proteica y la biodisponibilidad de minerales a la dieta.

Además de los taninos, los granos de quinoa y soja contienen glucósidos de flavonas, flavonoides y antocianinas (polifenoles) a los cuales se les confiere una potente actividad antioxidante. Las isoflavonas daidzeína y genisteína han mostrado la capacidad de unirse a receptores de estradiol actuando como fitoestrógenos con características estructurales similares al 17-β-estradiol. Esta cualidad soporta la funcionalidad nutricional que se le atribuye a los granos de quinoa y soja. Ensayos con las dos especies se han enfocado al entendimiento del rol de las isoflavonas sobre la osteoporosis, ateroesclerosis y enfermedades cardiovasculares, pero a la fecha sigue siendo un tema de investigación. Análisis con diversos cultivos de soja y quinoa muestran las semillas de soja como el mayor contribuyente de genisteína (0,20-0,90mg/100g y 0,19-1,12mg/100g de daidzeína)64 y a la quinoa de daidzeína (0,70-2,05mg/100g y 0,04-0,41mg/100g de genisteína)98. Liggins y Cols.99 encontraron además que los niveles de estas dos isoflavonas en la harina de soja (0,90-1,08mg/g de genisteína y 0,7-1,03mg/g de daidzeína) son significativamente superiores a los cuantificados en alimentos consumidos típicamente en Reino Unido como por ejemplo arroz, pasta y otros cereales.

Finalmente, en el marco de la soberanía alimentaria, la quinoa en comparación con la soja ha sido un cultivo que ha mostrado una mayor resistencia a los procesos de mejoramiento genético100, 101, hecho que desde el punto de vista de la seguridad alimentaria favorece su aceptación por los consumidores. Si bien este aspecto tiene diferentes matices, no se puede olvidar dado que trae consigo implicaciones en la composición y valoración nutricional de las semillas.

Potencial para la industria alimentaria

La creciente demanda de la población, comprometida con una alimentación saludable, por alimentos que ayuden a prevenir o controlar enfermedades, ha supuesto una oportunidad de diversificación de mercados para la industria alimentaria. La producción de alimentos de base natural visible es una de sus estrategias de innovación más recientes. Para ello, los procesos de investigación industriales se vienen desarrollando en colaboración con las empresas de ingredientes. En este contexto, las supuestas bondades de la soja siguen siendo reconocidas para preparaciones industriales, mientras que la quinoa aparece como un nuevo ingrediente cuya obtención y reconocimiento nutricional se está expandiendo. Sus contenidos de proteínas los potencian como posibles ingredientes de alimentos funcionales con proteínas, que en principio están siendo los más reclamados por los consumidores y por los entes de control de la situación nutricional de la población a nivel mundial102.

Otro eje de innovación de la industria de alimentos es el desarrollo de productos tipificados como “libres de”, los cuales son diseñados para consumidores con dietas específicas. En este caso, los bajos contenidos de prolaminas presentes en las semillas de quinoa y soja han favorecido su recomendación para dietas bajas en gluten y han promovido procesos de investigación para su acertada inclusión en productos para celíacos, dado que los umbrales a concentración de alérgenos varían entre los consumidores.

Estos alimentos son objeto de estudio tanto para mantener su condición nutricional tras el procesamiento industrial como para reducir los niveles de alérgenos. Entre los tipos de procesamiento que pueden afectar las propiedades alergénicas de estos alimentos están el calentamiento, la fermentación, hidrólisis enzimática y tratamientos físicos como la extrusión, uso de conservantes y cambios de pH o combinaciones de estos.

El contenido proteico de las semillas de soja incluye 8 proteínas alérgenas (denominadas Gly m 1 a Gly m 8)103. β-conglicina y glicinina (Gly m 5 y Gly m 6, respectivamente) son proteínas de almacenamiento asociadas a reacciones alérgicas severas104. Ebisawa y Cols.105 reportaron altos valores de Gly m 8, una 2S-albúmina, en diagnósticos de niños alérgicos a la soja. Por otra parte, Gly m1 y Gly m2 no se consideran alérgenos alimentarios. La literatura reporta algunas pruebas de la reducción o retención de la alergenecidad de la soja a través de su procesamiento, pero no hay evidencias de su incremento. Gomaa y Boye106 encontraron que el calentamiento de la proteína de soja cruda o de algunas fracciones producía una reducción significativa de la capacidad enlazante de IgE a través de ensayos de ELISA con suero de niños. Por otro lado, procesos de digestión artificial han permitido reducir 10.000 veces la capacidad enlazante de IgE. La hidrólisis enzimática de glicinina y β-conglicinina con tripsina y pepsina ha mostrado dependencia del pH, sin embargo, la capacidad enlazante de IgG no se ha logrado eliminar por completo107. Mientras que la combinación de calentamiento a 100 °C e hidrólisis enzimática con pepsina resultó en una reducción de la capacidad enlazante de IgE a niveles no detectables108. De otra parte, la fermentación de semillas y harina de soja evaluada en suero humano ha permitido una reducción de la capacidad enlazante de IgE entre 65 y 99%109. Existen otros hallazgos de reducción de alergenecidad reportados en la literatura, pero su efecto sobre anticuerpos humanos no se ha determinado aún.

Usualmente, pacientes alérgicos al trigo o intolerantes al gluten consumen la quinoa como sustituto de los cereales. Sin embargo, pocos han sido los hallazgos que confirman reacciones alérgicas. La literatura describe casos muy puntuales o aislados asociados a la principal proteína de almacenamiento termoestable tipo globulinas, chenopodina110, 111.

La industria alimentaria también podría recurrir a procesamientos que no impliquen efectos térmicos a través de procesos con alta presión hidrostática, incidencia de luz UV o caída de presión controlada. Se han detectado reducciones de hasta un 44% en la capacidad enlazante de IgG y IgE en extractos de soja descascarillados y desengrasados112, 113.

Un campo ya explorado es el desarrollo de materiales resistentes biodegradables útiles en el empaque y conservación de los alimentos a partir de las harinas114, 115. Finalmente, un campo que aún está por explorar en la industria alimentaria es la potenciación de compuestos bioactivos como los fitoecdisteroides con promisorios beneficios para diabéticos116, las isoflavonas asociadas a la reducción de síntomas de osteoporosis98 y los glucósidos flavonoides por sus interesantes aplicaciones como antioxidantes. Su identificación, incorporación como ingredientes y conservación tras procesos tecnológicos típicos, especialmente en el caso de la quinoa, continúan siendo objetos de investigación para el desarrollo de alimentos funcionales.

CONCLUSIONES

La quinoa resulta ser un cultivo menos sensible a la salinidad, al estrés por la sequía que la soja y a las heladas; sin embargo, son parámetros que se deben establecer puntualmente para cada variedad. Por otro lado, la cosecha de la soja se lleva a cabo casi en la mitad del tiempo que requiere la quinoa y genera mayores rendimientos. Respecto a la composición, ambas semillas son fuentes equiparables de proteínas y aminoácidos esenciales, con similares porcentajes de digestibilidad y ligeras diferencias en el contenido de minerales. Se destaca un mayor contenido de Ca y biodisponibilidad en la quinoa. Los niveles de vitaminas no suplen los requerimientos mínimos, pero son mayores que los contenidos en otros alimentos de consumo frecuente como el arroz, cebada y trigo, por lo que la investigación debe considerar tecnologías de procesamiento que permitan conservarlos. Además, tanto la quinoa como la soja poseen valiosas proporciones de compuestos bioactivos como antioxidantes e isoflavonas, y bajos niveles de prolaminas, que favorecen y promueven su uso en la industria alimentaria para suplir la demanda de la población por alimentos funcionales y/o “libres de” de bajo costo y fácil acceso. Así mismo, estos productos alimenticios constituyen importantes alternativas para la implementación de políticas y planes de desarrollo gubernamentales, principalmente en los países en desarrollo, dirigidas a reducir los latentes índices de malnutrición.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen a la Vicerrectoría de Investigaciones de la Universidad del Cauca, Colombia, por financiar el proyecto VRI-4378 en el cual se enmarcó esta revisión. Además, Ortega y Ahumada extienden su agradecimiento por la financiación del proyecto VRI-4346.

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Recibido: 26 de Junio de 2016; Aprobado: 18 de Septiembre de 2016

*Dirección para correspondencia: dchito@unicauca.edu.co

Los autores expresan que no hay conflictos de interés al redactar el manuscrito.

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