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Los pseudocereales (quinua y cañahua) poseen índice glucémico bajo.
Los productos obtenidos por aplicación enzimática secuencial α-amilasa/proteasa (fracción soluble e insoluble) presentan índice glucémico y carga glucémica diferente al grano de origen.
Los productos obtenidos por aplicación enzimática, separados en dos fracciones (soluble e insoluble) poseen diferente composición química.
Introducción
La cantidad y calidad de los carbohidratos presentes en los alimentos afectan a los niveles de insulina y glucosa postprandiales, desencadenantes de mecanismos fisiopatológicos involucrados en varias enfermedades crónicas no transmisibles. El índice glucémico (IG) cuantifica la respuesta glucémica e insulinémica a los hidratos de carbono ingeridos en diferentes alimentos, comparándola con la respuesta de un alimento de referencia habitual (pan blanco o solución glucosada). La carga glucémica (CG) es el producto matemático del IG por la cantidad consumida y estima el efecto glucémico total de la dieta1. Ambos son indicadores válidos del efecto de los carbohidratos ingeridos en el nivel de glucosa plasmática.
Los valores del IG se agrupan en tres categorías: IG alto ≥70, IG intermedio 56-69, IG bajo de 0-55. Un alimento con CG alta tiene un valor de 20 o más, si la misma va de 11 a 19 es media y si es por debajo de 10 son bajos. Se creó para representar el efecto glucémico global de una dieta donde se toma en cuenta el tamaño habitual de la ración2.
En Bolivia se cultivan granos típicos de altura, que se caracterizan por su gran valor nutritivo y adaptabilidad ecológica a las condiciones adversas de la zona andina: principalmente, quinua (Chenopodium quinoa), cañahua (Chenopodium pallidicaule), amaranto (Amaranthus caudatus), y tarwi (Lupinus mutabilis)3.
La quinua (Chenopodium quinoaWilld), se caracteriza por tener ácidos grasos insaturados y poliinsaturados omega 3 y omega 6, minerales y vitaminas en mayor concentración que en los cereales, un alto contenido de compuestos bioactivos saludables tipo fitoesteroles, flavonoides, betalainas4; existen evidencias clínicas de su efectividad en la salud, recomendándose su consumo para las personas con anemia, dislipidemias e intolerancia a la lactosa, así como para celíacos, por lo que se la considera un alimento funcional4, también se reportó el efecto beneficioso de la quinua en el índice de masa corporal y hemoglobina glucosilada5, junto al IG bajo4,5. Una variedad mejorada de quinua, de interés comercial, es la quinua Jacha Grano, con menor contenido de saponinas, altamente competitiva de la región del altiplano del departamento de La Paz, representa una alternativa productiva para esta región6.
De la Cañahua (Chenopodium pallidicauleAellen), sobresale su capacidad antioxidante similar a la que presenta la quinua6, proteínas de alta calidad con una composición de aminoácidos equilibrado y alto contenido de minerales7,8, las saponinas se encuentran en menor cantidad en relación a la quinua, el consumo tradicional es en forma de pito (harina tostada) o en forma de refresco natural8.
Por otro lado, la Biotecnología enzimática representa la aplicación de las enzimas en un amplio número de industrias en diferentes áreas; en alimentos para obtener edulcorantes, mejorar las características organolépticas, modificar carbohidratos, obtener productos modificados y compuestos bioactivos de impacto en la salud9.
El objetivo del presente estudio es determinar el índice glucémico de cañahua, de diferentes variedades de quinua, y de dos productos modificados por biotecnología enzimática de quinua Jacha Grano.
Metodología
Materia prima
Las quinuas variedad Real; quinua blanca (QRB), negra (QRN), roja (QRR) y cañahua (C) variedad Ramis, fueron otorgadas por la empresa IRUPANA ANDEAN S. A., del altiplano sur del departamento de Potosí. La quinua variedad Jacha Grano (QJG) se obtuvo de la Asociación de Productores Quinueros Jurisdicción Umala (ASPROQUIJU) provincia Aroma del departamento de La Paz, correspondiente a una quinua dulce, variedad mejorada del altiplano Sur.
Productos modificados enzimáticamente de quinua Jacha Grano
Los granos de quinua Jacha Grano fueron molidos en una moledora Bosch (Bosch Home, Gunzenhausen, Alemania) de 100 g de capacidad por 5 minutos, se procedió a cernir en tamices 60 mesh de acero norma ASTME 11 para obtener una harina homogénea, se preparó una suspensión acuosa de harina de quinua al 10% en un biorreactor (Yhchem, Shanghai, China) de 8 L de capacidad con agitación continua de pH y temperatura regulable. Después de 5 minutos de ebullición para la gelatinización se procedió a la hidrólisis con la enzima α-amilasa termoestable (Thermamyl Sc, glucosídasa, Novozymes, Copenhague, Dinamarca) en condiciones de pH 6.0 y temperatura de 85 °C por 60 minutos, procedimiento reportado por Navia-Coarite et al.10. Posteriormente, se acondiciono la temperatura a 50 °C sin modificar el pH para proceder con la enzima alcalasa (proteasa de Bacillus licheniformis, Sigma-Aldrich, Saint Louis, USA), con una relación enzima/sustrato de 2 después de 8 horas se subió la temperatura hasta ebullición por 5 minutos para terminar la hidrolisis residual. El hidrolizado se separó en dos fracciones por centrifugación, se utilizó una centrifugadora de filtro canasta de acero inoxidable 304 (INDSOL, La Paz, Bolivia), por 8 minutos a 100 rpm, se obtuvo una fracción soluble (filtrado) y sedimento o fracción insoluble. La fracción soluble se secó en un secador por aspersión (INDSOL, La Paz, Bolivia), obteniéndose el producto de fracción soluble (PFS). La fracción insoluble se secó en liofilizador (BIOBASE, Zhangqiu, China), obteniéndose el producto de fracción insoluble (PFI). Para la evaluación de IG y mejorar el sabor de los productos se realizaron los siguientes preparados: el PFS se preparó con 5 g de frutilla y 300 mL de agua en forma de jugo (JPFS), con el PFI se preparó galletas (2 claras de huevo batido con 400 g de PFI, 90 g de mantequilla, agua y polvo de hornear), se horneo a 180 °C por 30 minutos, obteniéndose galletas (GPFI).
Análisis proximal de los granos andinos y productos
El análisis proximal se determinó de acuerdo a métodos AOAC, para humedad (934.01), ceniza (923.03), fibra (962.09), lípidos (920.30), proteínas (976.05) método Kjeldhal por el factor 6,2511, los carbohidratos por determinación indirecta (diferencia matemática entre la muestra y la sumatoria de proteína, grasa, ceniza y humedad). Se cuantifico azúcares libres12y glucosa por el método glucosa oxidasa13.
Voluntarios
Fueron seleccionados 35 voluntarios (20 mujeres y 15 varones), en cada prueba participaron entre 8 y 10 participantes, comprendidos entre 19 y 25 años de edad, estudiantes de la Facultad de Medicina de la Universidad Mayor de San Andrés. Los voluntarios cumplieron los criterios de inclusión: tener un índice de masa corporal (IMC) normal acorde a recomendación de la Organización Mundial de la Salud (OMS)14, ausencia de enfermedades crónicas degenerativas o agudas, no tener antecedentes familiares de Diabetes, no tener actividad física intensa, tratamientos médicos, procesos infecciosos recientes, así como presentar valores bioquímicos normales.
Los datos antropométricos y bioquímicos se obtuvieron dos días antes de cada prueba de respuesta glucémica postprandial; el IMC osciló entre 19 a 25 kg/m2, a todos los voluntarios se les tomo muestra de sangre a partir de las 7:30 a. m. con 12 horas previas de ayuno, se determinó glucosa, proteínas y albumina por métodos certificados (Human, Alemania), el hematocrito por micro método15, los resultados presentaron una media (± DE), de glicemia 78 (±6) mg/dL, proteínas 6,6 (±0,5) g/dL, albumina 4,1 (± 0,5) g/dL y hematocrito 49 (3) %. Se les recomendó, no consumir dietas ricas en grasas y carbohidratos 48 h antes de la prueba, según normas internacionales16.
Protocolo de estudio
El protocolo fue elaborado de acuerdo a la ISO 26642:201016, aprobado por el Comité de Ética de la Universidad Mayor de San Andrés (CEI.UMSA.AVAL ÉTICO 12/2017), los participantes leyeron y firmaron el consentimiento informado.
El estudio fue tipo experimental, aleatorizado, transversal, doble ciego. Cada voluntario participó en 2 pruebas, los sujetos se presentaron con ayuno de 12 horas: primero se les tomó la glucosa capilar, posteriormente se les proporcionó el alimento seleccionado: quinua y cañahua cocida con sal, producto de fracción soluble en forma de jugo (JPFS) y producto de fracción insoluble en forma de galleta (GPFI), el alimento de referencia solución glucosada (SG) preparada en 250 mL de agua.
Inicialmente se valoró la cantidad de carbohidratos de cada alimento para que cada voluntario consuma 50 g del mismo, se solicitó que el tiempo de consumo no exceda los 15 minutos. Posteriormente se realizaron las medidas de glucosa sanguínea con el glucómetro One Touch.ultra, a los 15, 30, 45, 60, 90 y 120 minutos.
Las pruebas se realizaron en día sábado, cada 7 días en el Laboratorio del Hospital de Clínicas (La Paz), cabe resaltar que durante el período de prueba, los sujetos se encontraban en un ambiente cómodo y tranquilo.
Índice glucémico
La determinación del IG de los granos y de dos aditivos propuestos se realizó de acuerdo a la ISO (International Organization for Standardization) method 26642:201016,17. Las valoraciones se obtuvieron según la formula.
Carga Glucémica
Es el resultado de multiplicar el valor del IG por la cantidad en gramos de los HC en una ración de alimento.
Análisis estadístico
Los resultados se presentan como media ± desviación estándar (DE), los datos se trataron por análisis de varianza ANOVA unidireccional con el programa SPSS estatistics v. 24,0 en su versión de prueba a 30 días (disponible en internet), junto al test de Duncan entre los IG de cada producto y grano en relación al IG de solución glucosada.
El nivel de significancia para todas las pruebas estadísticas fue del 95% (p<0,05).
Resultados
El análisis proximal de los granos de quinua y cañahua, junto a los productos de fracción soluble e insoluble se encuentran expresadas en la Tabla 1, los resultados se encuentran expresados con su DE. La concentración de proteínas de los granos andinos y de los productos obtenidos por aplicación enzimática con α-amilasa/alcalasa, fracción soluble (PFS) e insoluble (PFI) osciló entre 14,4 y 15,6; quedando en PFI cerca del 100% de grasas.
Tabla 1. Análisis proximal (g/100 g) de la materia prima y productos hidrolizados.
| Parámetros | C | QRB | QRN | QRR | QJG | PFS | PFI |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cenizas | 3,4 (0,3) | 2,4(0,03) | 3,3(0,3) | 2,9(0,2) | 2,3 (0,1) | 3,14(0,2) | 5,27(0,2) |
| Humedad | 8,2(0,1) | 10,7(0,8) | 10,2(0,5) | 11,2(0,1) | 14,71(0,1) | 5,21(0,2) | 2,88(0,2) |
| Proteínas | 14,4 | 15,0 | 14,6 | 15,4 | 15,2 | 15,2 | 15,6 |
| Grasas | 5,7(0,2) | 5,7(0,4) | 7,7(0,4) | 6,3(0,4) | 5,1(0,1) | 0,75(0,1) | 20,88(0,2) |
| Carbohidratos | 61,06 | 63,06 | 57,97 | 61,20 | 62,84 | 75,9 | 55,98(0,2) |
| Fibra | 7,2 | 3,04 | 6,2 | 3.1 | 3,1(0,2) | 0 | 8,49(0,2) |
| Azúcares libres | 1.1(0,1) | 32,8(0,3) | 12,65(0,2) | ||||
| Glucosa | 0,7(0,1) | 13,8(0,2) | 6,31(0,2) |
Datos expresados con la media (DE), n=3.
C:Cañahua; QRB:Quinua Real blanca; QRN:Quinua Real negra; QRR:Quinua Real roja; QJG:Quinua Jacha Grano; PFS:Producto de fracción soluble; PFI:Producto de fracción insoluble.
Adicionalmente en los productos modificados se cuantifico azúcares libres como monosacáridos, disacáridos y oligosacáridos, encontrándose este tipo de carbohidratos, cerca de 3 veces más en el PFS en relación al PFI. También se cuantifico la glucosa, como monosacárido de mayor relevancia, este analito se encontró en mayor concentración en el PFS en relación al PFI.
Los resultados de la respuesta glucémica al consumo de 50 g de carbohidratos contenidos en diferentes variedades de quinua, cañahua y productos modificados con enzimas (α-amilasa/alcalasa) fueron expresados como la media (DE), no se encontraron diferencias estadísticas en las concentraciones de glucemia basales para ninguno de los tratamientos.
Las curvas de respuesta postprandial a partir de las cuales se obtuvieron los IG se observan en la Figura 1. Las curvas de las 4 variedades de quinua y de cañahua presentan áreas por debajo de la curva obtenida por el consumo del producto de referencia (SG); las curvas de respuesta glucémica de QRB, QRN, QJG y C son similares entre si (Figura 1 a), presentan mayor concentración de glucosa a los 30 minutos, la QRR presenta una curva diferente con el pico de concentración de glucosa a los 45 minutos. En la Figura 1 bse observa la diferencia de las curvas de respuesta postprandial de los productos obtenidos por aplicación enzimática; la curva obtenida de GPFI muestra un leve aumento de glucosa a los 30 y 60 minutos, el área bajo la curva fue significativamente menor en relación al área de la curva obtenida del alimento de referencia (SG) y del área de JPFS. La curva de respuesta postprandial al JPFS muestra un pico a los 15 minutos, bajando hasta un nivel inferior a la inicial a los 90 minutos, el área debajo de la curva es menor al área del alimento de referencia.
Las diferentes variedades de quinua, QRB, QRR y QJG y la cañahua mostraron similares valores de IG, la QRN obtuvo un valor de IG ligeramente menor en relación a las demás. El IG de GPFI obtuvo un valor por encima de la mitad del IG de la quinua Jacha Grano, de la cual se procesó. El IG del JPFS obtuvo un valor ligeramente más elevado que el IG del grano origen (Tabla 2). En la misma tabla, se observan los valores de CG de las diferentes variedades de quinua, cañahua y de los productos modificados por enzimas, los granos y el JPFS obtuvieron CG de valor medio, la CG de GPFI obtuvo un valor bajo.
Tabla 2. IG y CG de quinua, cañahua y productos hidrolizados.
| Parámetros | C | QRB | QRN | QRR | QJG | JPFS | GPFI |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| IG | 36,3(2,2)a | 33,3(1,5)a | 28,1(0,9)b | 35,5(1,9)a | 35,8(2,2)a | 39,5(2,8)a | 20,2(3,1)c |
| CG | 18,2 | 16,7 | 13,1 | 18,2 | 18,73 | 11,1 | 9,4 |
Letras diferentes indican diferencias significativas <0,05 (n=9).
IG:Índice glucémico; CG:Carga glucémica; JPFS:Jugo de producto fracción soluble; GPFI:Galletas de producto fracción insoluble.
Discusión
Los resultados del presente estudio confirman una respuesta glucémica postprandial disminuida y favorable en sujetos sanos, posterior a la ingesta de cuatro variedades de quinua (QRB, QRN, QRR y QJG) y de un pseudocereal que no tiene referencias anteriores (cañahua), en relación al alimento de referencia (SG); de igual forma, la respuesta glucémica post ingesta de los productos obtenidos, por aplicación enzimática de quinua Jacha Grano, GPFI y JPFS, fueron disminuidas dando lugar a un IG de 20 para GPFI y de 39 para JPFS, ambos valores corresponden a IG bajo.
Según Fuentes y Paredes, el valor nutricional de la quinua es reconocido por su proteína rica en aminoácidos esenciales y por su contenido de carbohidratos con un índice glucémico bajo, con cualidades nutricionales y funcionales más altas que los cereales como el maíz, avena, trigo y arroz4. La quinua Real es la más cotizada en los mercados por el tamaño de sus granos, relativamente resistente a las heladas y periodos de sequía, lo cual facilita su cultivo en las rigurosas condiciones climáticas del Altiplano18.
El análisis proximal realizado en el presente estudio de 3 variedades de quinua Real, junto a la quinua Jacha Grano y cañahua, coincide con datos ya referenciados7,8. El análisis proximal de los productos obtenidos por hidrolisis enzimática (α-amilasa/alcalasa) mostró una similar concentración de proteínas en ambos productos (PFS y PFI), sin diferencias, como se observa en la Tabla 1. Se deduce la presencia de péptidos hidrófobos en el PFI y péptidos hidrosolubles en el PFS. Post hidrólisis, los lípidos quedaron en el PFI, con cerca del 20% y 0,75% en el PFS acorde a lo esperado de carbohidratos totales; el PFI contiene cerca de 56% y el PFS con 76% con un incremento notorio de azúcares libres y glucosa libre en PFS. La fibra quedó en el PFI al igual que el incremento de minerales, lo que indica que ambos productos presentan una composición y cualidades diferenciadas.
La revisión de Bastidas et al., reporta el IG de quinua entre 35 y 53, según el tiempo de cocción18, nuestro estudio obtuvo IG de tres variedades de quinua Real, que corresponde al 60% de producción nacional19, el IG encontrado oscila entre 28,1 y 35,5; la quinua Jacha Grano (QJG), (variedad mejorada) contiene mayor cantidad de lisina, de composición nutritiva similar a la quinua Real, adecuada para exportación, y de alto interés para los productores del altiplano centro6, se obtuvo un IG de 35,8. De Chenopodium pallidicauleAellen (C), no se encuentran referencias de IG ni de CG, nuestro estudio mostró el IG de 36,3 (bajo) y un comportamiento de respuesta glucémica postprandial similar a QRB y QRN (Figura 1). En Bolivia, la C se consume en forma de pitos (harina semi tostada), refrescos, y panadería, actualmente, se impulsa su producción por su alto contenido de proteínas de alta calidad, vitaminas, minerales y actividad antioxidante, similar a la quinua20.
Varios estudios clínicos han constatado el efecto saludable de alimentos con bajo índice glucémico: en el sobrepeso y la obesidad21,22, al contrario, los carbohidratos de IG alto contribuyen a enfermedades cardiovasculares e incluso a la mortalidad23. Gonçalves and Dullius, demostraron que la ingesta de carbohidratos de bajo índice glucémico favorece a diabéticos24, reduce la secreción de insulina y disminuye la concentración de lípidos sanguíneos25.
El desarrollo de alimentos modificados por aplicación enzimática permite atribuir una cualidad, el obtener alimentos digeridos que puede ser utilizados en dietas específicas para personas que presentan deficiencias digestivas, por lo que ingresan a formar parte de alimentos funcionales, al ejercer efectos beneficiosos en la salud26. La quinua está reconocida como alimento funcional, su consumo ayuda a controlar la diabetes mellitustipo 2, al incrementar las HDL, mejorar la resistencia a la insulina; presenta efectos benéficos que se asocian con la presencia de compuestos fenólicos, flavonoides, fibra dietética y tipo de carbohidratos18.
Los alimentos procesados con biotecnología enzimática han aumentado, en algunos casos por que dan lugar a alimentos hipoalergénicos y con mejores propiedades nutraceúticas, como: la leche deslactosada, dirigida a personas con intolerancia a la lactosa o hipersensibilidad a proteínas de la leche27, en la industria de lácteos con la producción de quesos blandos y duros, yogur y kéfir, panificación con carbohidrasas y en productos cárnicos con proteasas28.
En el presente estudio, se han obtenido dos productos por aplicación enzimática (α-amilasa/alcalasa), un producto de fracción insoluble (PFI) y otro de fracción soluble (PFS). El producto de fracción insoluble fue evaluado en forma de galletas, rico en componentes hidrofóbicos (péptidos, fibra, lípidos), mostró una respuesta glucémica muy baja, por lo que se propone a este producto beneficioso para personas que sufren de diabetes y obesidad, también da la posibilidad de poder utilizarlo con mayor facilidad en repostería, sin tener que mezclar con otras harinas. El producto de fracción soluble, fue evaluado en forma de jugo, con una respuesta glucémica ligeramente más elevada en relación a la que presentan los granos de quinua, se caracteriza por estar constituido de compuestos hidrofílicos (péptidos, carbohidratos, vitaminas hidrosolubles y glucósidos) es propuesto como aditivo energizante. Ambos productos pueden ayudar a las personas que sufren de problemas digestivos. Futuros estudios, podrían enfocarse, en ver el efecto de los PFI y PFS en personas que sufren de diabetes tipo 2 de forma controlada. Verificar el efecto del PFS en la estimulación de la secreción de insulina y glucagón, realizar estudios de formulaciones alimentarias de ambos productos.
Conclusiones
Por aplicación secuencial de enzimas α-amilasa/alcalasa en harina de quinua Jacha Grano, se obtuvieron dos productos hidrolizados, el producto de fracción soluble se evaluó en forma de jugo (JPFS), con una respuesta glucémica baja, un IG de 39,5, el producto de fracción insoluble se evaluó en forma de galleta (GPFI) con una respuesta glucémica muy baja correspondiente a un IG de 20 y carga glucémica de 9,4. Se propone la incorporación de los productos hidrolizados en dietas especiales, particularmente para personas con problemas digestivos, diabetes y obesidad. Se determinó el IG de diferentes variedades de quinua Real, quinua Jacha Grano y de cañahua, obteniéndose un valor bajo. Los resultados son útiles para la industria de alimentos funcionales dirigidos a diferentes problemas de salud.
