Leguminosas germinadas o fermentadas: alimentos o ingredientes de alimentos funcionales

Marbelly A. Davila, Elba Sangronis, Marisela Granito

Universidad Simón Bolívar, Laboratorio de Análisis de Alimentos. Caracas-Venezuela

RESUMEN. Estudios epidemiológicos presentan una positiva asociación entre la prevención de ciertas enfermedades y la ingesta diaria de compuestos presentes en frutas, granos, leguminosas, aceite de pescado entre otros. Un alimento que provee un beneficio adicional al aporte de nutrientes se le denomina alimento funcional. a Las leguminosas contienen además de sus variados nutrientes, compuestos tales como polifenoles, fibra soluble, a-galactósidos , y las isoflavonas que le confiere propiedades de alimentos funcional. a Sin embargo, el consumo de las leguminosas se ve limitado por la flatulencia que produce a ciertos consumidores, por los largos períodos de cocción que requieren, o por la presencia de factores antinutricionales, entre otras razones. En esta revisión se presentan los procesos de germinación y fermentación como alternativas para a disminuir o inactivar factores antinutricionales, preservar e incluso el aumentar el contenido de las isoflavonas y mejorar así el potencial o de las leguminosas como alimentos o como ingredientes de alimentos funcionales.

Palabras clave: Leguminosas. alimentos funcionales. germinación, fermentación, isoflavonas.

SUMMARY. Germinated or fermented legumes: food or ingredients of functional food. Epidemiological research has shown a positive association between certain diseases and dietary intake of food components found in fruits, grains, legumes, fish oil among others. Food that may provide a health benefit beyond the traditional nutrients that it contains, are named functional food. In addition to the varied nutrients, legumes contain compounds such as polyphenols, soluble fiber, a-galactosides and isoflavones which confer propierties of functional foods. Do to the cuse of flatus production in some people, long cooking periods, or anti-nutritional factors, legume consumption levels are limited. In this review, germination and fermentation processes will be presented as alternatives that are able to reduce or inactivate antí-nutritional factors, preserve and even improve the content of the isoflavones, or better the potencial of the legumes as functional food or as ingredients for the formulation of functional foods.

Key words: Legumes, functional foods, germination, fermentation, isoflavones.

Recibido: 14-02-2002  Aceptado: 16-09-2003

INTRODUCCION

Son varios los motivos que han impulsado el estudio de los efectos de la dieta sobre la salud del ser humano. Se sabe que enfermedades tales como ciertos tipos de cáncer, aterosclerosis y osteoporosis, entre otras, afectan amplios sectores de las poblaciones y están relacionadas con el exceso y/o con la falta de consumo de ciertos alimentos. Adicionalmente, la necesidad de mantener una buena calidad de vida nos lleva a tratar de conservar la salud a través de una dieta balanceada. Se trata entonces, de consumir alimentos que proporcionen todos los nutrientes, y que además aporten fitoquímicos que se han asociado a la prevención de ciertas patologías. Los alimentos que cumplen con estas características se les conoce como alimentos funcionales (1).

El Institute of Medicine/National Academy of Sciences (IOM/NAS) (2) ha definido a los alimentos funcionales como "cualquier alimento o componente de un alimento que proporcione un beneficio más allá del de sus nutrientes". Es .importante recalcar que a pesar del gran interés mundial por los alimentos funcionales a nivel mundial, todavía no se tienen regulaciones, sólo Japón ha dado los primeros pasos al respecto (1).

Generalmente los alimentos funcionales se consumen en raciones normales en la dieta diaria y pueden ser de origen completamente natural o aquellos a los cuales se les han agregado ingredientes que inducen los efectos benéficos o que el tratamiento tecnológico aplicado les aumenta la biodisponibilidad de sus constituyentes. Los alimentos funcionales pueden ser de origen animal, como lo son los pescados, que contienen ácidos grasos v-3, y de origen vegetal como el tomate el cual posee licopeno, o las leguminosas por su contenido de isoflavonas, entre otros fitoquímicos (3).

El objetivo de esta revisión es presentar las investigaciones recientes que demuestran el potencial de las leguminosas como alimentos funcionales, considerando su contenido de nutrientes, minerales, vitaminas del grupo B, proteínas, fibra dietética y de compuestos fitoquímicos como las isoflavonas entre otros, y de cómo procesos no tradicionales como la fermentación o la germinación puede potenciar sus propiedades de alimentos funcional o como ingrediente de dichos alimentos funcionales.

Leguminosas como alimentos funcionales

Las leguminosas por su relativo bajo costo son alimentos importantes, particularmente en países en vías de desarrollo o subdesarrollados, donde ellas representan una importante fuente proteica. En varios pueblos de Sur América el consumo promedio de leguminosas es aproximadamente 25g/persona/ lo que representa entre 10% Y 15% de las proteínas de la dieta (4). Adicionalmente, las leguminosas aportan carbohidratos complejos, especialmente almidón, también fibra, vitaminas pertenecientes al grupo B, minerales, como potasio, fósforo, magnesio, zinc y en especial hierro y calcio. Recientemente, el interés del estudio de las leguminosas ha aumentado debido a su contenido en fitoquímicos, los cuales metabolitos secundarios biológicamente activos sintetizados por las plantas (5). Ejemplos de fitoquímicos los fitoesteroles, compuestos con capacidad para modular el desarrollo de ciertos tipos de cáncer y evitar la absorción colesterol (6,7). Los fitoesteroles comprenden compuestos fenólicos tales como los flavonoides, a los cuales se le atribuyen propiedades antioxidantes y como fitoestrógenos (8,9). Su relación con la disminución del riesgo de desarrollar ciertas enfermedades tales como cáncer pancreático, cáncer de seno (10) y de colon (11), enfermedades coronarias e inflaciones(12), se ha relacionado en gran parte, con la actividad antioxidante atribuida a los compuestos fenólicos presente. Ellos estabilizan los radicales libres (13-15). Otros tipos de compuestos fenólicos son las llamadas isotlavonas, los más importantes flavonoides presentes en leguminosas (12). La isoflavonas son fitoestrógenos ya que pueden actuar como los estrógenos y reducir las molestas manifestaciones típicas de la menopausia, y particularmente los llamados golpes de calor o rones (10). Sin embargo, su uso debe ser controlado, pues respuesta como fitoestrógenos depende de la dosis ingerida (16). Las isoflavonas están presentes solo en alimentos de origen vegetal, siendo las leguminosas, en especial la soya (Glycine max) y en menor grado el frijol (Phaseolus vulgaris) fuentes soflavonas (17). El carácter de alimentos funcionales de leguminosas esta fuertemente marcado por la presencia de fitoquímico.

En su estructura general, las isoflavonas presentan dos los bencénicos (identificados como anillos A y B) con grupos hidroxilos, cuyo número y ubicación varia. El anillo está unido, en forma condensado, con un pirano (Figura 1). El anillo B se une al de pirano en posición 3, unión que define al compuesto como isoflavona. Son cuatro las principales isoflavonas: genistin daidzin, genisteina y daidzeina. Las dos últimas son las que están presentes en leguminosas, especialmente en soya (Glycine max) y sus derivados y en Phaseolus vulgaris (9,10).

FIGURA 1

Estructura química de las isoflavonas comúnmente presentes en leguminosas: daidzeína (A) y genisteína (B)

 

En poblaciones que tienen alto consumo de alimentos que contienen isoflavonas, se ha detectado una baja incidencia de cáncer atribuidas también a las isoflavonas, por su actividad antiproliferativa y antiangiosgénica (18). Los beneficios atribuidos a la isoflavonas pueden igualmente ser proporcionados por una ingesta apropiada de leguminosas como parte de una dieta balanceada. Sin embargo, se requieren mayores estudios epidemiológicos para aclarar los mecanismos celulares de acción de las isoflavonas y su incidencia en la prevención de enfermedades. Todas estas acciones beneficiosas atribuidas a los compuestos fenólicos acentúan la importancia de las leguminosas como potenciales alimentos funcionales.

Aparte de las ventajas que tienen las leguminosas como alimentos funcionales, no se puede perder de vista el hecho de que su consumo y por consiguiente su aprovechamiento se ve limitado por ciertos factores tales como los prolongados tiempos de preparación requeridos (23) y por los malestares gastrointestinales que ciertas personas sufren cuando las consumen. Estos últimos se atribuyen a la falta de enzimas requeridas para digerir los oligosacáridos, lo que provoca que cuando llegan al intestino grueso son hidrolizados por enzimas bacterianas produciendo dióxido de carbono, hidrógeno y otros gases (19,20).

El completo aprovechamiento de las leguminosas también es afectado por la presencia de ciertos factores antinutricionales tales como los inhibidores de proteasas, lectinas, fitatos, ciertos compuestos fenólicos (21,22), los cuales disminuyen la utilización de proteínas, aminoácidos, carbohidratos, vitaminas y minerales. La inactivación o la eliminación de éstos factores se hace necesaria para incrementar su calidad y potencialidad como alimentos funcionales. Afortunadamente, los tratamientos térmicos usuales a los cuales que son sometidas las leguminosas para ablandar su textura y poder así ser consumidas, también eliminan o disminuyen los factores antinutricionales e incrementan su valor nutricional, digestibilidad de proteínas y de almidones (17,23).

Métodos menos convencionales como la germinación o fermentación de las semillas de leguminosas, practicada desde tiempos muy antiguos en países orientales, son procesos que han demostrado su capacidad de reducir los factores antinutricionales y aumentar los niveles fitoquímicos presente en las leguminosas (24,25).

Leguminosas germinadas

La germinación es un tratamiento sencillo y económico, que da como resultado un producto natural, permite eliminar o inactivar ciertos factores antinutricionales y aumenta la digestibilidad de proteínas y almidones en leguminosas. De esa manera, la germinación de leguminosas puede mejorar sus propiedades de alimentos funcionales. Se ha demostrado que el uso de un solo tipo de tratamiento no es suficiente para lograr la inactivación o remoción completa de los factores antinutricionales en leguminosas (25) por lo que se recomienda el empleo de 2 ó más-métodos, por ejemplo germinación y cocción (25,26) previo remojo (27).

Durante la germinación se producen diferentes cambios en la distribución de metabolitos secundarios, movilización de las proteínas de reserva que están almacenadas en los cuerpos proteicos de los cotiledones y cambios en la composición de aminoácidos soluble (24). El tiempo y las condiciones de la germinación tales como luz y temperatura son factores determinantes en el desarrollo del olor y sabor en las semillas germinadas (28) y en el contenido de humedad de la semilla germinada. A su vez, la humedad determina cambios físicos y químicos tales como la composición de los carbohidrato s solubles (29), cantidad de fitatos y alcaloides (21,25) y niveles de vitamina C (21,30), cambios estos que modifican el valor nutritivo y por consiguiente el carácter de alimento funcional de las leguminosas.

Según Vidal- Valverde y col. (25) la germinación de dos variables de lentejas (Lens culinaris var. vulgaris y Lens culinaris var. Variabilis) causa un aumento en el contenido de taninos (de 152% y 162%, respectivamente) y de catequina (200%, en ambas variedades de leguminosas). Sin embargo, la relación taninos/catequinas es menor en las semillas germinadas (en ambas variedades de leguminosas), lo cual se puede explicar por menor condensación de los compuestos fenólicos debido al proceso germinativo, y como consecuencia de esos cambios se observó un incremento en la calidad proteica de las dos variedades de Lens culinaris estudiadas.

Las leguminosas contienen inhibidores de enzimas digestivas, lo cual implica una menor disponibilidad de los aminoácidos y un ditrimento en el valor nutricional en las semillas crudas o sin procesamiento térmico apropiado. Se han realizado estudios para determinar el efecto de los tiempos de germinación sobre estos inhibidores de tripsina, un tipo de inhibidor que puede resistir a ciertos tratamientos térmicos. Se han determinado reducciones de hasta un 63%, pero lo que si es concluyente es que depende del tiempo de germinación y de la leguminosa (Tabla 1). Vidal- Valverde y col. (25) determinaron una reducción en la actividad de los inhibidores de tripsina de 23% y 28% después de 6 días de germinación de dos variedades de Lens culinaris con respecto a las semillas no germinadas. La actividad de los inhibidores de tripsina en Phaseolus vulgaris y en Glycine max se redujo un 20% y 25%, respectivamente después de 2 días de germinación (31). La actividad remanente de los inhibidores de tripsina en las semillas germinadas puede ser reducida hasta en su totalidad usando como método complementario la cocción (21,26,32).

TABLA 1

Reducción de los inhibidores de tripsina (IT) en función del tiempo de germinación

Muestra	Reducción IT* (%)	Tiempo de germinación (días)	Referencia
Glicene max Phaseolus vulgaris Phaseolus vulgari L Phaseolus vulgari L Phaseolus vulgari Lens culinaris var. vulgaris Lens culinaris var. variabilis Cajanus cajan	26 20 12 63 26 23 28 41	2 2 2 5 5 6 6 5	31 31 24 24 32 25 25 32

*expresado en base seca

 

Generalmente se considera que las proteínas de leguminosas son de menor calidad que las proteínas de origen animal debido a deficiencia de aminoácidos azufrados. Para su mejor aprovechamiento, las leguminosas deben ser complementadas con otras fuentes de aminoácidos esenciales (33). Sin embargo, esta deficiencia puede no ser del todo negativa, ese bajo nivel de aminoácidos azufrados de las leguminosas parece ser una ventaja desde el punto de vista le retención de calcio (10), pues durante el metabolismo de dichos aminoácidos se producen iones hidrógenos, los cuales inducen la desmineralización de los huesos y una mayor excreción de calcio en la orina.

Se ha determinado que la cantidad de aminoácidos solubles cambia durante la germinación y también ocurre una movilización de las proteínas de almacenamiento en las leguminosas. Sathe y col (24) observaron que la germinación por 5 días aumentó la cantidad de aminoácidos solubles de Phaseolus vulgaris en más de 3 veces con respecto al control (semilla no germinadas). Después de 6 días de germinación se observó un incremento en la cantidad de todos los aminoácidos en Lens culinaris, pero en particular con el aminoácido asparagina, cuyo aumento fue de 23 veces más con respecto al control (34), mientras que en Phaseolus vulgaris el contenido de asparagina se duplicó con respecto al control.

Los carbohidratos también son compuestos que han recibido especial atención para el desarrollo de alimentos funcionales debido a su potencialidad de reducir la incidencia de ciertas enfermedades (35). La inulina, los oligosacáridos, el almidón resistente a la polidextrosa son carbohidratos de baja digestibilidad que se están usando hoy en día para la formulación de alimentos funcionales debido a sus propiedades físico-químicas, y en particular debido a la cantidad y tipo de fibra dietética (10) y capacidad bifidogénica (36). Sin embargo, los oligosacáridos son los responsables de causar flatulencia en seres humanos debido a la ausencia de a -galactosidasa en el tracto digestivo humano (37), limitando así la aceptabilidad y el consumo de las leguminosas (Tabla 2). Entre. los oligosacáridos que contribuyen a la flatulencia están los a-galactósidos (19,20). Otra ventaja atribuida a la germinación es su efecto reductor sobre otros compuestos (24). Después de 3 días de germinación, la composición de carbohidratos solubles cambió en Pisum sativum debido a la acción de a-galactosidasa (29). La concentración de glucosa y fructosa en Lens culinaris y Phsaseolus vulgaris aumentó luego de 6 días de germinación y los a -galactósidos fueron removidos (34). Se ha observado que los cambios en carbohidratos están asociados a la especie evaluada (31).

TABLA 2

Cambios en el contenido de glucosa y estaquiosa de leguminosas en función del tiempo de germinación o de fermentación

Muestra	Glucosa (% aumento)	Estaquiosa (% reducción)	Tiempo germinación (días)	Tiempo fermentación (horas)	Referencia
Glicine max P. vulgaria Lenes culinaris P. vulgaris Lens culinaris Var vulgaris Vigna unguiculata	0 0 87 0   40 -	65 78 100 100   52 6	2 2 6 6   - -	- - - -   24 24	31 31 34 34   44 45

Expresado en base seca

Como se mencionó anteriormente, las isoflavonas se encuentran en las semillas de soya (Glycine max) y de frijol negro (Phaseolus vulgaris), principalmente. A pesar de su relativa estabilidad entre el calor, presencia de oxígeno y moderada acidez (9), es sensible a la cocción. La germinación puede mejore los niveles de fitoquímicos (17), aumentando así la potencialidad de las leguminosas como alimentos funcionales.

El proceso de germinación provoca cambios sensoriales en la semilla de leguminosas que han sido calificados por los consumidores como aceptable (30), se reduce el olor a grano, lo cual aumenta su aceptabilidad. No se debe perder de vista que la germinación origina un nuevo producto que va a tener características sensoriales diferentes a los granos de leguminosas tradicionalmente procesados por cocción y así debe promocionarse. En los estudios realizados siempre debe evaluarse la aceptabilidad de las semillas germinadas por el publico consumidor.

Leguminosa fermentada

La fermentación es un proceso económico y sencillo que causa cambios químicos y modifica la funcionalidad de los alimentos (38,39). Es la acción de microorganismos y/o enzimas que genera los cambios en dicho proceso y como consecuencia se mejora el valor nutricional, se disminuyen o eliminan factores antinutricionales, se aumenta la vida útil de las leguminosas, y se modifican las propiedades sensoriales, lo cual a veces se traduce en una mejor aceptabilidad por el público consumidor. Los cambios ocurridos en las semillas fermentadas dependerán de las condiciones de la fermentación de la especie evaluada (40,41 ).

Los fitatos son unos de los factores antinutricionales cuyo contenido disminuye durante la fermentación, y es dependiente de las condiciones de la fermentación. En semillas de Phaseolus mungo fermentadas por 12 h y a 25°C los fitatos se redujeron en un 18%, pero se incrementó hasta un 43% cuando las semillas fueron fermentadas por 18 h a 35°C. Adeyeye y col. (41) determinaron una reducción en el contenido de fitatos en Parkia filicoidea (una leguminosa africana) consumida en Nigeria en platos preparados con semillas fermentadas. Se sabe que durante la fermentación la enzima fitasa proveniente de los microorganismos y la propia de la semilla se activa y reduce los fitatos. La actividad óptima de dicha la fitasa varia entre 35°C y 45°C, lo que explica la mayor reducción de fitatos a 35°C (38). Los fitatos tienen la habilidad de quelar minerales tales como el zinc, calcio y fósforo, diminuyendo su biodisponibilidad lo cual trae como consecuencia el desarrollo de algunas enfermedades asociadas a deficiencias nutricionales asociadas a minerales (42).

En relación al efecto de la fermentación sobre el contenido de polifenoles es aún contradictorio, sin embargo, varios estudios coinciden en una disminución que ha alcanzado hasta un 52% en semillas fermentadas (durante 18 h a 35°C) de Phaseolus mungo. Ello se atribuye a la acción de la polifenol- oxidasa endógena o de los microorganismo que actúan en el proceso de fermentación.

El contenido y la digestibilidad de proteínas de leguminosas también se afecta por la acción proteolítica de las enzimas proveniente de la semilla y de los microorganismos. Como resultado de la acción de las proteasas, las proteínas son hidrolizadas a péptidos y aminoácidos libres, aumentando así su digestibilidad (38). Este aumento en la digestibilidad de las proteínas puede estar también relacionado con la disminución en el contenido de taniinos, de fitatos y de los inhibidores de tripsina que se han observado como efecto de la fermentación (Tabla 3).

TABLA 3

Comparación del puntaje sensorial de semillas de soya germinadas y no germinadas

Características	No germinadas	Germinada
Olor Sabor Aceptabilidad	3,74 6,61 5,95	4,96 7,02 6,59

Escala de 9 puntos (9: excelente, 1: muy pobre) (31)

Varios estudios (37,42-45) muestran un incremento en los monosacáridos y disacáridos en leguminosas fermentadas (39) y una reducción del contenido de oligosacáridos (Tabla 4) los cuales por años se han asociado a la producción de flatulencia de las leguminosas. Pero hoy en día se tienen evidencia que los oligosacáridos no son los únicos compuestos de las leguminosas responsables de la producción de gases en seres humanos. Granito y col. (19) demostraron que también la fibra soluble es un buen substrato para la flora endógena y que la producción de gas es al menos de igual magnitud que la pruducida por los a-galactósidos. La fermentación natural de Phaseolus vulgaris es capaz de eliminar en un 100% la fibra soluble presente (20) y por ende, la producción de flatulencia.

La fermentación de la soya parece afectar la estructura de las isoflavonas (46). Choiu y Cheng (21) determinaron que los contenidos de genisteina y daidzeina aumentaban cuando las semillas de soya eran remojadas en agua durante 4 h y que a su vez, el contenido de genistin y daidzin (isoflavonas glicosidadas) disminuía. El mismo comportamiento fue observado cuando las semillas fueron cocidas con vapor, inoculadas con Aspergillus orizae e incubadas a 28°C por 3 días. Estos resultados permitieron concluir que enzimas d tipo b-glucosidasas provenientes tanto de las semillas de soya como de Aspergi//us orizae hidrolizan las isoflavonas glicosidadas produciendo genisteína y daidzeína. Esaki y col (13) determinaron un aumento en la capacidad antioxidante de semillas de soya fermentadas con diferentes cepas de Aspergil/us, lo cual mejora su carácter de alimento funcional. Las isoflavonas son alguno de los compuestos asociados a la capacidad antioxidante de las semillas.

TABLA 4

Efecto de la fermentación en el contenido de a-galactósidos, taninos e inhidores de tripsina

	Granos crudos	Harina de granos fermentados (1:4)a	Harina de granos fermentados (1:6)a
a-galactósidos (%b.s) Taninos (mg/100 g b.s.) Inhibidores de tripsina (UIT/mg b.s.)	3,63±0,06b   63,18±0,44d   10,30±0,95f	0,02±0,00c   24,92±0,30e   4,30±0,12g	0,01±0,00c   40,48±0,11d   3,14±0,17h

b.s: base seca

a: Relación harina: agua

Letras iguales en la misma columna indican no diferencia significativa (p≤0,05)

Tomando de Granito y col. (45)

La relación entre la dieta y la prevención de ciertas enfermedades ha aumentado durante los últimos años, localizándose en las actividades biológicas que ejercen los fitoquímicos, sin embargo, aun se requiere mucho estudio para determinar exactamente la relación entre el proceso fermentativo y los cambios que se sucedores inzimáticosden en los componentes de las semillas de leguminosas que determinan su interés como alimento funcional.

CONCLUSIONES

Tanto la fermentación como la germinación son procedimientos sencillos y económicos que inducen cambio favorables en las leguminosas tales copto la reducción de la actividad de inhibidores enzimáticos, del contenido de fitato y taninos, y el aumento en la digestibilidad de proteínas en el contenido de isoflavonas, los principales fitoquímicos d las leguminosas. Es importante tener siempre presente que la aplicación de estos procesos genera la obtención de productos con características sensoriales diferentes a lo tradicionales obtenidos por los tratamientos térmicos, ello implica que se debe también conducir estudios de aceptabilidad den cada caso. Es importante investigar los efectos del procesamiento de las leguminosas sobre el contenido de isoflavonas y su interacción con otros componentes de la dieta y lo cual potenciaría su acción como alimento funcional o como ingrediente de nuevos productos con esas características.

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