Antonio J. Meléndez-Martínez, Isabel M. Vicario, Francisco J. Heredia

Area de Nutrición y Bromatología. Facultad de Farmacia. Universidad de Sevilla. España

RESUMEN. Los pigmentos carotenoides son compuestos responsables de la coloración de gran número de alimentos vegetales y animales, como zanahorias, zumo de naranja, tomates, salmón y yema del huevo. Desde hace muchos años, se sabe que algunos de estos compuestos, como a  y b-caroteno, así como la b-criptoxantina, son provitaminas A. No obstante, estudios recientes han puesto de manifiesto las propiedades antioxidantes de estos pigmentos, así como su eficacia en la prevención de ciertas enfermedades del ser humano, como la aterosclerosis o incluso el cáncer. Todo ello ha hecho que desde un punto de vista nutricional, el interés por estos pigmentos se haya incrementado notoriamente.

Palabras clave: Antioxidantes, carotenoides, provitamina A.

SUMMARY. Nutritional importance of carotenoid pigments. Carotenoids are responsible for the colour of a great number of both vegetable and animal foods, such as carrots, orange juice, tomato, salmon and egg yolk. It has been known for many years that some of these compounds, such as a and b -carotene, as well as b -cryptoxanthin, are provitamins A. However, recent studies have shown the antioxidant properties of these compounds and their efficiency in the prevention of certain human diseases, such as atherosclerosis or cancer. Because of all this, the interest in these compounds has increased substantially from a nutritional point of view.

Key words: Antioxidants, carotenoids, provitamin A.

  Recibido: 14-08-2003 Aceptado: 14-05-2004

INTRODUCCION

La principal función de los pigmentos carotenoides, tanto en vegetales como en bacterias, es captar energía luminosa, energía que es luego transferida a las clorofilas para ser transformada durante la fotosíntesis.

Debido a la presencia en su molécula de un cromóforo consistente total o principalmente en una cadena de dobles enlaces conjugados (Figura 1) proporcionan a frutos y verduras colores amarillos, anaranjados y rojizos. Están presentes en todos los tejidos fotosintéticos, junto con las clorofilas, así como en tejidos vegetales no fotosintéticos, como componentes de cromoplastos, que pueden ser considerados como cloroplastos degenerados. Los carotenoides siempre acompañan a la clorofila en una relación de tres a cuatro partes de clorofila por una parte de carotenoide. Estos pigmentos se encuentran en frutas y vegetales amarillos y en los cloroplastos de tejidos verdes, donde están enmascarados por la clorofila hasta que el tejido envejece. El contenido en carotenoides de las frutas aumenta durante la maduración, si bien parte de la intensificación del color se debe a la pérdida de clorofila.

FIGURA 1

Estructuras químicas de a -b -g -caroteno, b -criptoxantina, licopeno, luteina y zeaxantina

Hasta hace pocos años, gran parte de la importancia nutricional de estos pigmentos ha radicado en el hecho de que algunos de ellos poseían actividad provitamínica A, si bien recientemente se ha puesto de manifiesto que la relevancia de estos compuestos va más allá, al haberse demostrado que juegan un papel importante en la prevención de diversas enfermedades degenerativas humanas.

Distribución de carotenoides en los alimentos

Los pigmentos carotenoides están ampliamente distribuidos entre los seres vivos (Tabla 1). Es en los vegetales donde se encuentran en mayor concentración y variedad, aunque también se encuentran en bacterias, algas y hongos, así como en animales, si bien éstos no pueden sintetizarlos. Se estima que en la naturaleza se producen anualmente más de 100.000.000 de toneladas de carotenoides . La mayor parte de esta cantidad se encuentra en forma de fucoxantina (en diversas algas) y en los tres principales carotenoides de las hojas verdes: luteína, violaxantina y neoxantina. En algunas especies, como Lactuca sativa, la lactucaxantina es un pigmento mayoritario .

TABLA 1

Distribución de carotenoides en diversos alimentos

La distribución de carotenoides entre los distintos grupos de plantas no presenta un patrón único. En verduras, el contenido en carotenoides sigue el modelo general de los cloroplastos de todas las plantas superiores, siendo generalmente luteína, b -caroteno, violaxantina y neoxantina, en este orden, los mayoritarios . En pequeñas cantidades se encuentran zeaxantina, b -caroteno, b -criptoxantina y anteraxantina. En frutos, las xantofilas suelen encontrarse en mayor proporción, aunque en algunos casos, los pigmentos mayoritarios son carotenos, como es el caso del licopeno del tomate. A veces, en ciertos frutos ocurre que algún carotenoide, además de ser mayoritario, se limita a una sola especie de plantas. Capsantina y capsorrubina se encuentran casi exclusivamente en frutos del género Capsicum y son los principales pigmentos que dan color al pimiento rojo . Hay que tener en cuenta que el patrón de carotenoides en un mismo fruto varía en función de factores como la variedad y las condiciones climáticas, entre otros .

En los animales, los carotenoides son incorporados a través de la dieta y se almacenan en el tejido adiposo sin transformarse. La yema del huevo debe su color a dos xantofilas, luteína y zeaxantina, y a trazas de b-caroteno, mientras que la astaxantina es responsable del color rosado de la carne del salmón . En ocasiones, algunos carotenoides como la astaxantina, se unen a proteínas originando unos compuestos conocidos como carotenoproteínas, lo cual ocurre en algunos crustáceos. Las carotenoproteínas confieren a estos animales colores verdosos o azulados, si bien cuando estos complejos se desnaturalizan durante el cocinado se pone de manifiesto el color rojo del carotenoide .

Importancia de los carotenoides en la dieta

Además de la contribución de los carotenoides al color atractivo de las frutas y verduras, destaca, por su importancia a nivel fisiológico y dietético, la propiedad de algunos de ellos de tener actividad como provitamina A (8,9) .

La vitamina A es esencial para la visión nocturna y necesaria para mantener sanos la piel y los tejidos superficiales. Puede aportarse como tal vitamina, llamada retinol, como algunos análogos menos activos, o como sus precursores, los carotenoides. El retinol es un alcohol cíclico, insaturado, de veinte átomos de carbono, compuesto por un núcleo de b-ionona y una cadena lateral insaturada. En la molécula de retinol (Figura 2) existen cinco dobles enlaces conjugados, incluido el doble enlace del anillo de β-ionona que está conjugado con los de la cadena lateral.

FIGURA 2

Estructura del retinol

No todos los carotenoides son precursores de la vitamina A, por lo que podemos dividirlos en dos grandes grupos: provitamínicos y no provitamínicos. El número de carotenoides precursores de vitamina A oscila entre 50 y 60, destacando los carotenos (a -,b - y g-caroteno) y algunas xantofilas (b -criptoxantina) .

La capacidad de los carotenos para actuar como provitamina A depende de la conversión en retinol por los animales, así como de la presencia de b -ionona. Los carotenos que contienen como mínimo un anillo de b -ionona pueden convertirse en retinol en los animales. De esta forma, el carotenoide más importante al respecto es el b -caroteno, que contiene dos de estos anillos (Figura 1). El a - y el g -caroteno (Figura 1), sin embargo, no pueden convertirse en retinol en los animales con la misma eficacia que el b -caroteno, ya que el anillo e del a -caroteno no puede convertirse en el organismo en g -ionona, y la estructura abierta de la cadena del g -caroteno no puede hacerse cíclica en los animales. Es por ello por lo que el a -caroteno y el g -caroteno se transforman en retinol con la mitad de eficiencia que el b -caroteno. La actividad biológica del anillo de b -ionona en los carotenos cesa por la introducción de un grupo hidroxilo. La b -criptoxantina (Figura 1), con un anillo de b -ionona sustituído por un hidroxilo y el otro intacto, tiene la misma actividad provitamínica A que a - y g -caroteno. La zeaxantina (Figura 1) tiene dos anillos de b -ionona hidroxilados, por lo que no actúa como provitamina A.

En la actualidad el término provitamina A se usa para todos los carotenoides que presentan cualitativamente actividad de b -caroteno. Nutricionalmente el carotenoide provitamínico más importante es el b -caroteno, que se definía hasta hace poco como el que tenía 1/6 de la actividad de retinol. En realidad, resulta bastante difícil hacer una estimación exacta de los equivalentes de retinol, ya que la biodisponibilidad de los carotenoides, provitamínicos o no, depende de una serie de factores, como por ejemplo el tipo de carotenoide, la matriz en la que se encuentran, el procesado del alimento, interacción con otros carotenoides así como con la grasa y la fibra, status nutricional, edad e infección por parásitos . Debido a todo ello, existe una importante controversia en torno a la utilidad de estos equivalentes . No obstante, en la actualidad, el comité que fija los niveles de ingesta de referencia (Dietary Reference Intake Committee) considera que un equivalente de retinol equivale a 12 m g de b -caroteno o a 24 m g de otros carotenoides provitamínicos . La molécula de b -caroteno es, en realidad, una estructura doble de retinol y, teóricamente, su división debería dar lugar a dos moléculas de retinol. La disparidad entre la estructura química y la actividad biológica del b -caroteno se debe, en parte, a la absorción incompleta y, en parte, a la falta de estequiometría de la reacción, debido a la formación de metabolitos oxidados de retinol. En relación con esto cabe decir que, por ejemplo, los carotenoides ingeridos con los alimentos se absorben en menor grado que los carotenoides puros , por lo que los factores de conversión van a depender de la procedencia de los carotenoides. Así, por ejemplo, se considera que 2 m g de b -caroteno en solución oleosa equivalen a 1 m g de retinol. Además, en estos pigmentos cabe la posibilidad de isomería cis/trans, presentando los isómeros cis menor actividad como provitamina A que las formas trans. Es, por tanto, muy importante evitar la formación de isómeros cis durante el procesado de alimentos ricos en carotenoides.

Por otra parte, desde hace tiempo se viene postulando que los carotenoides actúan como potenciadores positivos de la respuesta inmune . En este sentido, parece ser que elevadas dosis de b -caroteno aumentan el ratio entre los linfocitos CD4 y CD8, que es muy bajo en enfermos de VIH (16) .

Sin embargo, el hecho de que los carotenoides estén suscitando últimamente un gran interés se debe a una serie de estudios que demuestran su actividad antioxidante . Desde un punto de vista nutricional, se puede definir un antioxidante como aquella sustancia presente en los alimentos que disminuye significantemente los efectos adversos de especies reactivas como las del oxígeno y el nitrógeno, en condiciones fisiológicas normales en humanos (14) .

La actividad antioxidante de estos pigmentos depende de una serie de factores, como su estructura química (tamaño, número de sustituyentes, configuración cis o trans, etc.), su concentración, la presión parcial de oxígeno o su interacción con otros antioxidantes, sobre todo las vitaminas C y E . En un principio estos estudios se llevaron a cabo basándose principalmente en el b -caroteno; el mecanismo de la actividad antioxidante de este compuesto está relacionado con su carácter hidrofóbico y con su capacidad para "retirar" el oxígeno singlete y desactivar radicales libres . Se ha sugerido asimismo que el b -caroteno puede pasar de ser antioxidante a prooxidante en función de la concentración y la presión de oxígeno, entre otros factores . Existen estudios in vitro que apuntan que la actividad antioxidante de este compuesto es mayor que la del a-tocoferol (28,29) . También se ha demostrado que otros carotenoides, como la astaxantina, responsable del color de la carne de salmón, son buenos antioxidantes (30-34). Otros carotenoides con dicha actividad son luteína, zeaxantina, cantaxantina y licopeno. En este punto, cabe comentar que en muchas ocasiones los resultados obtenidos en relación con el estudio de la actividad antioxidante de los carotenoides son poco concisos y en algunos casos contradictorios, debido a la gran variedad de métodos y experimentos diseñados. Así, por ejemplo, algunos ensayos indican que la actividad antioxidante de la astaxantina es superior a la de otros carotenoides (34), mientras que en otros estudios se llega a la conclusión inversa (21).

En un interesante ensayo en el que participaron voluntarios de cinco países, se ha puesto de manifiesto que la suplementación con carotenoides no implica una aumento de la resistencia de las lipoproteínas de baja densidad frente a la oxidación; no obstante, los resultados de dicho ensayo demostraron que el consumo de frutas y verduras ricas en carotenoides sí implicaba un aumento de resistencia frente a los procesos oxidativos. De igual forma se observó que el incremento de los niveles plasmáticos de carotenoides estaba asociado con un menor daño del ADN y una mayor actividad reparadora . De forma previa, se había sugerido que el enriquecimiento de lipoproteínas de baja densidad con b -caroteno y licopeno mejora la defensa frente al oxígeno singlete. Este enriquecimiento de las proteínas de baja densidad se consiguió sometiendo a voluntarios sanos a suplementación con zumo de tomate . En otro estudio reciente, se ha llegado a la conclusión de que tanto los carotenoides del pimentón como el b -caroteno inhiben la peroxidación lipídica in vivo (37) .

Todo esto ha llevado a que se investigue el papel de estos compuestos en la prevención de enfermedades degenerativas como aterosclerosis, cáncer, envejecimiento, cataratas, degeneración macular relacionada con la edad, etc. . El papel protector para las células humanas frente a la radiación ultravioleta de diversos antioxidantes como b -caroteno, a-tocoferol y ácido ascórbico ha sido evaluado, llegándose a la conclusión de que el primero es el más eficiente, probablemente debido a su localización en la membrana celular . Luteína y zeaxantina, dos de los carotenoides mayoritarios en el suero humano, se localizan en cantidades apreciables en la retina, protegiéndola debido a sus propiedades antioxidantes (43) . En cuanto al licopeno, se ha demostrado in vivo que una dieta rica en tomate mantenida durante dos semanas protege a los linfocitos frente al radical dióxido de nitrogeno y al oxígeno singlete (44) . De forma previa se comprobó que era más efectivo que el b -caroteno en la protección celular frente al radical dióxido de nitrógeno . El papel del b -caroteno en la prevención de enfermedades coronarias ha sido objeto de una serie de estudios que proporcionan unos datos a veces contradictorios, por lo que se postula que dicha prevención se debe más al consumo de alimentos ricos en b -caroteno que a dicho pigmento en particular . Por lo que respecta al efecto en el estatus antioxidante de fumadores, se ha comprobado que la suplementación con una combinación de b -caroteno y vitaminas C y E aumenta los niveles plasmáticos de antioxidantes y la actividad de enzimas antioxidantes en fumadores varones con hiperlipemia .

Hay estudios que relacionan la aparición de algunos tipos de cáncer con la carencia de ciertos carotenoides en la dieta, por lo que son considerados compuestos anticancerígenos . Varias investigaciones epidemiológicas han mostrado que el riesgo de padecer cáncer es inversamente proporcional al consumo de vegetales y frutas ricos en carotenoides. Si bien muchos de estos estudios se han centrado en el b -caroteno, otros carotenoides eficaces en la prevención de la enfermedad son b -criptoxantina, zeaxantina, astaxantina e incluso el carotenoide no coloreado fitoeno . En un estudio reciente, se ha demostrado una relación inversa entre el consumo de alimentos ricos en luteína (como espinaca o lechuga) y el cáncer de colon, tanto en hombres como en mujeres . De igual forma se ha demostrado que los carotenoides típicos del pimiento rojo (Capsicum annuum L.) como capsantina y sus ésteres y capsorrubina, entre otros, son efectivos agentes antitumorales . La protección de los pigmentos carotenoides frente al cáncer y a otras enfermedades crónicas podría deberse, además de a sus propiedades antioxidantes, a otros efectos como la inhibición de la proliferación de células, mejora de la diferenciación celular, estimulación de la comunicación intercelular y filtración de la luz azul, entre otros .

Como se observa de lo anteriormente expuesto, en la actualidad son muchos los investigadores que trabajan en las propiedades antioxidantes y antitumorales de estos compuestos, por lo que continuamente se están aportando nuevos datos al respecto y poniéndose de manifiesto estas propiedades en otros carotenoides. Cabe señalar que la mayoría de los estudios sobre la actividad antioxidante de los carotenoides se han llevado a cabo in vitro, aunque en los últimos años el número de ensayor in vivo ha aumentado considerablemente.

Niveles de ingesta y recomendaciones

La actividad provitamínica A de algunos carotenoides, como a -caroteno, b -caroteno y b -criptoxantina, está ampliamente demostrada , como ya se ha comentado con anterioridad , por lo que en las ingestas recomendadas de vitamina A se consideran estos carotenoides provitamínicos. Estas ingestas recomendadas están expresadas como equivalentes de retinol (ER) (1 equivalente de retinol = 1 m g de retinol = 12 m g de b -caroteno = 24 m g de a -caroteno = 24 m g de b -criptoxantina). Se ha estimado que el consumo medio de vitamina A oscila entre los 744 y 811 equivalentes de retinol por día en los hombres y los 530 y 716 equivalentes de retinol por día en las mujeres. Considerando equivalentes de retinol, se estima que aproximadamente un 26% y un 34% de la vitamina A consumida por hombres y mujeres, respectivamente, es proporcionada por los carotenoides provitamínicos .

Por otro lado, las observaciones epidemiológicas parecen indicar que el consumo de alimentos ricos en carotenoides está relacionado con un menor riesgo de padecer enfermedades crónicas. Sin embargo, estas evidencias no son suficientes para establecer requerimientos para estos compuestos, ya que los efectos observados podrían deberse a otros compuestos presentes en alimentos ricos en carotenoides. No obstante se recomienda aumentar el consumo de frutas y vegetales ricos en estos pigmentos(14) .

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