Contenido de carbohidratos en variedades autóctonas de Phaseolus vulgaris cultivadas en Venezuela

Carbohydrate content in autochthonous varieties of Phaseolus vulgaris grown in Venezuela

M. Granito¹, J. Guinand¹, S. Pérez, D. Pérez² y M. Morros²

1Universidad Simón Bolívar, Valle de Sartenejas, Baruta - Apartado Postal Nº 89.000 Caracas 108-A Venezuela

²Instituto Nacional de Investigaciones Agrícolas, Av. Universidad Núcleo Universitario Edificio 09. Apartado Postal Nº 4653 Maracay Aragua 2101 A. Venezuela

Autor de correspondencia e-mail: mgranito@usb.ve

Resumen

P. vulgaris, comúnmente conocida en Venezuela como caraota, es la leguminosa de mayor consumo en todos los estratos sociales, porque forma parte de los hábitos alimenticios de la población. Su alto potencial nutricional, así como su fácil acceso la convierten en un alimento potencialmente estratégico para el logro de la seguridad alimentaria del venezolano. El objetivo de este trabajo fue estudiar el contenido de carbohidratos presentes en variedades autóctonas de P. vulgaris cultivadas por agricultores en los estados Lara, Apure, Bolívar y Sucre, a los fines de contribuir con la identificación y caracterización de las variedades cultivadas en Venezuela. Nueve variedades crudas fueron analizadas en cuanto a los contenidos de almidón total, almidón disponible, almidón resistente, fibra dietética total, soluble e insoluble, estaquiosa y rafinosa. Se encontraron contenidos promedios de 43,9% para los almidones totales, 39% para el almidón disponible, 25,5% para el almidón resistente, 26,9% para la fibra dietética total, siendo 24,4% fibra insoluble y 2,4% fibra soluble, 2,3% para la rafinosa y 8% para la estaquiosa. Con base en los resultados encontrados se puede concluir que las variedades autóctonas de Phaseolus vulgaris analizadas son una importante fuente de energía y compuestos bioactivos. La variedad Poncha (F) cultivada en el estado Lara presentó, por un lado los mayores contenidos de almidón total y de fibra insoluble y por otro, la menor concentración de fibra soluble y a-galactósidos, por lo que podría representar una excelente opción para proporcionar energía a la población, previniendo la constipación sin producir flatulencia.

Palabras clave: Phaseolus vulgaris, carbohidratos, almidones, fibra.

Abstract

P. vulgaris, commonly known in Venezuela as black bean, is the legume of highest consumption among all social strata, because takes part of the dietary habits of the population. Its high nutritional potential, as well as easy access makes it a potentially strategic foodstuff for the achievement of the food self-sufficiency of the Venezuelan people. The objective of this work was to evaluate the carbohydrates content present in autochthonous varieties of P. vulgaris cultivated by growers in different geographical areas of the country, aiming to contribute to the identification and characterization of P. vulgaris varieties grown in Venezuela. Nine raw varieties were analyzed respect to their contents of total, available and resistant starch, total dietary fiber, soluble and insoluble, stachyose and raffinose. Mean contents of 43.9% for total starch, 39% for available starch, 25.5% for resistant starch, 26.9% for total dietary fiber, being 24.4% insoluble fiber and 2.4% soluble fiber, 2.3% for raffinose and 8% for stachyose were found. Based on the results found, it can be concluded that Phaseolus vulgaris represents an important source of energy and of bioactive compounds. The Poncha variety (F) grown in Lara state had the highest total starch content and insoluble fiber and the lowest concentration of soluble fiber and a-galactosides and could therefore represent an excellent option for providing energy to the population, preventing constipation without cause flatulence.

Key words: Phaseolus vulgaris, carbohydrates, starches, fiber.

Recibido el 3-4-2008 Aceptado el 1-19-2008

Introducción

Phaseolus vulgaris, conocida en Venezuela bajo el nombre común de caraota, constituye un alimento esencial en la dieta del venezolano. Es uno de los componentes del "pabellón criollo" plato típico del país, por lo que su consumo se encuentra profundamente arraigado en las costumbres de la población (Lovera 1988).

En Venezuela las caraotas han sido un cultivo tradicional en los estados Aragua, Carabobo, Guárico y Anzoátegui, sin embargo, en los últimos años y producto de las tendencias mundiales de la agricultura moderna, se ha observado una disminución de la biodiversidad natural, al ser reemplazadas las variedades autóctonas que tradicionalmente han cultivado los agricultores, por un pequeño número de plantas, que en algunos casos no están adaptadas a las condiciones climáticas imperantes en el país o son más susceptibles al ataque de enfermedades (Queiroz-Monici et al., 2005). Esto, aunado a una baja producción ha originado que en la actualidad el 86,3% de la caraota para consumo sea importada, por lo que numerosas instituciones unen esfuerzos en el estudio de variedades autóctonas a fin de estimular la siembra y evitar la disminución del consumo de este alimento (Placencio y Mora-Nuñes 2002).

El consumo de P. vulgaris no sólo es importante porque forma parte de los hábitos alimenticios de los venezolanos y de muchas poblaciones latinoamericanas, sino por sus aportes nutricionales. Es un alimento bajo en grasa (2%) y rico en proteínas (20%-30%), cuya calidad complementa la de los cereales. Es fuente además de vitaminas, minerales y de carbohidratos de bajo índice glicémico. Las caraotas también son una excelente fuente de fibra dietética y almidones resistentes (Granito et al., 2002).

En general, la fracción de carbohidratos de las caraotas, la cual representa entre el 50% y 60% del peso del grano (Martin-Cabrejas et al., 2008), puede ser dividida en tres grupos de compuestos: un primer grupo conformado por los almidones que representan entre el 35 y 45% en peso, un segundo grupo integrado por los mono y disacáridos, donde predomina la sacarosa con un 5% en peso y un tercer grupo conformado por los oligosacáridos de bajo peso molecular y los carbohidratos no digeribles que forman parte de la pared celular. Específicamente, este último grupo incluye dentro de los oligosacáridos de bajo peso molecular, la rafinosa (0,3%), la estaquiosa (4,1%) y la verbascosa (0,1%) (Hedley 2001), además de la celulosa, lignina, pectina, galactosa, arabinosa, mucosa y xilosa, que de acuerdo a algunos autores deben agruparse bajo el concepto de "fibra dietética" o de "carbohidratos no digeribles" (Prosky et al., 1992).

Respecto a los carbohidratos no disponibles, al carecer el sistema digestivo humano de a-galactosidasa, estos pasan al intestino grueso sin ser digeridos y son fermentados por los microorganismos allí presentes (Kozlowska et al., 2001). Dependiendo de su composición química y de la flora presente en el intestino grueso los componentes de la fibra dietética y del almidón resistente son selectivamente fermentados, con la consiguiente formación de metano, hidrógeno y ácidos grasos de cadena corta (Granito et al., 2001). Los ácidos grasos de cadena corta contribuyen con el incremento de la biomasa en el intestino, al representar una forma de energía tanto para los colonocitos, como para la microflora (Topping y Clifton 2001). Adicionalmente, el lactato producido durante la fermentación colónica cumple roles importantes en el desarrollo de la membrana mucosa colonica y en la proliferación epitelial (Queiroz-Monici et al., 2005).

De acuerdo a Queiroz-Monici et al. (2005) los componentes fermentables de la fibra dietética y el almidón resistente pueden considerarse compuestos funcionales, particularmente bifidogénicos, porque son sustancias alimenticias no digeridas por las enzimas gastrointestinales que afectan beneficiosamente el hospedador, estimulando selectivamente el crecimiento y/o actividad de un número limitado de bacterias colónicas que a su vez son capaces de alterar beneficiosamente la dinámica intestinal (Cummings et al., 2001). Así, la dieta puede modificar la composición de la microbiota, afectando la población bacteriana total y el género de la especie predominante. Una dieta rica en carbohidratos no disponibles fermentables, favorece el desarrollo de especies microbianas benéficas en detrimento de los patógenos (Fooks et al., 1999). De acuerdo con numerosas investigaciones, los metabolitos provenientes de la fermentación de carbohidratos complejos producen efectos benéficos en la salud pues, ellos ejercen un efecto protector ante el cáncer de colon o cáncer rectal, reducen las enfermedades infecciosas intestinales inhibiendo la flora putrefactiva y patogénica (Clostridium perfringens, Escherichia coli, Salmonella), incrementan la biodisponibilidad de calcio, ayudan en el descenso de la hipocolesterolemia, hiperlipoproteinemia e hiperglicemia y estimulan el sistema inmune (Jenkins 1999).

Adicionalmente, estos carbohidratos no disponibles han sido relacionados con un efecto protector ante enfermedades cardiovasculares, diabetes, obesidad y enfermedades diverticulares (Kutos, et al., 2003).

Tovar, et al. (1992) y Vargas-Torres, et al., (2004) han señalado que el almidón resistente de las leguminosas, reduce la respuesta glicémica e insulinémica post-pandriales, en mayor medida que el almidón presente en cereales y tubérculos.

El hecho que los carbohidratos conformen la principal proporción de la semilla evidencia su importancia cuando se pretende estudiar la composición de las distintas variedades de esta especie, así como su uso potencial como fuente de nutrientes y de compuestos funcionales.

Considerando el valor nutricional y cultural de las caraotas el objetivo de este trabajo fue el estudio de la composición de carbohidratos complejos y carbohidratos no digeribles de nueve variedades autóctonas de esta especie, recolectadas a nivel de productor en diferentes puntos de la geografía venezolana.

Materiales y métodos

Muestras: Se analizaron nueve variedades de Phaseolus vulgaris (NAG-Sanare, NAG-75, MGM-0802010, MDG-01-99-014, AB-02-01-010, MEM-01-00-028, MEM-03-02-002, MEM-01-00-006, MEM-03-01-013) recolectadas por los agricultores en los Estados Apure, Bolívar, Lara y Sucre. Adicionalmente, se analizó un material introducido proveniente del Centro Internacional de Agronomía Tropical (CIAT) de Colombia el cual fue suministrado por el Instituto Nacional de Investigaciones Agronómicas (INIA-Maracay).

Preparación de las muestras: Una vez en el laboratorio, el muestreo de cada una de las variedades se realizó siguiendo la metodología expuesta en la Norma Covenin N° 0612-82 (COVENIN 1982). Las muestras crudas se molieron en un molino Marca Analizar, Modelo MC-II; posteriormente, se cernieron utilizando un tamiz de 40 mesh para los análisis de almidón total, almidón disponible y fibra dietética y de 80 mesh para almidón resistente, estaquiosa y rafinosa.

Métodos analíticos: Almidón total y disponible: se realizaron empleando el método de Hola et al. (1986), modificado por Tovar et al. (1990).

Almidón resistente: se cuantificó utilizando el método de Champ et al. (1995).

Fibra Insoluble y Soluble: se utilizó para su cuantificación el método de Prosky et al. (1992).

Estaquiosa y Rafinosa: se cuantificaron por HPLC empleando el método de Frías, et al. (1994).

Análisis estadísticos: Todos los resultados fueron expresados en base seca como la media de tres determinaciones y su desviación estándar. Se aplicó ANOVA y Test de Duncan a toda la data utilizando el programa Statgraphic Statistical Graphics 4.0 para Windows.

Resultados y discusión

En el cuadro 1 se muestra el origen geográfico de las nueve variedades analizadas. Como se puede observar cinco variedades procedían del estado Lara y las tres restantes de los estados Apure, Bolívar y Sucre, respectivamente. La variedad NAG-75 proveniente del CIAT de Colombia fue introducida en Venezuela en los años 1995-1996 (Morros et al., 1996) y al ser considerada una variedad promisoria, se trató de adaptar a los suelos venezolanos cultivándola en el estado Lara, resultando la variedad NAG-Sanare, la cual también se analizó en este trabajo.

Cuadro 1. Origen geográfico de las variedades de Phaseolus vulgaris analizadas.

El contenido de almidón total de las variedades crudas analizadas se presenta en el cuadro 2. Se puede observar que dicho contenido osciló entre 41% y 47%, siendo la variedad F la que presentó el mayor contenido de almidón total.

Cuadro 2. Contenido de almidón total, disponible y resistente en variedades crudas de P. vulgaris.

Letras diferentes en una misma columna representan diferencias estadísticamente significativas (P<0,05)

Respecto al almidón disponible, no se encontraron diferencias significativas (P>0,05), entre las muestras A, C, D, E y G, ni entre las muestras B y F, por lo que en general se podría inferir una baja variabilidad en el contenido de almidón disponible entre muestras.

Para el almidón resistente, los valores encontrados se situaron entre 21,03% para la variedad I y 27,91% para la variedad C. Al igual que para el contenido de almidón total, no se encontraron diferencias significativas (P>0,05) entre las variedades A, E, F y H en lo que al contenido de almidón resistente se refiere. De las muestras anteriores, la identificada como H no fue cultivada en el estado Lara por lo que con base en la data obtenida, no pareciera ser posible establecer una relación entre los contenidos de almidón total y resistente y la zona de cultivo. Es un hecho reconocido por diversos autores que las diferencias observadas entre las variedades estudiadas podrían deberse al efecto de diferentes factores como suelo, clima, época de recolección y variedad botánica (Rehman et al., 2001).

Los resultados encontrados son similares a los reportados por diversos autores. Pujolá, et al. (2006), reportaron contenidos de almidón total de 47,4% y resistente de 24,2% en distintas variedades de P. vulgaris. Por su parte Granito et al. (2002) al analizar la variedad venezolana de color claro Victoria de P. vulgaris, reportaron resultados similares para el almidón total (40,5 %) e inferiores para el almidón resistente (11,6%). Asimismo, Tovar, et al. (1992) determinaron el contenido de almidón total (39,3%) y resistente (1,9%) en Phaseolus vulgaris L cv Tacarigua una variedad negra venezolana de caraota.

Las diferencias reportadas por estos autores respecto al almidón resistente, podrían fundamentarse en lo señalado por Kumasi, et al. (2007), según lo cual el contenido de almidón resistente depende de la proporción amilosa/amilopectina, característica del almidón nativo, y de los ciclos de calentamiento y enfriamiento a los que se somete el almidón resistente, los cuales originan amilosa retrogradada, que se identifica como almidón resistente tipo 3 (AR3). Al comparar los contenidos de almidones resistentes de las variedades crudas analizadas, se podrían atribuir estas diferencias a características físicas y químicas del almidón nativo, las cuales podrían deberse a producto de la variabilidad genética y ambiental de las muestras.

En el cuadro 3 se presentan los contenidos de fibra dietética cuantificados en las variedades analizadas. En general, se encontró una alta variabilidad en el contenido de fibra total (21,81% y 30,41%) e insoluble (18,37% y 28,49%). De igual manera la fibra soluble varió entre 1,45% y 3,44%, siendo el promedio de 2,4%. La variedad A mostró el menor valor (1,45%) de fibra soluble mientras que la variedad E el valor más alto (3,44%). Las variedades B, H e I no presentaron diferencias estadísticamente significativas entre ellas, al igual que las variedades C, D y G.

Cuadro 3. Contenido de fibra dietética de variedades Phaseolus vulgaris cruda.

 Letras diferentes en una misma columna representan diferencias estadísticamente significativas (P<0,05)

Costa, et al. (2006) reportaron valores promedio para la fibra insoluble de 19,9% y de 2,4% para fibra soluble de variedades de P. vulgaris. Asimismo, Granito et al. (2002) reportaron valores promedio para la fibra insoluble y soluble de P. vulgaris de 28,5% y 3,26%, respectivamente. Ambos estudios concuerdan con los valores obtenidos en esta investigación.

En el cuadro 4 se presentan los contenidos de los oligosacáridos rafinosa y estaquiosa. El valor promedio para rafinosa fue de 2,26%. La variedad I presentó el valor mas bajo de 0,90% mientras que la variedad H presentó el valor más alto de 3,71%. En relación al contenido de estaquiosa, se encontraron contenidos entre 4,31 y 10,22%, hallándose diferencias significativas para ambos oligosacáridos entre todas las variedades. Sin embargo, es de destacar los altos contenidos de estaquiosa cuantificados en las variedades A, B y E. Si se considera que los oligosacáridos estaquiosa y rafinosa junto a la fibra soluble, son los principales componentes productores de flatulencia en P. vulgaris (Granito et al., 2001) se podría inferir un alto potencial para producir flatulencia en estas variedades.

Cuadro 4. Contenido de a-galactósidos de P. vulgaris.

Letras diferentes en una misma columna representan diferencias estadísticamente significativas (P<0,05).

Trugo et al. (1988) reportaron una estrecha relación entre la composición de carbohidratos de diferentes leguminosas y los factores ambientales. De acuerdo a este estudio, las condiciones de suelo y clima pueden determinar la composición de algunos carbohidratos, particularmente los a-galactósidos. El contenido de sacarosa y verbascosa parecieran estar genéticamente determinados, mientras que el contenido de rafinosa y estaquiosa dependen de las condiciones ambientales. Diferentes autores (Burbano et al., 1999; Gulewicz et al., 2000, Martinez-Villaluenga et al., 2005) han reportado que el contenido individual de cada a-galactósido depende no sólo del tipo de leguminosa y de su genotipo, sino de las condiciones de cultivo.

Sin embargo, Nikolopoulou et al. (2007) encontraron que el contenido total de oligosacáridos en Pisum sativum es afectado únicamente por los cambios de clima y el área de cultivo, pero no por las características del suelo. En este estudio Nikolopoulou et al. (2007) encontraron que las características del área de cultivo, así como el año de cultivo afectan la composición de nutrientes y antinutrientes de Pisum sativum. Reportaron que la interacción entre la localización del cultivo y el año de cultivo afectan significativamente la mayoría de los constituyentes de Pisum sativum concluyendo que la calidad nutricional de los granos de Pisum sativum esta influenciada por las condiciones abióticas ambientales. No obstante es importante destacar que en este estudio no se puede hacer inferencias respecto al efecto del clima sobre la composición de carbohidratos de P. vulgaris, puesto que se desconocen las condiciones de cultivo de las variedades estudiadas.

Conclusiones

Las variedades autóctonas de P. vulgaris analizadas constituyen una fuente importante de carbohidratos complejos y de compuestos bioactivos como la fibra soluble, almidón resistente y a-galactósidos. La variedad (F) Poncha cultivada en el estado Lara presentó por un lado los mayores contenidos de almidón total y de fibra insoluble y por otro, la menor concentración de fibra soluble y a-galactósidos, por lo que podría representar una excelente opción para proporcionar energía a la población, previniendo la constipación, sin producir flatulencia.

Agradecimientos

Esta investigación ha sido posible gracias al financiamiento del Fondo Nacional para la Investigación y la Tecnología (FONACIT) proyecto S1-2001856 y del Banco Interamericano de Desarrollo (BID), Sub Proyecto BID-FONACIT 26110.

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