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TESINA ALMIDON RESITENTE

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  • UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLS DE HIDALGO

    ESCUELA DE QUMICO FARMACOBIOLOGA

    ESTRUCTURA, CLASIFICACION Y FUNCION FISIOLOGICA DEL ALMIDON RESISTENTE

    TESINA

    PARA OBTENER EL TTULO PROFESIONAL DE:

    QUMICO FARMACOBILOGO

    PRESENTADA POR:

    MELISSA TAPIA JUAREZ

    DIRIGIDA POR:

    D.C. HCTOR EDUARDO MARTNEZ FLORES

    MORELIA MICH., DICIEMBRE DEL 2005.

  • II

  • UDEDICATORIA

    Con la finalizacin de este proyecto se ha cumplido una meta ms para continuar formndome profesionalmente, es por eso que quiero agradecer a mis padres Rafael Tapia y Elena Jurez, quienes con su apoyo me han sabido educar y formar moralmente, as comparto con ellos y con Dios este logro.

    I

  • UAGRADECIMIENTOS

    A mi asesor de tesina D.C. Hctor Eduardo Martnez Flores por

    su apoyo profesional y atencin durante el desarrollo de la presente

    investigacin.

    A los sinodales: D.C. Consuelo de Jess Cortes Penagos, M.C.

    Berenice Yahuaca Jurez, Q.F.B. Ricardo Vega Tavera, por sus

    valiosas contribuciones para la correccin de esta investigacin

    bibliografca.

    A mi hermano Rafael Tapia, quien ha crecido a mi lado y me ha

    apoyado en el desarrollo de mi vida e instruccin profesional.

    A mis tas Margarita Jurez, Gisela Jurez, Lula Jurez y a mi

    prima Carina Jurez por su confianza y motivacin para seguir

    adelante en mi formacin profesional.

    A mis amigas Laura Hernndez y Blanca Herrera; por brindarme

    su amistad en todo momento.

    A Vctor Hugo Alonso Cendejas por su cario, comprensin y por

    ser una parte fundamental en mi vida, en la que gracias a su apoyo

    he cumplido una meta ms en mi profesin.

    II

  • UINDICE GENERAL CONTENIDO PAGINA DEDICATORIA ............................................................................. I

    AGRADECIMIENTOS................................................................... II INDICE DE CUADROS................................................................. VI

    INDICE DE FIGURAS................................................................... VII

    RESUMEN.................................................................................... IX

    I. INTRODUCCIN ...................................................................... 1

    II. DEFINICIN Y CLASIFICACION DE FIBRA DIETTICA........ 3

    2.1 Definicin de la fibra diettica.................................................. 3

    2.2 Clasificacin de la fibra diettica............................................. 6

    2.2.1 Fibra diettica soluble........................................................... 7

    2.2.1.1 Pectinas............................................................................ 9

    2.2.1.2 glucanos..................................................................... 9

    2.2.1.3 Gomas.............................................................................. 10

    2.2.1.4 Inulina............................................................................... 11

    2.2.1.5 Muclagos......................................................................... 12

    2.2.2 Fibra diettica insoluble........................................................ 12

    2.2.2.1 Celulosa........................................................................... 13

    2.2.2.2 Hemicelulosa.................................................................... 14

    2.2.2.3 Lignina.............................................................................. 15

    2.3 Recomendaciones de consumo de fibra diettica..................... 16

    III

  • III. DEFINICIN, ESTRUCTURA Y TIPOS DE ALMIDN RESISTENTE... 18

    3.1 Definicin de almidn resistente........................................................ 18

    3.2 Almidn nativo.................................................................................... 19

    3.2.1 Amilosa............................................................................................ 20

    3.2.2 Amilopectina.................................................................................... 21

    3.2.3 Estructura fisicoqumica de los grnulos de almidn........................ 23

    3.2.4 Cambios en el almidn producidos por tratamientos hidrotrmicos.. 28

    3.2.4.1 Gelatinizacion............................................................................... 28

    3.2.4.2 Retrogradacin............................................................................. 30

    3.2.4 Formacin de almidn resistente.................................................... 31

    3.3 Clasificacin del almidn resistente .................................................. 32

    3.3.1 Tipos de almidn resistente ........................................................... 34

    3.4 Fuentes comerciales de almidn resistente ...................................... 36

    IV. EFECTOS FISIOLGICOS DEL ALMIDN RESISTENTE ............. 38

    4.1 Efectos del AR en la produccin de cidos grasos de cadena

    corta (AGCC) ................................................................................... 39

    4.2 Efectos del AR en la reduccin del riesgo de cncer en

    el colon ................................................................................................. 41

    4.3 Efectos del AR sobre el metabolismo de glucosa e insulina ............ 42

    4.4 Efectos del AR en el metabolismo de lpidos..................................... 43

    4.5 Efectos del AR en enfermedades intestinales..................................... 44

    V. METODO PARA LA DETERMINACIN DE ALMIDN RESISTENTE 46

    VI. CONCLUSIONES ................................................................................. 50

    VII. BIBLIOGRAFA ................................................................................... 51

    IV

  • UINDICE DE CUADROS

    CUADRO TITULO PAGINA Cuadro 1 Alimentos que contienen fibra diettica soluble. 12 Cuadro 2 Alimentos que contienen preferentemente el tipo 16 de fibra insoluble. Cuadro 3 Alimentos que poseen un alto contenido de FD. 17 Cuadro 4 Clasificacin y ocurrencia del almidn. 34 Cuadro 5 Tipos de AR y ocurrencia. 36 Cuadro 6 Contenido de AR en fuentes naturales y formas 37 comerciales.

    V

  • UINDICE DE FIGURASU FIGURA TITULO PAGINA Figura 1 Fermentacin de la fibra por las bacterias colnicas 4 en humanos. Figura 2 Clasificacin de la fibra diettica en base a su solubilidad 7 en agua, y sus componentes principales. Figura 3 Estructura representativa de un segmento de -glucano, donde n es usualmente 1 o 2, pero ocasionalmente puede 10 ser ms largo.

    Figura 4 Estructura qumica de la Inulina. 11 Figura 5 Estructura qumica de la celulosa. 14 Figura 6 Estructura qumica de la lignina. 15 Figura 7 Estructura qumica de la amilosa. 20 Figura 8 Estructura qumica de la amilopectina. 22 Figura 9 Estructura de los grnulos de almidn 23 Figura 10 Distribucin de la amilosa y amilopectina en los grnulos 24 de almidn. Figura 11 Micrografas en MEV (microscopio electrnico de barrido) 25 grnulos de almidn de pltano Musa AAB tratados con - amilasa pancretica. (1.000X) Figura 12 Micrografas en MEV de grnulos de almidn de maz tratados 26 con - amilasa pancretica. (800x) Figura 13 Micrografas en MEV, a: grnulos de almidn nativo de maz, 28 b: grnulos de almidn de Musa AAA (330x), c: grnulos de almidn de Musa AAB (430x). Las micrografas siguientes son de los grnulos tratados con - amilasa in vitro ,d: grnulos de almidn nativo de maz (3.300x), e: grnulos de almidn de Musa AAA (1.000x), f: grnulos de almidn de Musa AAB (1.100x).

    VI

  • Figura 14 Gelatinizacin de grnulos de almidn en presencia de agua. 30 Figura 15 Digestin del almidn in vivo. 33 Figura 16 Productos de la fermentacin bacteriana. 39 Figura 17 Mtodo de obtencin del AR. 47

    VII

  • URESUMEN

    El objetivo de esta investigacin bibliografca es el conocer la estructura

    y clasificacin del Almidn Resistente (AR), as como resaltar las propiedades

    fisiolgicas que presenta este sobre la salud humana y mencionar algunas de

    las metodologas existentes para su determinacin.

    El AR es aquel que no es atacado por las enzimas tpicas del sistema

    digestivo por lo que no digiere en el intestino delgado y pasa al intestino grueso

    para ser fermentado por la microflora del colon. Por su resistencia a la digestin

    y por ser un sustrato disponible para la fermentacin el AR es considerado

    como parte de la fibra diettica (Walter y col., 2005).

    El AR promueve beneficios considerables a la salud colnica, esta

    comprobado que los efectos benficos conferidos al AR estn mediados a

    travs de la accin de los cidos grasos de cadena corta (AGCC) producto de

    la fermentacin del AR en el colon, ya que estos ayudan a disminuir diversas

    enfermedades intestinales y posiblemente el riesgo de desarrollar cncer de

    colon (Nugent, 2005).

    El AR tambin posee un impacto positivo en el metabolismo de lpidos y

    glucosa ayudando a reducir el riesgo de enfermedades coronarias

    (Jenkins y col., 1998).

    El almidn es clasificado de acuerdo a su estructura fsica y a su

    susceptibilidad a la hidrlisis enzimtica. Segn Englyst y col. (1992) de

    acuerdo a la velocidad con la que un alimento es digerido in vitro, el almidn se

    divide en: rpidamente digerible, lentamente digerible y AR, pero a su vez el

    AR esta constituido por 4 tipos diferentes (ARB1B-ARB4B).

    VIII

  • CAPITULO I U1.0 INTRODUCCIONU

    El almidn es un carbohidrato fundamental en la dieta del ser humano,

    despus de la celulosa es el polisacrido ms abundante e importante desde el

    punto de vista nutricional y comercial (Flores, 2004).

    El almidn se encuentra naturalmente en forma de grnulos

    semicristalinos, que sirven de reserva energtica en plantas, el tamao y la forma

    del grnulo son caractersticos de cada especie botnica

    (Mathews y Van Holde, 2000).

    Los grnulos de almidn consisten de dos polmeros de estructura

    diferente, la amilosa y la amilopectina. La amilosa es una molcula lineal unida

    por medio de enlaces glucosdicos 1-4 y representa el 1520 % del almidn. La

    amilopectina es una molcula de mayor tamao que posee enlaces 1-4 y

    ramificaciones 1-6, siendo el componente que se encuentra en mayor cantidad

    en el almidn

    (Tester y Karkalas., 2004).

    La amilosa y la amilopectina le confieren diferentes propiedades en

    conjunto al granulo de almidn que generalmente se consideran para determinar

    la aplicacin de los productos obtenidos a partir de este (Flores, 2004).

    El AR es un derivado del almidn nativo, que emerge como un importante

    componente alimenticio gracias a sus propiedades fsicas, qumicas y

    caractersticas funcionales.

    1

  • Las propiedades funcionales especficas del AR son de amplio inters, ya

    que se ha demostrado que el AR tiene caractersticas similares a la fibra y

    ventajas fisiolgicas que dan lugar a la prevencin de diversas enfermedades.

    Tales caractersticas son de gran de importancia para la industria

    alimenticia ya que ningn otro ingrediente proporciona textura a tan gran variedad

    de alimentos, tanto para sopas, salsas, relleno para pays como para flanes, el AR

    proporciona un producto consistente y estable durante el almacenamiento

    (Yue y Warring, 1998).

    2

  • CAPITULO II

    U2.0 DEFINICIN Y CLASIFICACIN DE FIBRA DIETTICA

    U2.1 DEFINICIN DE FIBRA DIETTICA.

    El trmino Fibra Diettica (FD) fue usado por primera vez por Hipsley

    (1953), para describir a los componentes de la pared celular de los vegetales que

    no son digeridos por humanos.

    Roberfroid y col. (1995) dan un paso importante en la bsqueda de una

    definicin ms fisiolgica. Para ellos, FD es un concepto que hace referencia a

    diversos carbohidratos y la lignina, que resisten a la hidrlisis de las enzimas

    digestivas humanas, pero que pueden ser fermentadas por la microflora colnica

    dando lugar a HB2B, CHB4B, COB2B ,HB2BO y cidos grasos de cadena corta (AGCC), tales

    como los cidos actico, propinico y butrico (Figura 1), que se absorben

    rpidamente en el tracto gastrointestinal contribuyendo al balance energtico del

    organismo.

    Desde un punto de vista qumico, FD se define como la suma de lignina y

    polisacridos no almidonosos. Una definicin ms biolgica sera aquella que

    describiera como FD a la lignina y a aquellos polisacridos de los vegetales

    resistentes a la hidrlisis de las enzimas digestivas humanas

    (Garca, 2002).

    3

  • Figura 1. Fermentacin de la fibra por las bacterias colnicas en humanos.

    Fuente:http://nc.novartisconsumerhealth.es/files/32.134417Apuntes_sobre_la_fibra.

    Actualmente, existe una definicin ms exacta desarrollada por la American

    Association of Cereal Chemists (AACC, 2001,con sede en Minneapolis, MN USA)

    quien ha puesto al da una clasificacin ms amplia de la FD abarcando una

    caracterizacin completa de sus componentes, as como los efectos que esta

    produce sobre el organismo humano.

    La definicin propuesta por la AACC (2001) es la siguiente: La FD es la parte

    comestible de vegetales y carbohidratos anlogos, que son resistentes a la

    absorcin y digestin en el intestino delgado humano, con una parcial o

    completa fermentacin en el intestino grueso. La FD incluye

    polisacridos, oligosacridos, lignina y sustancias asociadas a los

    vegetales. La FD promueve efectos fisiolgicos benficos al ser humano

    tales como, poder laxativo, disminucin del colesterol en la sangre,

    disminucin de la glucosa sangunea, entre otros.

    4

  • La definicin de FD, ha sido una controversia, ya que se siguen

    investigando varios aspectos positivos que tiene la FD sobre la salud.

    Por ejemplo, cuando en la definicin se cita .... es la parte comestible....

    en realidad, la parte indicada como FD, se refiere a la pared de la clula vegetal.

    Adems, cuando la definicin se refiere al trmino .... de plantas.... la FD

    tradicionalmente ha sido considerada proveniente de plantas o vegetales, aunque

    tambin actualmente se consideran otras fuentes como algas.

    Otro aspecto de controversia de la definicin ..... o carbohidratos

    anlogos.... los carbohidratos anlogos a estas fuentes naturales de FD han

    demostrado que las propiedades fisiolgicas que estos presentan son tambin

    benficas para la salud humana y ..... que son resistentes a la digestin y

    absorcin en el intestino delgado.... La resistencia a la digestin y a la

    absorcin es el punto clave de la FD, ya que pasa a travs del intestino delgado

    sin ser digerida y alcanza al intestino grueso donde es fermentada por la

    microflora bacteriana. .... con una completa o parcial fermentacin en el

    intestino grueso... los efectos positivos sobre la salud que ofrece la FD, son en

    parte debido a la notable fermentacin de esta en el intestino grueso. ..... fibra

    diettica incluye polisacridos .... los polisacridos tales como la celulosa,

    hemicelulosa, glucanos, gomas e inulina se clasifican como componentes

    esenciales en la FD. ..... Oligosacridos..... son polisacridos de cadena corta,

    que contienen entre 3 y 10 azcares, exhibiendo algunas de las propiedades

    fisiolgicas tales como las de los polisacridos de grandes cadenas.

    .....Lignina.... aunque la lignina no es un polisacrido como tal, sta

    relacionada con los polisacridos de la FD en los alimentos, incrementando la

    resistencia a la digestin.

    5

  • .....Sustancias asociadas a las plantas.... las ceras, cutinas y suberinas

    son cidos grasos indigeribles, as como la lignina esta estrechamente

    relacionada con los polisacridos de la FD, estos componentes son resistentes a

    la digestin. .....La FD promueve efectos fisiolgicos beneficos.... como

    componente en la dieta, es considerado importante en la nutricin por sus

    impactos positivos sobre la salud humana, las extensas bsquedas cientficas han

    demostrado numerosos efectos positivos de la FD, los carbohidratos anlogos

    encajan en la definicin de FD demostrando que por la menos promueven uno de

    los tantos efectos positivos incluidos en esta definicin. .....Incluyendo

    laxacin.... la laxacin es un efecto fisiolgico importante, como resultado del

    incremento de los componentes de la FD en la dieta. .....y / o disminucin del

    colesterol en la sangre y disminucin de la glucosa sangunea..... los

    resultados de las investigaciones resientes han demostrado que el incremento en

    el consumo de FD y alimentos ricos en FD producen un ajuste positivo en los

    niveles altos de colesterol en suero, reduciendo as, el riesgo de enfermedades

    coronarias.

    De igual manera al incrementar el consumo de FD, tambin se produce una

    disminucin en los niveles altos de glucosa sangunea.Aunque no todas las FD y

    productos altos en FD tienen el mismo efecto, los estudios indican que al menos

    la mayora presentan algunos de los atributos antes mencionados (AACC, 2001).

    U2.2 CLASIFICACIN DE LA FIBRA DIETTICA

    La FD incluye muchos componentes, los cuales son clasificados (Nelson,

    2000) de acuerdo a su solubilidad parcial en agua y en el sistema digestivo

    humano.

    6

  • Las FD se dividen en fibras solubles y fibras insolubles, las cuales

    tienen caractersticas qumicas diferentes y muestran efectos fisiolgicos distintos

    basados en estas propiedades (Figura 2). En realidad no es una solubilizacin

    total, sino una hidratacin parcial de las fibras en agua.

    La fibra diettica total (FDT) se refiere a la cantidad total de fibra diettica

    soluble ms la insoluble.

    Figura 2. Clasificacin de la fibra diettica en base a su solubilidad en agua,

    y sus componentes principales.

    Fuente:http://nc.novartisconsumerhealth.es/files/32.134417Apuntes_sobre_la_fibra

    U2.2.1 FIBRA DIETTICA SOLUBLE:

    La Fibra Diettica Soluble (FDS) es aquella que es degradada por las

    enzimas tpicas del sistema digestivo humano (Gmez y col, 2002).

    La FDS es altamente fermentable por la microflora colnica y se asocia con

    el metabolismo de lpidos; este proceso da lugar, entre otros productos, a los

    cidos grasos de cadena corta (AGCC).

    7

  • Los efectos fisiolgicos ms importantes de los AGCC consisten en

    disminuir el pH intraluminal, estimular la reabsorcin de agua y sodio,

    fundamentalmente a nivel de colon ascendente, y potenciar la absorcin en el

    colon de cationes divalentes (Garca y col., 2002).

    La FDS reduce el riesgo de sufrir enfermedades cardiovasculares,

    decrece la hiperinsulinemia, disminuye las concentraciones de lpidos en

    plasma en pacientes con diabetes tipo II e inflamacin intestinal entre otros

    (Rubio, 2002) (Moure y col., 2004).

    Los mecanismos por los cuales la FDS interviene en los procesos de

    absorcin de glucosa y lpidos en el tracto gastrointestinal son la prolongacin

    y retraso del vaciado gstrico, as como el retardo en la absorcin de

    nutrientes debido a su capacidad de hidratacin, ya que la captacin de agua

    de la FDS da lugar a la formacin de un gel viscoso, que atrapa estos

    componentes dentro de la estructura fsica de la fibra; la accin combinada de

    estos mecanismos posibilita la reduccin de los niveles de la glucosa

    postpandrial en la sangre e interfiere en la unin de lipasa grasa provocando

    una menor absorcin de lpidos (Lpez y col, 1997).

    La FDS es viscosa y se encuentran fundamentalmente en frutas,

    legumbres y cereales como la cebada y la avena. Su alta viscosidad es

    importante por el papel fisiolgico que desempea. Las FDS incluye pectinas,

    - glucanos, gomas, inulina y muclagos.

    8

  • 2.2.1.1 PECTINAS:

    Las pectinas son polmeros de cido D-galacturnico con enlaces

    glucosdicos -1-4. El azcar simple ramnosa forma parte tambin de esta

    estructura y, por tal razn las pectinas son llamadas tambin

    ramanogalacturnicos.

    Las cadenas laterales de este polmero pueden incluir otros

    monosacridos como la galactosa, glucosa, ramanosa y arabinosa. El cido

    galacturnico puede tambin estar en forma metilada, conforme aumente el

    nmero de grupos metilos, la solubilidad de la pectina disminuye (Nelson, 2001).

    El peso molecular de las pectinas es habitualmente alto, como corresponde a su

    estructura formada por varios cientos o hasta 1,000 unidades de monosacridos.

    Si bien se encuentran en todas las plantas, los ctricos y las manzanas son

    especialmente ricas en pectinas. Tambin las contienen las hojuelas del salvado,

    la cebada y las legumbres (www. fibra-salud.com).

    2.2.1.2 - GLUCANOS:

    La forma soluble de la fibra conocida como -glucano es un polmero de

    glucosa con enlaces glucosdicos mixtos -1-3 y -1-4. Los -glucanos a

    menudo se refieren como gomas o muclagos debido a su alta capacidad de

    hidratacin.

    El -glucano es una cadena lineal de unidades de -D-glucopiranosil. Alrededor del 70 % est unido con enlaces (1 4) y alrededor del 30 % con

    enlaces (1 3). Los enlaces (1 3) ocurren individualmente y generalmente son

    separados por secuenciacin de dos o tres uniones (1 4).

    9

  • As, la molcula esta compuesta de (1 3) unida a unidades de -celotriosil

    y celotetraosil (Whistler y BeMiller, 1999).

    La principal fuente de los -glucanos son la cebada y la avena que contienen

    gran cantidad de estos.

    En la Figura 3 se muestra la estructura qumica del -glucano.

    3) Glcp - (1 4) - Glcp - (1

    n

    Figura 3. Estructura representativa de un segmento de -glucano, donde n

    es usualmente 1 o 2, pero ocasionalmente puede ser ms largo.

    2.2.1.3 GOMAS:

    Esta categora abarca un extenso nmero de polmeros solubles en agua, y

    en general estn formados por largas cadenas de cido urnico y cadenas

    laterales de monosacridos como xilosa, arabinosa o manosa.

    Algunas gomas son usadas para aumentar la FDT en productos alimenticios, ya

    que estas producen fermentacin bacteriana.

    Entre las ms conocidas se encuentran la goma guar, la goma arbiga, la

    de karaya y la de tragacanto (Nelson, 2000).

    10

  • 2.2.1.4 INULINA:

    La inulina es un polmero lineal de fructosa, y que no contiene cadenas

    laterales, ni tampoco grupos de cidos urnicos (Figura 4); por consiguiente es

    diferente a las gomas descritas anteriormente. El grado de polimerizacin de la

    cadena de la inulina puede variar; de 20 a 60 monmeros de fructosa.

    (Nelson, 2001).

    Como la inulina, tambin los frutooligosacridos (FOS) son polmeros lineales

    de fructosa, contienen alrededor de 10 unidades de fructosa, por consecuencia

    los FOS se pueden considerar como una subcategora de la inulina. Los FOS son

    oligosacridos naturales que contienen fructosa y se encuentran en plantas como

    la Achicoria (raz), las Dalias (raz), cebollas, ajos, esprrago, pltano y

    alcachofas, entre otros muchos (http://www.chemedia.com/frutooli.htm).

    Figura 4. Estructura qumica de la Inulina.

    Fuente: http://www.chemedia.com/frutooli.htm

    11

  • 2.2.1.5 MUCILAGOS:

    Son polisacridos poco ramificados que no forman parte de las paredes de

    las clulas vegetales, sino que se encuentran en el interior de semillas y algas.

    De hecho, se pueden considerar como hemicelulosas neutras (es decir, pobres en

    cidos urnicos), pero no se les llama as para remarcar que no son polisacridos

    estructurales. Entre los muclagos ms conocidos se hallan los contenidos en la

    cscara de semilla de Plantago ovata (Ispaghula Husk), la goma guar y el

    muclago de la semilla de acacia.

    Cuadro 1. Alimentos que contienen fibra diettica soluble.

    Fuente:http://nc.novartisconsumerhealth.es/files/32.134417Apuntes_sobre_la_fibra.

    U2.2.2. FIBRA DIETTICA INSOLUBLE:

    La fibra diettica insoluble (FDI), no se digiere en el intestino delgado, y no se

    fermentan por accin de las bacterias colnicas, por lo que se excretan

    prcticamente ntegras en las heces.

    12

  • Por este motivo y por su capacidad para retener agua, aumentan la masa

    fecal (que es ms blanda), la motilidad gastrointestinal y el peso de las heces

    (Garca y col, 2002).

    La fraccin insoluble esta relacionada con la reduccin de cncer de colon,

    incremento de la materia fecal y se considera que la fraccin insoluble es ms

    efectiva adsorbiendo sustancias carcingenas (Moure y col., 2004)

    En la dieta humana existen fuentes importantes de este tipo de fibra, como

    los cereales integrales, el centeno y los productos derivados del arroz. Las FDI

    incluyen la celulosa, hemicelulosa y lignina.

    2.2.2.1 CELULOSA:

    La celulosa es el principal componente de la pared celular de las plantas y

    es uno de los compuestos orgnicos ms conocidos. Se trata de un polisacrido

    lineal, de alto peso molecular, constituido por la unin de entre 300 y 15.000

    unidades de glucosa, mediante enlaces glucosdicos -1,4 (Figura 5). Las

    cadenas lineales de la celulosa contienen puentes de hidrgeno unidos entre si

    para formar microfibrillas cristalinas rgidas e inflexibles de 25 nm de dimetro en

    una estructura de 30 a 100 cadenas (Nelson, 2001).

    Estas estructuras le confieren a la celulosa propiedades cristalinas, as

    como fuerza, densidad, resistencia qumica y enzimtica, caractersticas propias

    de la celulosa.

    Las propiedades ms importantes de la celulosa se relacionan, en primer

    lugar, con la susceptibilidad de la molcula a la hidrlisis y, en segundo lugar, con

    su capacidad de absorber agua.

    13

  • Los herbvoros pueden digerir este componente mayoritario de la fibra, ya

    que poseen una abundante microflora en el estmago con la correspondiente

    enzima celulasa.

    Figura 5. Estructura qumica de la celulosa.

    Fuente: http://www.educastur.com/princast.htm

    2.2.2.2 HEMICELULOSA:

    La estructura de la hemicelulosa es ms compleja y variada que la de la

    celulosa. Son polisacridos formados por la unin de distintos azcares, tales

    como glucosa, xilosa, sacarosa, manosa o arabinosa unidos mediante enlaces

    glucosdicos -1-4. La longitud de la cadena de los polmeros de la hemicelulosa

    puede tener un rango de entre 200 a 500 unidades de monosacridos.

    La cadena lateral de los polmeros de la hemicelulosa puede contener cidos

    urnicos como el cido murmico, el acido galacturnico y el acido glucurnico,

    si son muy ricas en cidos urnicos se llaman hemicelulosas cidas; si no lo son,

    se denominan hemicelulosas neutras.

    Las hemicelulosas forman parte tambin de las FDI y estn presentes en el

    salvado y en granos enteros (Nelson, 2000).

    14

  • 2.2.2.3 LIGNINA:

    Se caracteriza por ser un complejo aromtico (no carbohidrato) del que

    existen muchos polmeros estructurales. La molcula de lignina es una

    macromolcula, con un elevado peso molecular, que resulta de la unin de varios

    cidos y alcoholes fenilproplicos (cumarlico, coniferlico y sinaplico)

    (Nelson, 2001).

    El acoplamiento aleatorizado de estos radicales da origen a una estructura

    tridimensional, polmero amorfo, caracterstico de la lignina.

    La lignina por su alta insolubilidad en agua es la responsable de la adhesin

    estructural de los componentes de la pared celular de las plantas, es un

    componente rgido asociado a la estructura de la madera.

    La lignina es resistente a la descomposicin qumica, enzimtica y bacteriana

    (Nelson, 2001).

    Figura 6. Estructura qumica de la lignina.

    Fuente: HThttp://www.educastur.com/princast.htmTH

    15

  • Cuadro 2. Alimentos que contienen preferentemente el tipo de fibra

    insoluble.

    Fuente:http://nc.novartisconsumerhealth.es/files/32.134417Apuntes_sobre_la_fibra.

    U2.3 RECOMENDACIONES DE CONSUMO DE FD

    La celulosa, la lignina y algunas hemicelulosas provienen

    fundamentalmente de cereales integrales, de trigo, centeno y arroz. Las gomas,

    muclagos, pectinas y algunas hemicelulosas, se encuentran fundamentalmente

    en frutas, legumbres, cebada y la avena. El AR tambin es considerado como FD

    y proviene fundamentalmente de las legumbres y del maz.

    Las recomendaciones actuales de consumo segn la Asociacin

    Americana de Diettica para adultos son de 20 a 35 gr al da o de 10 a 13 gramos

    de FD por cada 1.000 kcal (Gmez y col, 2002).

    16

  • El exceso de fibra puede presentar algunos inconvenientes, entre los ms

    frecuentes est la aparicin de gases en el intestino, ocasionados por la

    fermentacin de la fibra, as como dificulta el metabolismo del calcio, hierro y zinc,T

    impidiendo la absorcin de estos minerales, y tambin de vitaminas, por lo que

    una dieta con un alto contenido de fibra puede ser causa notable de anemia,

    ocasionando dolores abdominales, nuseas y diarreas

    (HTThttp://www.nutricion.com.mx/TH).

    Cuadro 3. Alimentos que poseen un alto contenido de FD.

    Fuente:http://nc.novartisconsumerhealth.es/files/32.134417Apuntes_sobre_la_fibra

    UCAPITULO III

    Existen ciertos componentes qumicos que tienen comportamiento de fibra

    soluble y algunas caractersticas de fibra insoluble, tal como el almidn resistente.

    17

  • U3.0 DEFINICION, ESTRUCTURA Y TIPOS DE ALMIDN RESISTENTE

    Existe una gran controversia en cuanto a la clasificacin del almidn resistente

    como componente de la FD. Algunos cientficos desean incluir al almidn

    resistente en la definicin de FD, ya que este entra al colon y esta disponible para

    la fermentacin bacteriana como los polisacridos no almidonosos (FD

    tradicional). Pero otros creen que el almidn resistente y la fibra diettica no

    deben ser definidos y analizados conjuntamente, ya que estos dos componentes

    de la dieta son distintos qumicamente por lo que deben de ser analizados por

    separado (Stephen, 1995)

    A continuacin se describirn las propiedades del almidn resistente

    observndose la clasificacin de la FD que se ampliara con este nuevo

    componente.

    3.1 ALMIDN RESISTENTE:

    El almidn resistente se define como la suma de almidn y de los productos

    procedentes de la degradacin del almidn que no son digeridos en el intestino

    delgado de individuos sanos. Son fermentados tambin en el colon.

    Sin embargo, una pequea proporcin, escapa incluso a esa degradacin y

    se elimina por las heces. Se podra, por lo tanto, decir que su resistencia a la

    digestin en el intestino delgado lo califica como FD (Eerlinger y Delcour, 1995).

    Un gran nmero de estudios indican que cuando el almidn resistente pasa por

    el intestino delgado sin ser digerido ya que resiste a la accin de la enzima

    -amilasa, se convierte en una proporcin significativa de carbohidratos que sern

    fermentados por las bacterias colnicas , dando lugar a cidos grasos de cadena

    corta (AGCC) como acetato, propionato, y butirato, disminuyendo el pH

    18

  • colnico, comparable a la FD tradicional; el almidn resistente produce una parte

    ms elevada del butirato, que representa un papel muy importante para la salud

    del colon (Haralampu 2000). Disminuyen tambin el tiempo de transito intestinal,

    y aumenta el volumen fecal (Jenkins y col., 1998).

    Hylla y col. (1998) descubrieron que el aumento de butirato producido por

    la fermentacin del almidn resistente est asociado a una incidencia ms baja de

    cncer de colon.

    Se considera que el butirato desempea un papel en la regulacin del

    crecimiento de las clulas intestinales suprimiendo la proliferacin de clulas

    tumorales (Hylla y col., 1998).

    Antes de continuar con la descripcin y estructura qumica, as como las

    propiedades funcionales del almidn resistente, es necesario, conocer la

    estructura y propiedades del almidn nativo, ya que este es un precursor del

    almidn resistente.

    3.2. ALMIDN NATIVO:

    El almidn es el principal carbohidrato de reserva energtica en plantas y

    animales (Flores, 2004); desde el punto de vista nutricional, el almidn es un

    componente muy importante en la dieta, esta presente en cereales (maz, trigo,

    arroz) cuyo contenido de almidn esta entre 30 y 80%, leguminosas (frjol,

    chcharo, haba) de 25 a 50% de almidn y tubrculos (papa y yuca) en los que el

    almidn representa entre un 60 y 90% de la materia seca.

    19

  • Tambin lo podemos encontrar en frutas no maduras (como es el caso del

    pltano), que contienen esta sustancia de manera abundante.

    Qumicamente, el almidn es una mezcla de dos polisacridos: la amilosa y la

    amilopectina.

    3.2.1 AMILOSA

    La amilosa es producto de la condensacin de D-glucopiranosas unidas

    por medio de enlaces glucosdicos (1-4) (Figura 7) que establece largas

    cadenas lineales con 2002500 unidades y pesos moleculares hasta de un milln,

    es decir la amilosa es una -D-glucana cuya unidad repetitiva es la maltosa

    (Badui, 1996). Sin embargo, se ha demostrado la presencia de cierta cantidad de

    enlaces (1-6) en esta macromolcula. Dichas ramificaciones se encuentran de

    manera espaciada e infrecuente, lo que permite observar que la amilosa se

    comporte como un polmero lineal (Flores, 2004).

    Figura 7. Estructura qumica de la amilosa.

    Fuente: Starch structure and digestibility, enzime- substrate relationship.

    (Tester y Karkalas, 2004)

    20

  • El interior de la hlice contiene tomos de hidrgeno y debido a esto es

    susceptible a formar complejos con molculas hidrfobas como el yodo.

    La reaccin del yodo con la amilosa genera una coloracin caracterstica

    azul intensa, debido al complejo que se establece entre una molcula de yodo con

    cada 7-8 glucosas. Aparentemente, el complejo amilosayodo se establece por la

    inclusin del IB2B en la hlice (Badui, 1996).

    En una suspensin acuosa calentada por encima de la temperatura de

    gelatinizacin del almidn, la amilosa se asocia rpidamente para formar un

    precipitado insoluble, las molculas lineales presentan la tendencia de orientarse

    paralelamente mediante puentes de hidrgeno, formndose una doble hlice, y

    proporcionando una estructura cristalina, resultando una red tridimensional

    helicoidal en la que cada vuelta de la hlice consta de 6 molculas de glucosa y

    la afinidad por el agua decrece aumentando el tamao del agregado. La amilosa

    fuera del grnulo forma una malla tridimensional y produce un gel ( Flores, 2004).

    3.2.2 AMILOPECTINA

    La amilopectina es otro componente del almidn, es un polmero ramificado

    formado por cadenas de residuos -Dglucopiranosidos unidos por enlaces

    (1-4 ) (Figura 8) y en los puntos de ramificacin enlaces (1-6). Son definidos

    dos grupos principales de cadenas, nombradas cadenas A (insustituibles) y

    cadenas B (sustituibles por otras cadenas) [Flores, 2004].

    La cadena B forma la columna de la molcula de amilopectina y se

    extiende sobre dos o ms racimos. Cada racimo contiene de dos a cuatro

    cadenas A estrechamente asociadas.

    21

  • Los racimos asociados de las cadenas A son principalmente responsables

    de las regiones cristalinas dentro del grnulo.

    Las reas cristalinas se presentan cada 0.6- 0.7 nm y contienen la mayor

    cantidad de enlaces (1-6) siendo relativamente susceptibles a los agentes

    hidrolticos (cidos y enzimas). En general, la molcula de amilopectina es de 1.0

    a 1.5 de dimetro y de 12 a 40 nm de longitud.

    La estructura de la amilopectina posee ramificaciones unidas por enlaces (1-6), localizadas cada 15-25 unidades de glucosa.

    Figura 8. Estructura qumica de la amilopectina.

    Fuente: Starch structure and digestibility, enzime- substrate relationship.

    (Tester y Karkalas, 2004)

    En trminos generales, los almidones contienen aproximadamente

    1727 % de amilosa y el resto de amilopectina. Algunos cereales como el maz, el

    sorgo y el arroz, tienen variedades llamadas cereas que estn constituidas en su

    mayora por amilopectina, hay otras que contienen hasta un 90% de amilosa.

    (Badui, 1996)

    22

  • 3.2.3 ESTRUCTURA FISICOQUMICA DE LOS GRNULOS DE ALMIDN

    El almidn se almacena en grnulos dentro de las clulas, la estructura

    rgida de estos grnulos esta integrada por capas concntricas de amilosa y

    amilopectina distribuidas radialmente.

    Estos cuerpos son birrefringentes es decir poseen dos ndices de refraccin

    bajo la luz polarizada, esto se debe a que dentro del grnulo se localizan zonas

    cristalinas de molculas de amilopectina ordenadas paralelamentemente a travs

    de puentes de hidrgeno, as como zonas amorfas causadas por la amilosa que

    no tienen la posibilidad de asociarse entre si, por esta razn los grnulos que

    contienen ms porcin de amilopectina no presentan birrefringencia (Tester y

    Karkalas, 2004).

    La figura 9, muestra las capas concntricas de un grnulo de almidn donde

    se pueden observar las zonas cristalinas (negro) correspondientes a la

    amilopectina, as como las zonas amorfas (blanco) correspondientes a la amilosa.

    Zona amorfa

    Zona cristalina

    Figura 9. Estructura de los grnulos de almidn

    Fuente: Starch structure and digestibility, enzime- substrate relationship.

    (Tester y Karkalas, 2004).

    23

  • Regiones amorfas

    Cadenas A

    Cadenas B

    Regiones cristalinas

    Cadena C

    Centro del granulo

    6 unidades de glucosa

    Ramificaciones 1-6

    Figura 10. Distribucin de la amilosa y amilopectina en los grnulos de

    almidn.

    Fuente:HT http://www.lsbu.ac.uk/water/TH.

    La Figura 10, muestra de forma ms amplia como se encuentran

    distribuidas la amilosa y la amilopectina en los grnulos de almidn.

    A: Representa la estructura principal de la amilopectina.

    B: Muestra la organizacin de las regiones cristalinas y amorfas generando capas

    concntricas en forma de anillos que son visibles a la microscopia electrnica.

    C: Muestra la orientacin de las molculas de amilopectina en secciones radiales

    a travs de todo el grnulo.

    D: Muestra la estructura de la doble hlice de amilopectina en los puntos de

    ramificacin - (1-6).

    24

  • A travs de la difraccin de rayos X se han encontrado tres tipos de

    estructuras cristalinas del almidn y han sido identificadas como tipo A, tipo B, y

    tipo C, estos tipos contienen diferentes proporciones de amilopectina. El tipo A es

    encontrado en cereales, mientras que el tipo B en tubrculos y almidones ricos en

    amilosa, el tipo C aparece como una mezcla de ambos tipos A y B y se encuentra

    en legumbres (Nugent, 2005).

    Freitas y Tavares (2005) realizaron la caracterizacin de grnulos de almidn

    de dos distintas especies de pltanos (Musa tipo AAA y Musa tipo AAB), los

    grnulos de almidn Musa tipo AAA presentaron un patrn de difraccin tipo B

    mientras que los grnulos de almidn Musa tipo AAB presentaron un patrn tipo

    C. Los tipos B y C tienden a ser ms resistentes a la hidrlisis de - amilasa

    pancretica (Figura 11). En cambio el patrn de difraccin del almidn de maz es

    de tipo A (Figura 12).

    Figura 11 :Micrografas en MEV (microscopio electrnico de barrido) grnulos de almidn de pltano Musa AAB tratados con - amilasa pancretica. (1.000X)

    Fuente: Characterization of starch granules from bananas Musa AA- Nanicao

    and Musa AAB- Terra (Freitas y Tavares, 2005)

    25

  • Figura 12: Micrografas en MEV de grnulos de almidn de maz tratados con - amilasa pancretica. (800x)

    Fuente: Characterization of starch granules from bananas Musa AA- Nanicao

    and Musa AAB- Terra (Freitas y Tavares, 2005) Es de sorprender que estas dos especies de pltanos hayan presentado

    patrones diferentes de cristalinidad, puesto que ambas especies tienen

    cantidades de hasta un 84% de AR, es probable que la resistencia de los

    almidones dependa de la asociacin establecida entre la amilosa y la amilopectina

    y por lo tanto de esta asociacin dependa el patrn de cristalinidad de los

    grnulos.

    Las cadenas largas y compactas de amilopectina representan una alta

    cristalinidad dentro del grnulo (Tipo B), que aquellas unidas a numerosas

    asociaciones con molculas de amilosa, donde el grnulo tiende a presentar una

    baja cristalinidad (Tipo A ) y por lo tanto mayor susceptibilidad a la - amilasa.

    La diferencia en la susceptibilidad a la hidrlisis enzimtica entre el

    almidn de maz y el de pltano se debe a la diferencia en los patrones de

    cristalinidad.

    26

  • El almidn de maz (tipo A) presenta en su estructura una unin uniforme

    entre la amilosa y amilopectina, y superficies speras de forma polidricas

    (Figura 13), estos elementos favorecen el ataque enzimtico, ya que los grnulos

    porosos son ms susceptibles a la accin de la -amilasa por poseer una

    estructura semejante a una esponja en donde la presencia de canales facilitan la

    penetracin de la - amilasa. En cambio, los almidones de las dos clases de

    pltanos (tipo B y C) mostraron superficies lisas de forma ovalada (Figura 13), lo

    que indica una alta resistencia de - amilasa in vitro (84%). Estas propiedades

    fsicas demuestran que los almidones de las dos especies de pltanos (Musa tipo

    AAA y Musa tipo AAB) contienen mayor cantidad de AR que los almidones de

    maz (Freitas y Tavares, 2005).

    27

  • Figura 13: Micrografas en MEV, a: grnulos de almidn nativo de maz, b:

    grnulos de almidn de Musa AAA (330x), c: grnulos de almidn de Musa AAB

    (430x). Las micrografas siguientes son de los grnulos tratados con - amilasa in

    vitro ,d: grnulos de almidn nativo de maz (3.300x), e: grnulos de almidn de

    Musa AAA (1.000x), f: grnulos de almidn de Musa AAB (1.100x).

    Fuente: Characterization of starch granules from bananas Musa AA- Nanicao and Musa AAB- Terra (Freitas y Tavares, 2005)

    3.2.4. CAMBIOS EN EL ALMIDN PRODUCIDOS POR TRATAMIENTOS

    HIDROTERMICOS.

    El almidn presenta una amplia aplicacin en la industria alimenticia debido

    a que proporciona propiedades de gran importancia;

    3.2.4.1 GELATINIZACION: Los grnulos de almidn son insolubles en agua fra

    debido a que su estructura esta altamente organizada; sin embargo, cuando se

    calientan en solucin acuosa, se inicia un proceso lento de absorcin de agua en

    las zonas intermicelares amorfas, que son las menos organizadas y las ms

    accesibles, ya que los puentes de hidrgeno no son tan numerosos ni rgidos

    como en las reas cristalinas.

    28

  • A medida que se incrementa la temperatura, se retiene ms agua y el grnulo

    empieza a hincharse y a aumentar de volumen, una vez que la parte amorfa se ha

    hidratado completamente, la cristalina inicia un proceso semejante.

    Al llegar a una cierta temperatura el granulo alcanza su volumen mximo y

    pierde la birrefringencia; al administrarse ms calor, el grnulo hinchado,

    incapacitado para retener liquido, se rompe parcialmente y la amilosa y la

    amilopectina hidratadas se dispersan en la solucin

    (Tester y Karkalas, 2004).

    Son tres los procesos que constituyen el proceso de gelatinizacin del

    Almidn.

    Estos procesos estn basados en la termodinmica del no- equilibrio:

    1. Difusin del agua dentro de los grnulos del almidn.

    2. Un proceso de fusin caracterizado por una transicin hlice-

    enrollamiento que es facilitada por la hidratacin

    3. Hinchamiento del granulo como resultado de la desintegracin de

    los cristales (Flores, 2004).

    La Figura 14, muestra esquemticamente el aumento de volumen de los grnulos

    de almidn paralelo al aumento de la viscosidad de la dispersin acuosa. Una vez

    que los grnulos se rompen, la viscosidad se reduce hasta alcanzar un valor

    estable en el que se genera un gel cuyas caractersticas fsicas y qumicas son

    diferentes en cada almidn.

    29

  • Granulo intacto.

    Granulo en proceso de absorcin de agua.

    Granulo hinchado, con la parte amorfa hidratada completamente.

    Granulo desintegrado, con segmentos de amilosa y amilopectina hidratadas en solucin.

    Figura 14. Gelatinizacin de grnulos de almidn en presencia de agua.

    Fuente: Starch structure and digestibility, enzime- substrate

    relationship. (Tester y Karkalas, 2004).

    3.2.4.2 RETROGRADACIN: Se define como la insolubilizacin y precipitacin

    espontnea, principalmente de las molculas de amilosa, debido a que sus

    cadenas lineales se orientan paralelamente e interaccionan entre si por puentes

    de hidrgeno a travs de sus grupos hidroxilos (Badui, 1996)

    Al sufrir calentamiento una solucin concentrada de amilosa y enfriarla

    rpidamente a temperatura ambiente, se forma un gel rgido y reversible, pero si

    la solucin es diluida, se vuelve opaca y precipita cuando se deja reposar y enfriar

    lentamente.

    30

  • Como se ha mostrado, la retrogradacin consiste en dos procesos:

    a) Gelacin de las molculas de amilosa al exterior del granulo durante la

    gelatinizacin.

    b) Recristalizacin de la amilopectina.

    La retrogradacin esta directamente relacionada con el envejecimiento

    del pan. Durante el cocimiento del pan, parte de la amilosa se difunde fuera del

    granulo y retrograda en el momento de su enfriamiento, de tal manera que los

    restos del granulo (ricos en amilopectina) se ven rodeados por molculas de

    polmero lineal; se considera que el envejecimiento se debe bsicamente a la

    asociacin de las cadenas de amilopectina que permanecen en el granulo

    hinchado despus de haber perdido parte de la amilosa.

    3.2.4 FORMACIN DEL ALMIDN RESISTENTE

    Los grnulos de almidn usualmente miden entre 1 y 100 micras de dimetro,

    dependiendo de la fuente de origen. Como se comento previamente, el almidn

    esta conformado de amilosa y amilopectina.

    Al interior del grnulo, el almidn se encuentra empaquetado en un modelo

    radial, y se encuentra relativamente deshidratado. Esta estructura compacta limita

    la accesibilidad de las enzimas digestivas, como las amilasas, lo que significa que

    hay presencia de almidn resistente parcialmente hidratado y parcialmente

    gelatinizado, conocido como almidn resistente del tipo 2 (ARB2B) (Haralampu,

    2000), presente en alimentos como el pltano.

    Los grnulos de almidn son desorganizados por el exceso de agua en

    presencia de calor, proceso conocido como gelatinizacin, lo que permite a las

    molculas mayor accesibilidad hacia las enzimas.

    31

  • Tpicamente, el granulo de almidn se hidrata en un rango de temperatura

    entre 40 y 120 C, dependiendo de la fuente del almidn y del contenido de la

    amilasa.

    Despus del enfriamiento, el almidn se re-asocia lentamente, proceso

    conocido como retrogradacin. Durante la retrogradacin, las molculas del

    almidn se re-asocian y pueden empaquetarse muy estrechamente, estabilizadas

    por puentes de hidrgeno. El proceso de asociacin, puede ocasionar un proceso

    de deshidratacin.

    Estas estructuras son trmicamente muy estables y solamente se pueden

    rehidratar, a temperatura de 80-150 C, dependiendo de la naturaleza y extensin

    de la retrogradacin.

    Bajo estas circunstancias, la amilosa forma una estructura de almidn

    resistente complejo y estable, como almidn resistente del tipo 3 (ARB3B), altamente

    resistente a las amilasas. El ARB3B se encuentra en productos derivados de

    cereales, panes tostados y pueden ser encontrados como ingredientes en la

    formulacin de alimentos manufacturados (Haralampu, 2000).

    3.3. CLASIFICACIN DEL ALMIDN RESISTENTE:

    El almidn resistente se define como la suma de almidn y de las

    productos procedentes de la degradacin del almidn que no son digeridos en el

    intestino delgado de individuos sanos ( Eerlinger y Delcour, 1995).

    En 1992 Englyst y col desarrollaron una clasificacin nutricional del almidn

    en funcin a su estructura qumica y a su susceptibilidad a la hidrlisis enzimtica;

    de acuerdo a la velocidad a la que un alimento es digerido In Vitro .

    32

  • Por lo que sta clasificacin esta basada en factores intrnsecos que afectan la

    digestibilidad del almidn (Rodrgues y Lemos, 2003).

    Almidn de rpida digestin: Se trata de el almidn que al ser sometido

    a incubacin con amilasa pancretica a una temperatura de 37 es

    degradado a glucosa en un tiempo de 20 minutos.

    Almidn de lenta digestin: Es el almidn que en las condiciones

    anteriores es degradado a glucosa en 120 minutos.

    Almidn resistente: Es aquel que es resistente a la accin de la amilasa.

    La figura 15 muestra el modelo propuesto de la digestin del almidn in

    vivo.

    Alimento

    Intestino delgado

    Estomago

    Intestino grueso

    Desechos

    Rpida y completa digestin. (Almidn de rpida digestin)

    Digestin lenta pero completa. (Almidn de lenta digestin)

    Resistente a la digestin. (Almidn Resistente)

    Figura 15. Digestin del almidn in vivo.

    33

  • Fuente: Resistant starch: health aspect, production and prospect (Van Hung, 2005)

    El siguiente Cuadro (4) representa esta clasificacin con algunos ejemplos

    de ocurrencia y su posible digestin en el intestino delgado.

    Cuadro 4. Clasificacin y ocurrencia del almidn.

    TIPO DE ALMIDON

    OCURRENCIA

    PROBABLE DIGESTIN

    EN EL INTESTINO DELGADO

    ALMIDON DE RAPIDA

    DIGESTIN

    Alimentos amilceos

    recientemente cocidos

    Rpida

    ALMIDON DE LENTA

    DIGESTIN

    Cereales crudos Lenta pero completa

    ALMIDON RESISTENTE

    Pltanos, cereales, pan

    procesado y tortillas.

    No ocurre.

    Fuente: ENGLYST y col. (1992)

    3.3.1 TIPOS DE ALMIDN RESISTENTE

    Englyst y col. (1992 ) mencionan que existen cuatro tipos distintos de almidn

    (Cuadro 5) resistente: AR1, AR2, AR3 y AR4 (Rodrgues y Lemos, 2003).

    34

  • AR1: Corresponde a grnulos de almidn fsicamente inaccesibles en la matriz de

    los alimento, fundamentalmente a causa de la pared celular y protenas de la

    estructura de las plantas, tomando en cuenta que su composicin impide la accin

    de las enzimas digestivas. (ejemplo: en semillas, en granos parcialmente molidos

    o en leguminosas).

    AR2: Corresponde a grnulos de almidn nativos, encontrados en el interior de la

    clula vegetal; presentando lenta digestibilidad debido a las caractersticas

    intrnsecas de la estructura cristalina de sus grnulos (Ejemplo: son aquellos

    encontrados en guisantes crudos, pltanos verdes y papas crudas.)

    AR3: Son los almidones que han sido gelatinizados o retrogradados y que no son

    ms largos que la forma granular, estos se han formado dentro de una red

    cristalina unida, de tal forma que las enzimas no pueden atacar los almidones

    gelatinizados.

    AR4: A este grupo pertenecen los almidones qumicamente modificados. Estos

    almidones muestran cierta resistencia al ataque de ciertas enzimas por la

    formacin de enlaces glucosdicos. Un ejemplo de estos almidones son los

    substituidos qumicamente por grupos esteres, fosfatos, o esteres (Nelson, 2000).

    35

  • Cuadro 5. Tipos de AR y ocurrencia.

    TIPO DE ALMIDON RESISTENTE

    OCURRENCIA

    AR1- Almidn fsicamente inaccesible Semillas o granos parcialmente

    molidos y legumbres

    AR2 Grnulos de almidn Almidn nativo de pltanos y papas

    AR3- Almidn retrogradado o

    cristalinizado

    Cereales para desayunar y papas

    AR4 Almidones qumicamente

    modificados.

    Almidones producidos a travs de

    modificaciones qumicas

    Fuente: Nelson (2000)

    3.4.-FUENTES COMERCIALES DE ALMIDN RESISTENTE.

    Adems de las fuentes naturales de AR, tambin existen algunas formas

    comerciales. (Cuadro 6).

    Himaize fue originalmente obtenido de maz hbrido, y contiene 8085% de

    amilosa con aproximadamente 30% de FD. El almidn de maz alto en amilosa es

    clasificado como ARB2B y es usado como ingrediente en cereales, barras

    nutricionales y en gran variedad de panes.

    36

  • El ARB3 Bposee un contenido del 33% FD, en general este se deriva del

    almidn de maz o de tapioca recristalinizado, un ejemplo comercial de este tipo

    de almidn es NOVELOSE 330, comercializado por la empresa National Starch.

    Existen numerosas ventajas al usar diferentes fuentes comerciales de AR en

    productos alimenticios; al contrario de las fuentes naturales de AR (legumbres,

    papas y pltanos) las fuentes comerciales no son afectadas por las condiciones

    de procesamiento y almacenamiento. Por ejemplo, la cantidad de ARB2 Ben

    pltanos verdes disminuye con el proceso de maduracin, sin embargo, la forma

    comercial de ARB2 B (Himaize) no experimenta estas dificultades. (Van Hung,

    2005)

    Cuadro 6. Contenido de AR en fuentes naturales y formas comerciales.

    FORMA COMERCIAL

    CONTENIDO DE AR (Evaluado por

    AOAC, 2002. 02)

    Salvado de trigo 0.42

    Cereales para desayunar 2.8

    Almidn nativo de papa 78.1

    Almidn de papa gelatinizado 3.8

    HYLON VII 53.7

    Hi-maize 1043 45.7

    NOVELOSE 240 46.9

    CrystaLean 40.9

    Fuente: Nugent (2005)

    37

  • CAPITULO IV.

    4.- EFECTOS FISIOLGICOS DEL ALMIDN RESISTENTE

    Varios estudios revelan que el AR se comporta fisiolgicamente como FD, y

    por lo tanto entra en clasificacin de fibra diettica total (FDT).

    El AR es considerado como FDI, pero tiene beneficios de la FDS, ya que la

    fermentabilidad que presenta es muy similar, as como el incremento en el

    volumen fecal, la disminucin del pH en el colon y en los niveles de colesterol y

    triglicridos. Se puede entonces destacar que el AR y la fibra soluble causan un

    impacto positivo sobre la salud colnica ya que se ve incrementada la

    proliferacin de la cripta intestinal, disminuyendo el epitelio colnico atrofiado,

    influyendo as en la reduccin de clulas tumorales (Haralampu, 2000).

    El AR es altamente fermentable por la microflora colnica que da como

    resultado una alta produccin de cidos grasos de cadena corta (AGCC)

    primordialmente acetato, propionato y butirato, los cuales traen consigo efectos

    positivos en la salud intestinal, tales como incremento en la absorcin de calcio y

    magnesio, proliferacin epitelial y balance de especies bacterianas.

    En el proceso de fermentacin del AR tambin se producen gases

    principalmente dixido de carbono (COB2B), hidrgeno (HB2B) y metano (CHB4B), los que

    en su mayor parte, son absorbidos por la mucosa intestinal y eliminados con la

    respiracin; solo una pequea parte es expulsada a travs del tubo digestivo

    mediante flatulencias.

    38

  • A continuacin se describirn ms detalladamente algunos de los mltiples

    efectos fisiolgicos atribuidos al AR:

    4.1 EFECTOS DEL AR EN LA PRODUCCIN DE ACIDOS GRASOS DE

    CADENA CORTA (AGCC):

    Los AGCC son los productos metablicos de la fermentacin anaerobia

    bacteriana de polisacridos, oligosacridos, protenas y pptidos derivados de

    distintas fuentes FD y AR (Nugent, 2005).

    Los AGCC se generan en el metabolismo del piruvato producido por la

    oxidacin de la glucosa a travs de la va glucoltica de Embden-Meyerhof.

    Existen dos vas para el metabolismo del piruvato. En una de ellas se genera

    propionato, a travs del succinato. En la otra va se convierte el piruvato en acetil-

    CoA, que posteriormente es hidrolizado para formar acetato reducido y butirato

    (Garca, 2002), tal como se muestra en la figura Figura 16.

    Figura 16. Productos de la fermentacin bacteriana.

    Fuente:http://nc.novartisconsumerhealth.es/files/32.134417Apuntes_sobre_la_fibra

    Los AGCC se encuentran principalmente en el colon proximal, donde la

    fermentacin es mayor. Los niveles de AGCC disminuyen durante el pasaje a

    39

  • travs del colon; esto debido a la captacin y utilizacin de estos por los

    colonocitos y bacterias.

    En humanos la abundancia de AGCC es normalmente acetato > propionato

    > butirato, dependiendo de la ingesta de FD las concentraciones de AGCC son de

    entre 70 y 140 mM en el colon proximal y de 20 y 70 mM en el colon distal, por

    consiguiente los AGCC se encuentran en muchas ms bajas cantidades en el

    colon distal, sitio donde se desarrollan la mayora de las enfermedades colnicas

    y cncer (Nugent, 2005).

    El butirato es la principal fuente de energa de los colonocitos, de los otros

    AGCC, tanto el acetato como el propionato, son empleados por el organismo

    como sustrato energtico, pero mientras el propionato es utilizado principalmente

    por el hgado en la gluconeognesis, el acetato se utiliza en la lipognesis y es el

    nico que llega a los tejidos perifricos, principalmente el muscular, donde es

    metabolizado.En la mayora de los estudios realizados en humanos, hay un

    incremento en las concentraciones fecales de AGCC (principalmente butirato)

    reportadas despus del consumo de suplementos con AR, as como un notable

    aumento en el volumen fecal (Jenkins y col., 1998).

    Estudios hechos en ratas han reportado que al ser alimentadas con dietas

    altas en AR se incrementa la produccin total de AGCC, en particular el ARB2B

    (almidn de papa); se ha notificado de un incremento en la concentracin de

    butirato, mientras que el ARB3B permite incrementar la concentracin de acetato en

    ratas, pero esto no ha sido comprobado en humanos (Henningsson y col., 2003).

    40

  • 4.2 EFECTOS DEL AR EN LA REDUCCIN DEL RIESGO DE CNCER DE

    COLON

    Existen diversos estudios epidemiolgicos que han investigado los beneficios

    potenciales de la FD y AR en la proteccin contra el desarrollo de cncer de

    colon.

    En un estudio realizado a 12 personas sanas que ingirieron una dieta alta en

    almidn resistente (amilo-maz) durante dos semanas, se detectaron

    disminuciones significativas en las concentraciones fecales de cidos biliares

    secundarios. Es un hecho comprobado que los cidos biliares, y en particular los

    secundarios, son promotores de tumores y estn asociados con el riesgo de

    cncer colorectal en animales y humanos. Debido a su efecto de incremento en el

    volumen fecal, el AR disminuye el tiempo de trnsito de las heces y en

    consecuencia la exposicin de las clulas del colon a los cidos biliares, su

    capacidad de aumentar el volumen fecal produce adems un efecto de dilucin de

    concentracin de los cidos biliares en las heces que puede contribuir tambin al

    efecto protector (Hylla y col, 1998).

    Se asume que estos hallazgos se deban a que la produccin de los AGCC

    disminuyen el pH intestinal, gracias a la inhibicin de la enzima

    7--deshidroxilasa, que cataliza la formacin de los cidos biliares secundarios y

    por lo tanto hay una reduccin en la concentracin de estos.

    Este estudio revelo adems que las muestras fecales obtenidas durante el

    consumo de la dieta adicionada con AR aumento la produccin de butirato.

    41

  • Este hallazgo se considera importante considerando la secuencia adenoma-

    carcinoma, en el cual el butirato puede tener efectos protectores para varios

    estadios del cncer.

    En la mayora de las investigaciones se demostr que el butirato presenta

    un efecto protector sobre el epitelio intestinal, ya que estimula su proliferacin

    tanto en el yeyuno como en el leon y el colon. Solo un autor (Van Munster, 1994)

    ha reportado una disminucin en la proliferacin celular colnica.

    La importancia del butirato sobre el epitelio del colon no se limita al

    estmulo proliferativo antes comentado, sino que se ha comprobado que el

    estimulo que ejerce sobre los colonocitos sanos se invierte y se convierte en un

    efecto antiproliferativo cuando acta sobre colonocitos neoplsicos. Esta

    inhibicin sobre la actividad proliferativa de los colonocitos neoplsicos ha sido

    demostrada tanto in vitro, como in vivo.

    La actividad proliferativa estimulada por el butirato se produce, principalmente,

    en la base de las criptas, donde se encuentran los colonocitos sanos, mientras

    que el crecimiento celular se inhibe en las zonas apicales, donde se producen,

    habitualmente, los crecimientos malignos y premalignos. (HThttp://www.fibra-

    salud.com/.%5CObra%5C5.htmTH).

    4.3 EFECTOS DEL AR SOBRE EL METABOLISMO DE GLUCOSA E

    INSULINA:

    Algunos estudios en humanos han descrito respuestas variables en la

    glicemia postpandrial e insulina durante el consumo de AR.

    42

  • En general, es aceptado que el consumo de dietas altas en AR ayuda a

    disminuir notablemente la concentracin de glucosa postpandrial y de insulina.

    Los efectos positivos son usualmente observados al poco tiempo de la ingestin

    del AR (aproximadamente entre 28 h), pero este tiempo puede variar ya que

    existen varias fuentes de AR como, frijol, almidn de maz, y papas que poseen

    diferentes propiedades fisicoqumicas y por tal razn pueden influir en la

    respuestas de glucosa e insulina (Higgins, 2004).

    Se piensa que como el AR es una fibra altamente fermentable, se hace ms

    lenta la absorcin intestinal de la glucosa y por lo tanto hay una reduccin en la

    glicemia postpandrial.

    Un estudio se realizo a 10 personas sanas, durante cuatro semanas, y en las

    que consumieron 30 g de un suplemento rico en AR, que mezclaron con agua, y

    lo aadieron a leche u otras bebidas; se demostr un aumento de la sensibilidad a

    la insulina. La prdida de sensibilidad a la insulina, tambin llamada resistencia a

    la insulina, es un paso clave en el desarrollo de diabetes. En esta investigacin

    se encontr que el suplemento mejoraba la sensibilidad en las personas sanas

    hasta en un tercio, y un efecto similar en las personas con diabetes plenamente

    establecida podra tener un efecto benfico significativo sobre su salud.

    De estos estudios se puede concluir que el AR debe de contribuir al menos

    con el 14% de almidn total ingerido para conferir algunos de estos efectos

    benficos.

    4.4 EFECTOS DEL AR EN EL METABOLISMO DE LPIDOS.

    Martnez y col. (2004) estudiaron la respuesta lipdica en hmsters

    alimentados con una dieta que contenia 2% de colesterol y diferentes fuentes de

    FD adicionadas con diferentes fuentes de AR durante 20 das.

    43

  • El colesterol total, colesterol LDL + VLDL y triglicridos disminuyeron

    significativamente en suero de los hmsters tras el consumo de la dieta alta en

    AR.

    La FD y el AR han sido asociadas con la disminucin de colesterol y

    triglicridos, que ayuda a reducir el riesgo de enfermedades arteriales y

    coronarias. Una explicacin de esto es la habilidad que tiene la FD de formar un

    gel que interfiere con la absorcin de los lpidos y del colesterol

    (Martnez y col., 2004 ).

    Otro posible mecanismo que puede explicar la accin hipocolesterolmica de

    la FD es la reduccin de la secrecin de cidos biliares e incremento de su

    excrecin por las heces, as como la inhibicin de la sntesis heptica de

    colesterol por inhibicin de la actividad de la HMGCoA reductasa (hidroximetil

    glutaril CoA reductasa), enzima limitante de la sntesis del colesterol, la HMGCoA

    reductasa, es estimulada por la insulina, teniendo en cuenta que el AR disminuye

    los niveles de insulinemia postprandial, este tipo de FD disminuira a su vez la

    actividad de la HMGCoA reductasa (HThttp://www.fibra-

    salud.com/.%5CObra%5C5.htmTH).

    4.5 EFECTOS DEL AR EN ENFERMEDADES INTESTINALES

    Al AR se le han atribuido beneficios potenciales por aminorar los sntomas de

    diversas enfermedades intestinales inflamatorias tales como la colitis ulcerativa.

    La colitis ulcerativa se refiere ulceracin crnica frecuentemente recurrente en

    la mucosa y submucosa del colon, ya que el consumo de dietas altas en AR

    incrementa la produccin de AGCC, estos desempean un papel importante en el

    tratamiento de esta enfermedad, basado en esta hiptesis el AR ha sido

    44

  • estudiado y algunas veces usado como vehculo para tratar las ulceraciones.

    (Nugent, 2005).

    El AR tambin ha sido valorado por disminuir los efectos de la

    diverticulosis, que es la presencia de anomalas en las paredes del colon; el AR

    al incrementar el volumen fecal y reducir el tiempo de trnsito aminora tales

    complicaciones, ya que se cree que la diverticulosis es el resultado de la falta de

    masa fecal en el colon, lo cual implicara que durante el mantenimiento de una

    determinada masa fecal con una dieta alta en AR se pueda reducir el riesgo de la

    diverticulosis.

    Es posible que por la combinacin de AR con otras fuentes de FD, se

    incrementen los efectos benficos en el intestino que el consumo de AR o fibra

    diettica por separado.

    Un estudio desarrollado por Muir y col. (2004) con 20 voluntarios con un

    historial familiar de cncer de colon mostr que el salvado de trigo (12 g al da)

    administrado en combinacin con AR (22 g al da) presenta mayores efectos

    benficos sobre la salud intestinal, despus de tres semanas que cuando el

    salvado de trigo fue administrado individualmente.

    La combinacin del salvado de trigo y AR redujeron exitosamente el tiempo de

    trnsito y el pH intestinal, aumentando la salida fecal y la excrecin de AGCC.

    Este estudio sugiere que los beneficios del AR pueden ser incrementados

    cuando es administrado en conjunto con diferentes fuentes de FD.

    45

  • CAPITULO V

    5.0 METODO PARA LA DETERMINACIN DE ALMIDN RESISTENTE

    La metodologa descrita a continuacin es la descrita por Faisant y col.

    (1995). El esquema general de la cuantificacin del AR esta ilustrado en la figura

    17.

    Una muestra de almidn (aproximadamente 100 mg) se dispersa en 10 ml de

    tampn tris-maleato 0.1 M (conteniendo 4mM CaCLB2B y 0.02% de NaNB3B ) a un pH

    de 6.9 con 500 unidades de amilasa pancretica, siendo posteriormente

    incubada en bao Maria a 37 C, y agitando constantemente por 16 h.

    Despus de la hidrlisis con amilasa pancretica, se adicionaron 20 ml de

    etanol absoluto; la dispersin se deja reposar 1 h a temperatura ambiente y

    posteriormente se centrifugo 10 min a 4300 rpm.

    El sobrenadante se descarto y el residuo se lavo dos veces con 10 ml de

    etanol al 80% y una vez con acetona; el residuo se dejo secar en una estufa a una

    temperatura de 60 C.

    A los residuos secos se les fueron adicionaron 10 ml de agua destilada; la

    dispersin formada es dejada a 100 C por 30 min; despus de este tiempo se

    forma un gel y se deja por 30 minutos a 0 C en constante movimiento y en

    seguida se aaden 10 ml de KOH 4 M.

    Una alcuota de 1 ml de solucin gelatinizada es colocada en un tubo

    conteniendo cido actico 0.5 M y 1 ml de aminoglucosidasa (hasta obtener un

    pH de 4.5).

    46

  • La hidrlisis con aminoglucosidasa se dio a 70 C por 30 min en agitacin

    constante; despus de la hidrlisis la enzima fue inactivada por el calentamiento a

    100 C por 10 min.

    Posteriormente, se enfra a temperatura ambiente adicionndose 0.6 ml de

    KOH 4M y la dispersin resultante es centrifugada por 10 min, el residuo slido es

    descartado y el sobrenadante es recolectado para la cuantificacin de la glucosa

    producida.

    Figura 17. Mtodo de obtencin del AR.

    Dispersar el almidn con - amilasa pancretica (500 unidades) en 10 ml de tampn tris-maleato 0.1 M, pH 6.9 (4 mM CaCLB2B + 0.2 % NaNB3B).

    Almidn (100 mg.)

    Aadir 20 ml de etanol absoluto y dejar 1 h a temperatura ambiente

    Incubar a bao Maria a 37 C en

    movimiento por 6 h

    Centrifugar 10 min a 4300 rpm.

    Sobrenadante.

    Lavar 2 ocasiones con etanol

    (80%), lavar con 10 ml de acetona, secar en estufa.

    Residuo

    47

  • Adicionar 10 ml de agua. Gelatinizacion en agua 100C /30 min.

    Enfriar (Formacin del gel), adicionar 10 ml de KOH 4M y dejar reposar 0 C/ 30 minutos. Digestin del almidn.

    Tomar 1 alicuota de 1 ml de muestra, 10 ml de acido acetico 0.5 M, 1 ml de aminoglucosidasa, incubar a 70 C / 30 min.

    Inactivar la enzima a 100 C / 10 min, enfriar a temperatura ambiente, adicionar 0.6 ml de KOH 4M.

    Centrifugar 10 min a 4300 rpm.

    Residuo Sobrenadante.

    Determinacin de

    glucosa

    48

  • CAPITULO VI

    CONCLUSIONES

    De acuerdo con la revisin bibliogrfica realizada se encontr que el almidn

    resistente es una molcula que se puede encontrar en forma natural en diversos

    productos vegetales, as como obtenerse por medios sintticos realizados sobre

    el almidn nativo de cualquier fuente.

    El almidn resistente se ha clasificado como fibra insoluble, aunque tambin

    funciona como fibra soluble, y por tanto cumple con todas las funciones

    fisiolgicas que se le atribuye a las fibras dietticas.

    Es importante concluir que el almidn resistente al adicionarse a alimentos

    procesados no solamente contribuir a mejorar las propiedades de textura en

    dichos productos, sino que tambin contribuir a la cantidad de fibra que debe ser

    ingerida diariamente por el ser humano, cumpliendo con efectos fisiolgicos,

    particularmente previniendo algunos trastornos como el estreimiento, y en la

    prevencin de enfermedades crnico-degenerativas como el cncer de colon, las

    cardiovasculares y la diabetes mellitus.

    49

  • CAPITULO VII

    BIBLIOGRAFIA:

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    53

    Portada de tesina.doc ESCUELA DE QUMICO FARMACOBIOLOGA

    DEDICATORIA.doc AGRADECIMIENTOS INDICE GENERAL CONTENIDO PAGINA DEDICATORIA ............................................................................. I INDICE DE CUADROS

    CUADRO TITULO PAGINA INDICE DE FIGURAS FIGURA TITULO PAGINA RESUMEN

    Melissa- tesina..docCAPITULO I CAPITULO II 2.0 DEFINICIN Y CLASIFICACIN DE FIBRA DIETTICA 2.1 DEFINICIN DE FIBRA DIETTICA. La definicin de FD, ha sido una controversia, ya que se siguen investigando varios aspectos positivos que tiene la FD sobre la salud. Por ejemplo, cuando en la definicin se cita .... es la parte comestible.... en realidad, la parte indicada como FD, se refiere a la pared de la clula vegetal. Adems, cuando la definicin se refiere al trmino .... de plantas.... la FD tradicionalmente ha sido considerada proveniente de plantas o vegetales, aunque tambin actualmente se consideran otras fuentes como algas. 2.2 CLASIFICACIN DE LA FIBRA DIETTICA 2.3 RECOMENDACIONES DE CONSUMO DE FD Fuente: Resistant starch: health aspect, production and prospect (Van Hung, 2005)

    TIPO DE ALMIDON OCURRENCIA Garca Peris, P. I. Bretn Lesmes, C. de la Cuerda Compes y M. Camblor lvarez 2002. Metabolismo colnico de la fibra Seccin de Nutricin Clnica y Diettica.

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