Ingredientes funcionales de naturaleza proteica, hidrocarbonada y

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Ingredientes funcionales
de naturaleza proteica,
hidrocarbonada y derivados
Olga Martínez Augustin, Antonio Zarzuelo Zurita
y Fermín Sánchez de Medina López-Huertas
Contenidos
Proteínas y péptidos con actividad funcional
Sustancias de naturaleza prebiótica
Compuestos fenólicos
La leche de vaca y, en concreto, las proteínas y péptidos que contiene, son una fuente muy importante de alimentos funcionales. Se
ha observado que estos compuestos facilitan la absorción de nutrientes, estimulan el desarrollo intestinal, modulan la función inmune y colaboran en la digestión y absorción de otros nutrientes.
Gracias al desarrollo de tecnologías que permiten el aislamiento de
estas proteínas y péptidos se han podido diseñar fórmulas infantiles
con un valor biológico añadido, además de con un mayor parecido a
la leche humana. Entre ellos destacan la incorporación de factor de
crecimiento transformante β, aplicable a pacientes con enfermedad
inflamatoria intestinal, de lisozima, por su activad bacteriostática y
antiviral, o de proteínas de soja como alternativas a las de leche de
vaca. Otra modificación importante es la utilización de hidrólisis proteica para evitar alergias a proteínas de leche de vaca. Por otra parte,
una diferencia esencial entre las fórmulas infantiles y la leche materna es la ausencia de fibra soluble en las primeras. Distintos tipos
de los oligosacáridos son adicionados a estas fórmulas con el fin de
subsanar esta carencia. Estos oligosacáridos son menos variados y
complejos que los de la leche humana, lo que hace necesaria la búsqueda de nuevas fuentes de oligosacáridos.
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ALIMENTOS FUNCIONALES Y SALUD en la ETAPA INFANTIL Y JUVENIL
Introducción
La leche de vaca y, en concreto, las proteínas y péptidos que contiene, son
una fuente muy importante de alimentos funcionales. Se ha observado que
estos compuestos facilitan la absorción de nutrientes, estimulan el desarrollo
intestinal, modulan la función inmune y colaboran en la digestión y absorción
de otros nutrientes. Gracias al desarrollo de tecnologías que permiten el aislamiento de estas proteínas y péptidos se han podido diseñar fórmulas infantiles
con un valor biológico añadido, además de con un mayor parecido a la leche
humana.
Por otra parte, una diferencia esencial entre las fórmulas infantiles y la
leche materna es la ausencia de fibra soluble en las primeras. Distintos tipos
de oligosacáridos son adicionados a estas fórmulas con el fin de subsanar esta
carencia. Estos oligosacáridos son menos variados y complejos que los de la
leche humana, lo que hace necesaria la búsqueda de nuevas fuentes de oligosacáridos.
Proteínas y péptidos con actividad funcional
Sin lugar a dudas la principal fuente de proteínas destinadas a la alimentación infantil es la leche de vaca. Como es bien sabido, las proteínas lácteas
poseen un excelente valor nutricional, independientemente de la especie de la
que provengan. Algunas de estas proteínas poseen además actividad funcional
y biológica, facilitando la absorción de nutrientes, estimulando el desarrollo del
intestino, modulando la función inmune y colaborando en la digestión de otros
nutrientes. Además de las proteínas, la leche es fuente de una serie de péptidos
con distintos efectos fisiológicos, los cuales pueden encontrarse como tales o
pueden originarse a partir de la digestión de las proteínas lácteas.
En los últimos 20 años ha tenido lugar un gran desarrollo en la tecnología,
por lo que actualmente se pueden separar distintas fracciones proteicas, proteínas y péptidos a partir de la leche. Los productos resultantes han alcanzado
gran importancia tanto en la tecnología de ingredientes como en la producción
de alimentos funcionales y nutracéuticos. Por otra parte, es interesante resaltar
que gracias a la biotecnología láctea se han desarrollado animales transgénicos que producen leches enriquecidas en proteínas como la lactoferrina o la
lisozima (véase Capítulo 8). También se han obtenido alimentos transgénicos,
y en concreto arroces (consumidos frecuentemente por niños), que expresan
estas proteínas, las cuales poseen actividad antibacteriana (véase Capítulo 8).
Por último, mediante fermentación de proteínas se obtienen alimentos funcionales enriquecidos en péptidos bioactivos, que son muy interesantes por su
bajo coste y por la imagen positiva asociada a las bebidas de leche fermentada
y los yogures.
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Proteínas con actividad funcional
Tanto los concentrados proteicos como las proteínas específicas aisladas
del suero lácteo, como la α-lactoalbúmina, la β-lactoglobulina, la lactoferrina,
la lisozima, la lactoperoxidasa, las inmunoglobulinas y las caseínas, tienen interés terapéutico. A continuación, comentaremos los aspectos y funciones más
sobresalientes de algunos de estos productos.
Actualmente se pueden obtener concentrados proteicos (en los que se elimina la mayor parte del líquido y contienen hasta un 80% de proteínas) de
leche total o del suero lácteo. Por otra parte, se pueden obtener fracciones (no
concentrados) de proteínas totales aisladas del suero lácteo y caseinatos, mucho más purificadas (contienen un 95% de proteína generalmente). Las principales actividades descritas en bibliografía para el conjunto de las proteínas del
suero lácteo son, por un lado, su actividad anticancerosa, y más concretamente
su papel protector frente al cáncer de colon, y por otro, su papel estimulador
de la respuesta inmune. Estos efectos han sido en general relacionados con
el aumento de las concentraciones tisulares de glutatión mediado por dichas
proteínas ricas en cisteína.
En cuanto a las aplicaciones de los concentrados de proteínas derivados
de leche de vaca, la más importante desde el punto de vista de la salud es la
elaboración de hidrolizados de proteínas destinados a la prevención y al tratamiento de niños con alergia a las proteínas de la leche de vaca. El objetivo es
la eliminación mediante la hidrólisis proteica de los péptidos alergénicos. Los
hidrolizados aportan además una fuente de nitrógeno predigerido y de fácil
absorción que puede ser útil en el tratamiento de enfermedades que cursen
con alteraciones de la permeabilidad del intestino y de su funcionalidad.
La leche contiene diversas clases de inmunoglobulinas, como IgG1, IgG2, IgA
e IgM. Se ha demostrado que estas inmunoglobulinas son activas y que aglutinan bacterias, neutralizan toxinas e inactivan virus. Además, la IgA secretora es
capaz de prevenir la adherencia de bacterias patógenas a las células epiteliales,
uniéndose a sus pilli. Esta acción es particularmente importante en neonatos.
La IgA presente en la leche y el calostro protege frente a patógenos bacterianos, proporcionando una inmunidad pasiva en el neonato hasta que su barrera
intestinal se encuentra funcionalmente madura. Además, el componente secretor de la IgA es capaz de neutralizar virus y toxinas bacterianas.
Hay algunas pruebas de que la IgM es más eficiente que otras inmunoglobulinas en la fijación del complemento, la neutralización de virus y la aglutinación de bacterias, y se ha demostrado que defiende frente a patógenos Gram
negativos como Escherichia coli y Salmonella.
La lactoferrina es una de las principales proteínas de la leche humana,
constituyendo entre el 10 y el 30% de la proteína total, dependiendo del estado de lactancia (hasta 7 mg/mL en calostro y 1,6 mg/mL en leche). Así, un
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neonato alimentado al pecho ingiere del orden de 3.000 mg/día de lactoferrina
durante los 7 primeros días, ingesta que disminuye hasta 1.000 mg/día en las
tres semanas siguientes. En general, la lactoferrina también se encuentra, aunque en menores cantidades, en fluidos exocrinos como las secreciones de las
mucosas. El calostro bovino y la leche de vaca también contienen lactoferrina
en concentraciones de 1 mg/ml y 0,1 mg/ml, respectivamente.
Existen datos que sugieren que esta proteína es capaz de estimular el crecimiento celular en el intestino, de mejorar la función digestiva y de inducir el
crecimiento de la flora intestinal no patógena. Además la lactoferrina posee
actividad antibacteriana, antifúngica, antiviral y antiparasitaria. La mayoría de
las funciones de la lactoferrina están avaladas por estudios en niños, por lo que
existe la tendencia general de adicionar lactoferrina a las fórmulas destinadas
a nutrición infantil. Aunque es técnicamente posible añadir tanto lactoferrina
bovina como lactoferrina humana transgénica a fórmulas infantiles, hay que
tener en cuenta que la lactoferrina bovina no se une consistentemente a los
receptores de lactoferrina humana y no se sabe si incrementa la absorción de
hierro. Por otra parte, la eficacia y seguridad de la adición de lactoferrina humana transgénica a fórmulas infantiles no se ha evaluado adecuadamente.
Por su parte, la lisozima posee también activad bacteriostática y antiviral,
y actúa de manera sinérgica con la lactoferrina. Los niños alimentados con
fórmulas infantiles carecen de lisozima en su dieta, por lo que se tiende a adicionar lisozima a fórmulas infantiles.
La lactoperoxidasa o la xantín oxidasa son proteínas que también forman parte de la leche de vaca y en general poseen actividad antibacteriana y antiviral.
Las proteínas de soja (Glycine max), al igual que las de la leche de vaca,
poseen actividades funcionales independientes de su valor nutricional. Así, se
ha descrito que pueden tener actividad anticancerosa y efectos beneficiosos a
nivel cardiovascular. Aunque estos efectos no son esenciales en niños y adolescentes, las proteínas de soja se utilizan también en la elaboración de fórmulas
destinadas a la alimentación infantil, posoperatoria hospitalaria y geriátrica.
Las fórmulas infantiles que contienen proteínas de soja están indicadas en
casos de galactosemia o de deficiencia hereditaria en lactosa. La digestibilidad
de la proteína de soja es comparable a la de otras fuentes proteicas de alta
calidad como la carne, la leche o los huevos. Además, la soja constituye una
buena fuente proteica, aunque suele utilizarse en combinación con otras proteínas, ya que como fuente única el aporte de metionina puede ser limitado.
De hecho, diversos estudios han demostrado que la suplementación con metionina de productos que contienen proteínas de soja es necesaria en el caso
de niños recién nacidos alimentados con fórmulas infantiles. Por otro lado, hay
que indicar que la sustitución de fórmulas basadas en proteína de leche de
vaca por las basadas en proteína de soja en el tratamiento de las alergias a la
leche de vaca no es recomendable en niños menores de 6 meses, y en todo caso
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ha de hacerse con precaución, ya que un porcentaje considerable (10-15%) de
individuos alérgicos a las proteínas de leche de vaca lo son también a las de
soja. Tampoco se ha demostrado que las fórmulas basadas en proteínas de soja
ofrezcan beneficios respecto a las de proteína de vaca en la prevención de la
enfermedad atópica.
Las proteínas de soja pueden ser utilizadas además en la suplementación de
otras fuentes proteicas que carezcan de algunos aminoácidos. Por ejemplo, por
su gran contenido en lisina podrían ser utilizadas para corregir la deficiencia de
este aminoácido en proteínas derivadas de cereales como el maíz o el trigo.
Péptidos con actividad funcional
Como se ha indicado antes, los péptidos bioactivos pueden estar presentes
en la leche como tales o pueden ser el resultado de la digestión de proteínas
lácteas por distintas enzimas. Es interesante indicar que en los últimos años
se han aislado varias especies bacterianas en la leche materna humana que
pueden producir péptidos bioactivos in situ. Ejemplos de estos péptidos son el
glutatión o una mezcla de péptidos, denominada colistrina, que regula la síntesis de glutatión, la actividad de enzimas antioxidantes o la actividad mitocondrial, por lo que puede contribuir en los procesos defensivos. En este sentido,
estudios en animales han demostrado que la producción de glutatión podría
contribuir al menos en parte al efecto antiinflamatorio de bacterias aisladas de
leche materna, como el Lactobacillus reuteri.
Se ha demostrado que los péptidos biológicos derivados de la leche de vaca
pueden tener efectos antihipertensivos, antimicrobianos, antitrombóticos y
opiáceos, o intervenir en la fijación de minerales. De ellos, son los péptidos con
efectos antimicrobianos y sobre la fijación de minerales los más interesantes
como alimentos funcionales en la etapa infantil y juvenil, por lo que a continuación nos referiremos a ellos en mayor detalle.
También destacan hormonas y factores de crecimiento como la relaxina,
hormonas tiroideas y estrógenos, o el factor de crecimiento similar a la insulina y el factor de crecimiento epidérmico. Todos éstos se encuentran en la
leche materna en concentraciones superiores a las encontradas en el plasma
de madres lactantes.
Péptidos antimicrobianos
La teoría aceptada generalmente indica que los péptidos antimicrobianos
actúan mediante la alteración de la membrana microbiana, lo que provoca la
salida de iones y metabolitos y por tanto la despolarización de la membrana, la perturbación de la respiración acoplada a la membrana y finalmente la
muerte celular. El mecanismo mediante el cual se produce la alteración de la
membrana no se conoce bien. Es curioso señalar que los péptidos antimicrobia-
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nos pueden distinguir entre células eucariotas y procariotas en función de las
diferencias entre sus capas externas. Así, las células de mamíferos contienen
fosfatidilcolina, esfingomielina y colesterol, que en condiciones fisiológicas poseen carga neutra, mientras que las bacterias Gram positivas contienen en sus
membranas celulares fosfolípidos cargados negativamente, como el fosfatidil
glicerol o la cardiolipina. Las bacterias Gram negativas, por su parte, contienen
una membrana externa que contiene principalmente LPS, que es una molécula
polianiónica.
Entre los péptidos antimicrobianos destacan los siguientes: la lactoferricina,
el glicomacropéptido, la isracidina y el fragmento 184-219 de la β-caseína.
Péptidos que fijan minerales
Del calcio que proporciona la leche más del 85% se encuentra disponible
para su absorción. Este porcentaje es considerablemente mayor que el de calcio
disponible en vegetales (aproximadamente 22-72%). Las caseínas del tipo α y
β, y en menor grado la κ-caseína, proporcionan fosfopéptidos que se unen a
iones metálicos divalentes como el Ca2+, Zn2+ y Fe2+. Los caseinfosfopéptidos
tienen la capacidad de quelar grandes cantidades de iones polivalentes sin alterar su solubilidad (en g/100 g): 6 (Ca2+), 10 (Cu2+), 5 (Zn2+), 12 (Fe2+) y 5 (Fe3+).
En el lumen intestinal los caseinfosfopéptidos previenen la precipitación de
fosfato cálcico, compitiendo por el calcio con los iones fosfato. De esta forma
incrementan potencialmente la biodisponibilidad del calcio.
Factores de crecimiento
El factor de crecimiento transformante-β (transforming growth factor-β,
TGF-β) es posiblemente el factor de crecimiento derivado de la leche que ha
sido más estudiado. Este péptido, presente tanto en la leche humana como en
la leche de vaca, es producido también en niveles bajos en el intestino de los
neonatos y lleva a cabo funciones pleiotrópicas que incluyen la regulación de
la función inmune y funciones de crecimiento y diferenciación celular, tanto en
condiciones normales como durante la enfermedad. El TGF-β se encuentra en
la leche de vaca en forma de profactor y se cree que puede ser activado durante
el tránsito intestinal. Además, se ha demostrado que permanece activo tras
los procesos tecnológicos a los que se somete la leche para obtener productos
derivados.
Existen tres isoformas del TGF-β (TGF-β 1, 2 y 3), que interaccionan con
receptores específicos (tipo I, II y III). Entre las isoformas de TGF-β la más estudiada es el TGF-β2, ya que se encuentra en niveles fisiológicamente relevantes
en las fórmulas infantiles que contienen caseína. Se ha demostrado en modelos
animales, que la adición de TGF-β2 a dietas destinadas a la alimentación de
pacientes de enfermedad inflamatoria intestinal puede ayudar al tratamiento
de esta enfermedad.
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Como muchas citoquinas, el TGF-β actúa sobre el tejido intestinal tanto de manera autocrina como paracrina, incrementando la proliferación, la
diferenciación y el estado de activación de linfocitos, macrófagos y células
dendríticas. El TGF-β es una molécula inmunoreguladora muy potente que
puede inducir o suprimir la respuesta inmune, desempeñando papeles muy
importantes en los mecanismos de tolerancia y en la prevención de reacciones autoinmunes, de alergias y de procesos antiinflamatorios. La importancia del TGF-β como molécula inmunorreguladora en la leche materna
se ilustra perfectamente en los ratones que carecen del gen del TGF-β1
(ratones knock out), ya que se ha comprobado que estos ratones sobreviven durante la lactancia, pero mueren de una reacción inflamatoria masiva
cuando son destetados.
El factor de crecimiento epidérmico (Epidermal Growth Factor, EGF) acelera la maduración y el crecimiento del intestino en neonatos prematuros.
En concordancia con este hecho se ha observado que sus niveles en leche de
madres pretérmino son bastante mayores que en los de madres a término
(28,2-10,3 frente 13,3-9,6 nmol/l, respectivamente). Estos niveles disminuyen por tanto con la edad gestacional y con el peso de los neonatos. La
leche de vaca posee concentraciones muy similares a la de la leche de madres a término, mientras que su contenido en fórmulas preparadas a partir
de proteínas no hidrolizadas es muy bajo 5,6-8,6 nmol/l), e indetectable
en las fórmulas que contienen hidrolizados de proteínas. Se han llevado a
cabo distintos experimentos en los que se ha adicionado EGF a fórmulas
destinadas a la alimentación de niños prematuros, con el fin de estudiar su
posible efecto en la prevención de la enterocolitis necrotizante. Los resultados obtenidos indican que aunque parece tener cierto efecto, éste no es lo
suficientemente importante como para sustentar la adición de EGF a este
tipo de fórmulas.
El factor de crecimiento análogo a la insulina-1 (Insulin like Growth Factor-1, IGF-1) es un péptido de 70 aminoácidos presente tanto en leche humana
como en leche de vaca, siendo idéntico en ambas especies. Al igual que otros
factores de crecimiento, el IGF-1 incrementa la proliferación celular. La concentración de IGF-1 en fórmulas es mayor que la de la leche materna. Este hecho
ha sido relacionado con el mayor incremento de peso y la mayor cantidad de
tejido adiposo que se observan en los niños alimentados con fórmulas infantiles. Otro estudio realizado en niños recién nacidos pretérmino reveló que en
aquellos alimentados con fórmula suplementada en IGF-1 se producía el cierre
intestinal antes. No obstante, los autores concluyeron que, al igual que en el
caso anterior, los datos obtenidos no son suficientes para apoyar la adición de
este factor de crecimiento a las fórmulas infantiles.
Un último dato de interés es que recientemente se ha descrito que fracciones de proteínas del suero lácteo enriquecidas en factores de crecimiento
pueden ser útiles en el tratamiento de la psoriasis.
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Sustancias de naturaleza prebiótica
Los oligosacáridos, también denominados fibra soluble de la leche, constituyen el tercer componente por orden de abundancia en la leche materna
humana. Se calcula que ésta contiene hasta 20 g/L de oligosacáridos, entre los
que se han identificado más de 130 estructuras distintas, lo que implica una
complejidad y variabilidad no encontrada en la leche de otras especies. Existen
datos que indican que los oligosacáridos de la leche materna poseen efectos
beneficiosos para el recién nacido por su carácter prebiótico, así como por sus
propiedades adicionales, ya que pueden contribuir a la defensa del intestino y
a la modulación de la respuesta inmune mediante la inhibición de la adhesión
a microorganismos patógenos y la unión a selectinas específicas. Es más, se ha
observado que gracias a su alto contenido en ácido siálico podrían contribuir
al desarrollo cerebral del recién nacido. Es interesante destacar que las fórmulas infantiles, elaboradas a partir de leche de vaca, carecen de oligosacáridos
similares a los de la leche materna. Hay que indicar que la leche de vaca tiene
un menor contenido en oligosacáridos y que éstos son menos complejos y
variables. Algunas compañías añaden a las fórmulas infantiles oligosacáridos
con estructuras más simples, como los fructooligosacáridos, la inulina o los
galactooligosacáridos, con el fin de compensar esta carencia, principalmente
por su efecto prebiótico.
Los prebióticos se definen como ingredientes alimentarios no digeribles
que estimulan selectivamente el crecimiento y/o actividad de una o de un número limitado de bacterias colónicas, mejorando como consecuencia la salud
del hospedador. Son por tanto alimentos funcionales. Desde el punto de vista
químico los prebióticos son monosacáridos (tagatosa), oligosacáridos (carbohidratos de cadena corta) o polisacáridos (fibra) que resisten la digestión, son
fermentados por la microbiota del intestino grueso y la modifican selectivamente, produciendo un incremento del crecimiento de bacterias beneficiosas,
principalmente de los géneros Lactobacillus y Bifidobacterium, a expensas de
otros tipos de bacterias más perniciosas, como clostridios, eubacterias o enterobacterias. Por otra parte, y como consecuencia fundamental de lo anterior, la
fermentación por bacterias colónicas da lugar a la producción de ácidos grasos
de cadena corta, a la disminución del pH colónico y a la aceleración del tránsito
intestinal debida a la estimulación del crecimiento de la microbiota colónica y,
como consecuencia, al incremento de la producción de gas y de la retención
de agua en las heces.
Adicionalmente, los oligosacáridos han demostrado ser beneficiosos para la
salud por incrementar la absorción de minerales, regular el metabolismo lipídico (poseen efecto hipocolesterolémico e hipolipemiante) y glucídico, disminuir
el riesgo de cáncer de colon y modular el sistema inmune.
El hecho de que los oligosacáridos que hemos nombrado anteriormente, y
que se están adicionando actualmente a las fórmulas infantiles, sean mucho
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menos variados y complejos que los de la leche materna hace necesaria la
búsqueda de nuevas fuentes que aporten oligosacáridos más complejos. En
este sentido, se ha observado que los oligosacáridos de la leche de cabra son
más parecidos en complejidad y variedad a los de la leche humana que los de
las leches de vaca u oveja. Aunque se ha demostrado que estos oligosacáridos
actúan como prebiótico, su baja concentración y la escasez de leche de cabra
hacen que la adición de oligosacáridos de origen caprino a fórmulas infantiles
sea por ahora inviable.
Compuestos fenólicos
Los extractos fenólicos derivados del aceite de oliva son potentes antioxidantes que pueden inhibir la peroxidación lipídica en fórmulas infantiles, reforzando el efecto antioxidante de la lactoferrina en sistemas lipídicos que
contienen hierro.
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