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CAPÍTULO 1
Quinua (Chenopodium
quinoa Willd.): Composición,
Química, Propiedades
Nutricionales y Funcionales
Lilian E. Abugoch James
Contenido
2
I. Introducción
4
II. Propiedades químicas, nutricionales y físicas III. Proteínas
6
A. Aspectos químicos y nutricionales B.
6
Biopéptidos activos C. Aspectos estructurales
9
9
IV. Carbohidratos A. Composición, física,
10
química y
10
propiedades estructurales
15
V. Lípidos y Compuestos Lipídicos A.
15
Composición, propiedades nutricionales VI.
Capacidad antioxidante, compuestos fenólicos y flavonoides
18
VIII. Saponinas
VIII. Minerales y Vitaminas IX.
18
Propiedades funcionales A.
20
19
Propiedades funcionales de la harina de quinua B.
21
Propiedades funcionales de la proteína de quinua C.
23
Propiedades funcionales del almidón de quinua X.
24
Usos presentes y futuros de QS Referencias
24
25
Departamento Ciencia de los Alimentos y Tecnologÿ´a Quÿ´mica, Facultad de Ciencias Quÿ´micas y
Farmacéuticas, Universidad de Chile, Vicuña Mackenna 20, Santiago, Chile
Avances en la investigación sobre alimentos y nutrición,
Volumen 58 ISSN 1043-4526, DOI: 10.1016/S1043-4526(09)58001-1
# 2009 Elsevier Inc.
Reservados todos los derechos.
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Lilian E. Abugoch James
Resumen
La quínoa (Chenopodium quinoa Willd.), que es considerada un
pseudocereal o pseudocereal, ha sido reconocida como un alimento
completo por su calidad proteica. Tiene notables propiedades
nutricionales; no solo por su contenido proteico (15%) sino también por
su gran equilibrio de aminoácidos. Es una fuente importante de minerales
y vitaminas, y también se ha descubierto que contiene compuestos como
polifenoles, fitoesteroles y flavonoides con posibles beneficios
nutracéuticos. Tiene algunas propiedades funcionales (tecnológicas)
como solubilidad, capacidad de retención de agua (WHC), gelificación,
emulsión y formación de espuma que permiten usos diversificados.
Además, se ha considerado un cultivo oleaginoso, con una interesante
proporción de omega-6 y un notable contenido en vitamina E. El almidón
de quinua tiene propiedades fisicoquímicas (como viscosidad, estabilidad
frente al congelamiento) que le otorgan propiedades funcionales con
usos novedosos. La quinoa tiene un alto valor nutricional y recientemente
se ha utilizado como un novedoso alimento funcional por todas estas propiedades; es un cult
I. INTRODUCCIÓN
La quinoa es una de las semillas consideradas como pseudocereales; es una planta
de hoja ancha que se ha utilizado como los cereales. Este cultivo fue un alimento
importante para los Incas y aún permanece como un cultivo alimenticio importante para
los pueblos Quechua y Aymara de las regiones rurales. Originaria de los Andes, la
quinua se remonta a más de 5000 años. Fue llamado ''el grano madre'' por los Incas;
sustentaba a la comunidad inca y era considerado sagrado. Esta semilla fue el principal
cultivo de las culturas precolombinas en América Latina.
Tras la llegada de los españoles, su uso, consumo y cultivo fue casi eliminado y solo
quedó en la tradición campesina.
Los granos de quinua tienen una excelente calidad alimentaria nutricional establecida,
y esa es la razón del gran interés reciente en ellos. Botánicamente, la quinua pertenece
a la clase Dicotyledoneae, familia Chenopodiaceae, género Che nopodium y especie
quinua. El nombre completo Chenopodium quinoa Willd.
(Marticorena y Quezada, 1985; Winton y Winton, 1932) incluye la abreviatura de autor
correspondiente a Carl Ludwig Willdenow. La especie Chenopodium quinoa Willd.
incluye formas de malezas domesticadas y de vida libre (Wilson, 1981, 1988).
Las especies de Chenopodium se utilizan como plantas enteras o partes de la
planta. Existe una gran diversidad en plantas e inflorescencias (Mujica y Jacobsen,
2006). El género Chenopodium incluye unas 250 especies (Bhargava et al., 2005). La
quinua es una planta anual que se encuentra en la región andina de América del Sur,
entre el nivel del mar y las alturas del altiplano boliviano, alrededor de los 4000 m sobre
el nivel del mar. Produce semillas planas de forma ovalada que generalmente son de
color amarillo pálido, pero pueden variar en color desde el rosa
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Propiedades Funcionales Nutricionales Químicas de la Quinua
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a negro. La adaptación de ciertas variedades de quinua es posible incluso bajo ambientes marginales
para la producción de semillas con alto contenido proteico y mineral (Karyotis et al., 2003). La aptitud
de la quinua para producir granos ricos en proteínas en condiciones ecológicamente extremas la
hace importante para la diversificación de la agricultura en las regiones de gran altitud del Himalaya
y las llanuras del norte de la India (Bhargava et al., 2005). Se informa que la quinua es una de las
pocas plantas cultivadas en el nivel de sal del sur de Bolivia y el norte de Chile (Jacobsen et al.,
2000; Tagle y Planella, 2002). La salinidad influye en el crecimiento de las plantas, el rendimiento y
la calidad de las semillas, incluso de cultivos halófitos como la quinua. El crecimiento de la planta, el
rendimiento total de semillas, el número de semillas, el peso fresco y el peso seco de las semillas se
reducen en presencia de salinidad. Solo a alta salinidad, el contenido de proteína aumenta en estas
semillas, mientras que el contenido de carbohidratos totales disminuye (Koyro y Eisa, 2007).
Si bien la mayor parte de la quinua todavía se cultiva en América del Sur, también se cultiva en
los EE. UU. (Colorado y California), China, Europa, Canadá e India.
También se cultiva de forma experimental en Finlandia y el Reino Unido. Cantidades cada vez
mayores se exportan al mundo desarrollado como Europa y los Estados Unidos. Actualmente se
produce en Bolivia, Perú y Ecuador; en Chile casi toda la semilla de quinua (QS) se exporta a Europa
y EE.UU. En Europa, la quinua se introdujo en Inglaterra en la década de 1970 y los proyectos de
investigación posteriores se centraron en su producción para humanos y/o como cultivo forrajero en
condiciones templadas (Jacobsen y Stlen, 1993; Jacobsen et al., 1994).
La producción de quinua se ha incrementado en los últimos 20 años, especialmente en Bolivia.
Los principales países productores son Bolivia, Perú y Ecuador, que en 2007 produjeron 61.490
toneladas, frente a las 19.000 toneladas de 1973 (FAOSTAT, 2008).
Durante 2007 la producción de quinua fue de 34.000 toneladas en Perú, 26.800 toneladas en Bolivia
y 690 toneladas en Ecuador (FAOSTAT, 2008).
La quinoa es un alimento muy interesante por sus completas características nutricionales. Es
una semilla dicotiledónea amilácea, y por lo tanto no es un cereal, por lo que se le conoce como
pseudocereal (Ahamed et al., 1998; Ando et al., 2002; Chauhan et al., 1992a,b; Lindeboom, 2005;
Oshodi et al. al., 1999; Ranhotra et al., 1993; USDA, 2005; Wright et al., 2002). Esta semilla ha
llamado la atención por la calidad y el valor nutricional de sus proteínas (Ranhotra et al., 1993). Es
rica en el aminoácido esencial lisina, lo que la convierte en una proteína más completa que muchas
verduras. No contiene gluten, por lo que puede ser consumido tanto por personas celíacas como por
aquellas que son alérgicas al trigo. La fracción oleosa de las semillas es de alta calidad y altamente
nutritiva. También es rico en hierro y magnesio y aporta fibra, vitamina E, cobre y fósforo, así como
algunas vitaminas del complejo B, potasio y zinc. La quinua tiene una capa exterior de semillas que
contiene saponinas, que son tóxicas y de sabor amargo, por lo que es necesario eliminarlas antes de
comerlas o procesarlas para la fabricación de productos alimenticios. El contenido de saponina de la
planta es una característica protectora.
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Lilian E. Abugoch James
Las semillas son pequeñas y se han usado como harina, tostadas, añadidas a
sopas o hechas en pan. Hoy en día están apareciendo en el mercado mundial
nuevos productos alimenticios con granos ancestrales, que abren nuevas
posibilidades para granos como la quinua. Con el mercado emergente de la quinua,
se espera que la tendencia del consumidor hacia los granos antiguos siga
aumentando, con el apoyo internacional de organizaciones políticas e industriales
en Europa (Tellers, 2008). Los primeros productos de quinua están comenzando a
aparecer en el mercado europeo. En 2003, Anglesey, con sede en el Reino Unido,
introdujo un sustituto de la carne de quinua refrigerada llamado Quinova. Con un
interés creciente en la diversificación de granos, la industria alimentaria en 2008
puede mostrar un cambio en sus tácticas que conduzcan a nuevas formas de
ingresos potenciales a partir de estos granos antiguos (Launois, 2008; Tellers, 2008).
Esta revisión presenta un resumen de la literatura disponible sobre la
composición, química, propiedades funcionales y nutricionales de la semilla de
quinua. La atención se centra en los macrocomponentes, que son los principales
responsables de las propiedades funcionales.
II. PROPIEDADES QUÍMICAS, NUTRICIONALES Y FÍSICAS
Los QS son un alimento completo con alto valor nutricional debido principalmente a
su alto contenido en proteína de buena calidad (Abugoch et al., 2008; Gross et al.,
1989; Mahoney et al., 1975; Oshodi et al., 1999; Ranhotra et al., 1993).
Además de su contenido proteico, se han realizado numerosos estudios sobre sus
lípidos (Koziol, 1993; Ruales y Nair, 1993), almidón (Atwell et al., 1983; Coulter y
Lorenz, 1990), minerales (Oshodi et al., 1999) y saponina (Chauhan et al., 1992a,b;
Mastebroek et al., 2000). Los QS contienen minerales y vitaminas como la vitamina
B (Koziol, 1993), vitamina C (Koziol, 1993; Lintschinger et al., 1997) y vitamina E
(Coulter y Lorenz, 1990; Ng y Anderson, 2005; Repo-Carrasco et al. ., 2003; Ruales
y Nair, 1993).
Existe una extensa literatura sobre QS que cubre diferentes aspectos, incluida
la composición de las reservas (Ando et al., 2002) y la caracterización química de
las proteínas (Abugoch et al., 2008; Brinegar y Goundan, 1993; Brinegar et al. ,
1996), composición de ácidos grasos de los aceites (Ando et al., 2002; Wood et al.,
1993) contenido mineral (Ando et al., 2002; Koziol, 1993); y valores funcionales y
nutricionales (Abugoch et al., 2008; Ogungbenle, 2003; Ogungbenle et al., 2009;
Ranhotra et al., 1993; Ruales y Nair, 1993). Sin embargo, es necesario considerar
sus saponinas, las cuales están presentes en el pericarpio de las semillas y deben
ser removidas antes de su uso y consumo.
Los biopolímeros se encuentran en partes específicas del grano (Fig. 1.1)
(Prego et al., 1998). Por ejemplo, los granos de almidón (Fig. 1.2) ocupan las
células del perispermo, mientras que los cuerpos lipídicos, los cuerpos proteicos
con cristales globoides de fitina y los proplastidios con depósitos de fitoferritina son
los componentes de almacenamiento del endospermo y los tejidos del embrión (Ando et al. , 2002;
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Propiedades Funcionales Nutricionales Químicas de la Quinua
ES
CAROLINA DEL SUR
EDUCACIÓN FÍSICA
C
C
R
F
PAGS
SA
H
FIGURA 1.1 Sección longitudinal medial de semilla de quinua que muestra el pericarpio (PE),
la cubierta de la semilla (SC), el eje del radical hipocótilo (H), los cotiledones (C), el endospermo
(EN) (solo en la región micropilar), la radícula (R) , funículo (F), apéndice del brote (SA) y
perispermo (P). Barra ¼ 500 mm. (Prego et al., 1998. Reproducido con autorización del autor).
FIGURA 1.2 Micrografías electrónicas de barrido (10 000 aumentos) de almidón de quinua (Qian y
Kuhn, 1999; Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Reproducido con autorización).
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Lilian E. Abugoch James
Prego et al., 1998). El embrión que rodea al perispermo es dicotiledóneo y forma
parte de la fracción de salvado de la semilla; tiene un alto contenido de proteínas
y lípidos, y contiene la mayor parte de las cenizas, la fibra y las saponinas
(Mastebroek et al., 2000; Varriano-Marston y DeFrancisco, 1984). La forma de QS
es similar a una esfera aplanada; su diámetro medio equivalente varía de 1,4 a 1,6
mm (Chauhan et al., 1992a,b; Vilche et al., 2003). Como se mencionó anteriormente,
los carbohidratos, las proteínas y los lípidos son el componente principal de las
semillas y son los principales responsables de las propiedades funcionales que las
han convertido en nuevos ingredientes en el desarrollo de nuevos productos.
QS puede ser muy importante para mejorar el suministro de alimentos (RepoCarrasco et al., 2003; Tellers, 2008) y como fuentes alternativas de alimentos en
otras regiones como EE. UU. y Europa (Castillo, 1995; Tellers, 2008).
tercero PROTEÍNAS
A. Aspectos químicos y nutricionales El
contenido medio de proteína informado en la literatura para QS es del 12 al 23 %
(Abugoch et al., 2008; Ando et al., 2002; Gonzalez et al., 1989; Karyotis et al.,
2003; Koziol, 1992; Ruales y Nair, 1994a,b). En comparación con los granos de
cereales, el contenido de proteína total de QS (16,3 % base seca (db)) es mayor
que el de la cebada (11 % db), el arroz (7,5 % db) o el maíz (13,4 % db), y es
comparable a la del trigo (15,4% db) (Abugoch et al., 2008; USDA, 2005). QS
contiene proteínas relativamente menores en comparación con las semillas de
leguminosas (Tabla 1.1). Se ha estudiado la composición de aminoácidos de QS
(Ranhotra et al., 1993; Repo-Carrasco et al., 2003; Ruales y Nair, 1993; Wright et al., 2002).
En relación con los granos de cereales, las proteínas de quinua (QP) son
particularmente altas en lisina, el aminoácido limitante en la mayoría de los granos
de cereales (Tabla 1.1). Su balance de aminoácidos esenciales es excelente
debido a una gama más amplia de aminoácidos que en cereales y legumbres
(Ruales y Nair, 1993), con contenidos más altos de lisina (5.1–6.4%) y metionina
(0.4–1%) (Bhargava et al. , 2003; Academia Nacional de Ciencias, 1975; Prakash
y Pal, 1998). Las QP tienen un mayor contenido de histidina que las proteínas de
cebada, soya o trigo, mientras que el contenido de metionina + cistina de la quinua
es adecuado para niños (2 a 12 años) y adultos (Tabla 1.2), es similar al de la
cebada y la soya. y menor que las cantidades en el trigo. De acuerdo con los
requisitos sugeridos por la FAO/OMS (Tabla 1.2) para un niño de 10 años, los QP
tienen niveles adecuados de aminoácidos aromáticos (fenilalanina y tirosina) y de
manera similar en contenido de histidina, isoleucina, treonina, fenilalanina, tirosina
y valina. . En comparación (Cuadro 1.2), la lisina y la leucina en QP son
aminoácidos limitantes para bebés o niños de 2 a 5 años, mientras que todos los
aminoácidos esenciales de esta proteína son suficientes según la FAO/OMS.
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Propiedades Funcionales Nutricionales Químicas de la Quinua
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TABLA 1.1 Composición de aminoácidos de la semilla de quinua, cebada, soya y trigoa
Semilla de quinua Cebada perlada Soja cruda Trigo duro
Aminoácidos
mg/g de proteína
Arginina
77.3
50.1
69.5
Ácido aspártico
80.3
62.5
136.3
Cistina Glicina
14.4
49.2
Ácido glutámico
132,1 Histidina 28,8 Isoleucina
22.1
12.1
20.5
36.2
38.6
45,5
195,1
261,2
151
35,7 Leucina 59,5 Lisina 54,2
22,5
26,7
23,5
Metionina 21,8 Fenilalanina
42
36,5
44,5
43,2
Serina 40,2 Treonina 29,8
98,2
72
82,8
Triptófano 11,8 Tirosina 18,9
37,2
57,8
36,2
Valina 42,1 Alanina 41,6
a
83.4
94
19,2
10,6
23,5
56,1
49,2
53,5
42,2
50
52,6
34
38,6
35,8
16,6
12,2
11,5
28,7
36,2
33,4
49 39
47,6
61,1
42,2
58
USDA (2005).
requisitos sugeridos para niños de 10 a 12 años. Los dos aislados de quinua estudiados
en este trabajo mostraron un buen perfil de aminoácidos y podrían ser una buena fuente
de proteínas para la alimentación de lactantes y niños.
El valor nutricional de un alimento está determinado por su calidad proteica, la cual
depende principalmente de su contenido de aminoácidos, digestibilidad, influencia de
factores antinutricionales y la proporción de triptófano a una gran proporción de
aminoácidos neutros (Comai et al., 2007).
Mahoney et al. (1975) informaron los valores de la relación de eficiencia proteica
(PER) para QP, y la calidad de la proteína de la quinua cocida fue similar a la de la caseína.
Según estos autores, el PER de la quinua cocida fue un 30% mayor que el de la quinua
cruda. Recientemente, Ranhotra et al. (1993) también concluyeron que la calidad de la
proteína en la quinua es igual a la de la caseína.
Gross et al. (1989) reportaron una alta digestibilidad aparente y un alto PER de QS
lavado; encontraron que el PER es casi igual al de la caseína.
La digestibilidad de las proteínas en la quinua cruda lavada fue descrita por Ruales y
Nair (1993), quienes encontraron 83% (caseína, 91%). Ambos informes (Gross et al.,
1989; Ruales y Nair, 1993) mostraron que es necesario eliminar las saponinas para
aumentar la digestibilidad.
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TABLA 1.2 Comparación del contenido de aminoácidos esenciales de la cebada, el maíz y el trigo con los requisitos sugeridos por la FAO/OMS
cebada
Semilla de quinua
perlada
Aminoácidos
Soja rawa Trigo duruma Requisitos sugeridos por la FAO/ OMSb
2–5 años 10–12 años
mg/g de proteína
Adulto
histidina
28.8
22.5
27.6
23.5
19
19
isoleucina
35.7
36.5
44.5
38,9
28
28
13
leucina
59.5
98.2
72
68.1
66
44
19
Lisina
54,2
37,2
57,8
22,1
58
44
dieciséis
Metionina y
36,2
41,3
28,9
22,7
25
22
17
Fenilalanina y
60,9
84.7
84.8
85,9
63
22
19
Tirosina
Treonina
29,8
34
38,6
26,7
34
28
11,4
16,6
12
12,8
11
42,1
49
57,1
41,6
35
dieciséis
Cistina
triptofano
Valina
a
b
USDA (2005).
Friedman y Brandon (2001).
9
5
9 25
13
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Propiedades Funcionales Nutricionales Químicas de la Quinua
9
La digestibilidad de las proteínas puede aumentar con un tratamiento térmico adecuado
(Ruales y Nair, 1993). López de Romana et al. (1981) encontraron que la digestibilidad de
QS es el factor limitante en la utilización de proteínas y energía, y que la molienda mejora
significativamente la digestibilidad de grasas y carbohidratos. Lorenz y Coulter (1991)
obtuvieron sémola de maíz con diferentes niveles de quinua y encontraron que la adición
de quinua producía productos extruidos que eran más altos en proteína que los productos
de sémola de maíz, pero tenían una digestibilidad in vitro algo más baja.
La importancia de la fracción no proteica de triptófano se debe a que es la única que
puede entrar al cerebro y se absorbe más fácilmente, por lo que garantiza una mayor
cantidad disponible para ser captada por el sistema nervioso central. Por lo que el
contenido de triptófano de las QP es similar al del trigo, pero superior al de otros cereales
(Comai et al., 2007). El triptófano libre en la harina de quinua tiene valores similares a los
del trigo y la avena; inferiores a las de la cebada y el mijo perla, pero superiores a las del
arroz, el maíz y el centeno (Comai et al., 2007).
B. Biopéptidos activos
Aluko y Monu (2003) obtuvieron biopéptidos activos por hidrólisis enzimática y sugieren
que los péptidos de cadena corta son más activos que los de cadena larga. Los péptidos
de bajo peso molecular poseen un mayor potencial que los péptidos de alto peso molecular
como agentes antihipertensivos o como compuestos que reducen la cantidad de radicales
libres.
C. Aspectos estructurales
QS, al igual que las de otras plantas, almacena proteínas en el embrión para proporcionar
nutrientes para el crecimiento y desarrollo (Herman y Larkins, 1999). En el área de
alimentos, las proteínas almacenadas en las semillas son la fuente de las proteínas
consumidas directamente como alimento por los humanos (Shewry et al., 1995). Las
proteínas almacenadas proporcionan componentes básicos para un rápido crecimiento
tras la germinación de semillas y polen (Herman y Larkins, 1999). Osborne (1924) introdujo
una clasificación de las proteínas vegetales en función de su solubilidad en una serie de
disolventes, como las albúminas en agua y las globulinas en solución salina.
Las albúminas y las globulinas representan las principales proteínas de almacenamiento
en QS (Brinegar y Goundan, 1993; Brinegar et al., 1996). Las proteínas QS han sido
caracterizadas electroforéticamente por diferentes autores (Abugoch et al., 2008; Brinegar
and Goundan, 1993; Brinegar et al., 1996; Fairbanks et al., 1989). Fairbanks et al. (1989)
demostraron que los polipéptidos QS pueden clasificarse como albúmina o globulina.
Cantidades insignificantes de proteína estaban presentes en la fracción de prolamina, y
todos los polipéptidos en la fracción de glutelina tenían movilidades electroforéticas
idénticas a las de las albúminas y las globulinas (Fairbanks et al., 1989).
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Lilian E. Abugoch James
Brinegar y Goundan (1993) caracterizaron específicamente las proteínas de
almacenamiento de semillas individuales aislando y caracterizando la proteína de
almacenamiento de semillas 11S, a la que denominan quenopodina. La globulina 11S
es una proteína hexamérica que consta de seis pares de subunidades ácidas y
básicas, con cada par de subunidades conectadas por un enlace disulfuro; las
similitudes de secuencia de seis regiones de unión sugieren que el hexámero 11S de
la quinua tiene una estructura similar a la glicinina (Barrett, 2006). Chenopodin, una de
las principales fracciones de proteínas de almacenamiento (37% de la proteína total),
es una proteína oligomérica con una estructura cuaternaria que se purificó mediante filtración en gel (32
(Brinegar y Goundan, 1993). La globulina de quinoa está formada por monómeros o
subunidades, cada una de las cuales consta de un polipéptido básico y uno ácido, con
una masa molecular de 20–25 y 30–40 kDa, respectivamente, unidos por enlaces
disulfuro (Abugoch et al., 2008; Brinegar y Goundan , 1993).
Brinegar y Goundan (1993) determinaron la composición de aminoácidos de los
polipéptidos A y B y la compararon con la composición de la quenopodina nativa.
Chenopodin tiene un alto contenido de glutamina, ácido glutámico, asparaginas, ácido
aspártico, arginina, serina, leucina y glicina. Según la proteína de referencia de la FAO
(FAO, 1973), la quenopodina cumple con los requisitos de leucina, isoleucina y
fenilalanina + tirosina.
La otra proteína principal (35% de la proteína total) es una proteína de tipo 2S
también conocida como albúmina según Osborne (1924); con una masa molecular de
8-9 kDa. Brinegar et al. (1996) reportaron para la fracción de proteína 2S de quinoa
purificada una colección electroforéticamente heterogénea de polipéptidos que tienen
una masa molecular de 8–9 kDa en condiciones reductoras. La composición de
aminoácidos de esta proteína mostró que es alta en cisteína, arginina e histidina
(Brinegar et al., 1996).
IV. CARBOHIDRATOS
A. Composición, propiedades físicas, químicas y estructurales Los carbohidratos
se pueden clasificar según su grado de polimerización en tres grupos principales:
azúcares (monosacáridos, disacáridos, polioles), oligosacáridos y polisacáridos
(almidones y no almidonados)
(FAO, 1998). La Tabla 1.3 presenta la composición de carbohidratos de QS, cebada y
arroz. El contenido de carbohidratos (por diferencia, db) de QS es comparable al de la
cebada y el arroz. El almidón es el principal componente de los carbohidratos de la
quinua y está presente entre el 32 % y el 69,2 % (Ahamed et al., 1998; Ando et al.,
2002; Chauhan et al., 1992a,b; Lindeboom, 2005; Oshodi et al. ., 1999; Ranhotra et
al., 1993; USDA, 2005; Wright et al., 2002).
Además, la fibra dietética total de la quinua es cercana a la de los cereales (7–9,7 %
db), y el contenido de fibra soluble se reporta entre 1,3 % y 6,1 % (db)
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Propiedades Funcionales Nutricionales Químicas de la Quinua
TABLA 1.3 Composición de carbohidratos de la semilla de quinua, arroz y cebada (% base seca)
Quinua
Arroz
cebada
73,6a –74b
79.2
77.7
2.8
15.6
Hidratos de carbono por diferencia
Almidón
52,2a –69,2c
Dieta total de fibra
Fibra insoluble
–8,4d 6,1c –
Fibra soluble
1,3d 2,9d
7a –9,7d 6,8c
Azúcar
a
b
C
d
0.8
Datos de USDA (2005).
Datos de Wright et al. (2002).
Datos de Mundigler (1998).
Datos de Ranhotra et al. (1993).
(Cuadro 1.3). Finalmente, hay alrededor de un 3% de azúcares simples (Ranhotra et al., 1993). Los
azúcares individuales presentes en la quinua son en su mayoría maltosa, seguida de D-galactosa y Dribosa, y también contiene fructosa y glucosa (Oshodi et al., 1999).
Los carbohidratos cumplen una función nutricional básica y pueden tener diferentes efectos fisiológicos
en la salud, tales como: provisión de energía, efectos sobre la saciedad/vaciado gástrico, control de la
glucosa en sangre y metabolismo de la insulina; glicosilación de proteínas; metabolismo del colesterol y
los triglicéridos (FAO, 1998). Los carbohidratos de la quinua pueden considerarse un alimento nutracéutico
porque tienen efectos hipoglucemiantes beneficiosos e inducen la reducción de los ácidos grasos libres.
Estudios realizados en personas con enfermedad celíaca demostraron que el índice glucémico de la quinua
era ligeramente inferior al de la pasta y el pan sin gluten (Berti et al., 2004). Además, la quinua indujo
niveles más bajos de ácidos grasos libres que la pasta sin gluten y concentraciones significativamente más
bajas de triglicéridos en comparación con el pan sin gluten (Berti et al., 2004). Se han informado algunos
efectos nutracéuticos de la quinua, pero eso requiere más estudio (Berti et al., 2004).
La digestibilidad in vitro (a-amilasa) del almidón de quinua crudo fue del 22 %, mientras que la de las
muestras esterilizadas en autoclave, cocidas y secadas en tambor fue del 32 %, 45 % y 73 %,
respectivamente (Ruales y Nair, 1994a). Las saponinas no afectaron la digestibilidad del almidón. El
contenido total de fibra dietética en la harina de quinua se ve afectado por el tratamiento térmico, mientras
que la fracción de fibra dietética insoluble no cambia con el tratamiento térmico (Ruales y Nair, 1994b).
1. Estructura del almidón de quinua El
almidón ocupa el segundo lugar después de la celulosa en abundancia natural, y es la principal reserva de
energía en las plantas. Las fuentes más importantes de almidón son los cereales, las legumbres y los
tubérculos. Los polímeros de glucosa que componen el almidón vienen en dos formas moleculares, lineales
y ramificadas. El primero se refiere
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TABLA 1.4 Composición de almidón de quinua, arroz, cebada (% base seca)
Quinuaa,b,c,d
Arroz
Cebadaf
1–45
amilosa
3,5–22,5
7,4–29,8
amilopectina
77,5
61
a
Tang et al. (2002).
Qian y Kuhn (1999).
Tari et al. (2003).
d
Lindeboom (2005).
Tukomane y Varavinit (2008). f
Morrison et al. (1986).
b
C
mi
a como amilosa y esta última como amilopectina. En la naturaleza, la aD-glucosa se usa
para formar los polímeros de almidón (Murphy, 2000). El almidón de quinua se compone de
dos polisacáridos: amilosa y amilopectina. En los almidones nativos, el contenido de pérdida
de amy es del 20 al 30 % y el contenido de amilopectina es del 70 al 80 %. El contenido de
pérdida de amy (Cuadro 1.4) del almidón de quinua varía entre el 3 % y el 20 % (Inouchi et
al., 1999; Lindeboom, 2005; Praznik et al., 1999; Qian y Kuhn, 1999; Tang et al., 2002;
Watanabe et al., 2007). La fracción de amilosa del almidón de quinua es baja, similar a la de
algunas variedades de arroz y superior a la de algunas variedades de cebada (Morrison et
al., 1986) (Cuadro 1.4).
El almidón de quinua tiene una masa molar promedio de 11.3 106 g/mol, un valor más
bajo que el del almidón de maíz ceroso (17.4 106 g/mol) o el almidón de arroz (0.52–1.96
108 g/mol) (Park et al., 2007; Praznik et al., 1999), y superior a la del almidón de trigo (5,5
106 g/mol) (Praznik et al., 1999). El almidón de quinua es altamente ramificado, con un
grado mínimo de polimerización de 4600 unidades de glucano, un máximo de 161 000 y un
promedio ponderado de 70 000 (Praznik et al., 1999). La longitud de la cadena puede
depender del origen botánico del almidón, pero será del orden de 500 a 6000 unidades de
glucosa.
Según Tang et al. (2002) el grado promedio numérico de polimerización de la amilosa de la
quinua (900) es menor que el de la cebada (1.700). La amilosa tiene un promedio de 11,6
cadenas por molécula.
La amilopectina es una de las moléculas más grandes de la naturaleza. Se han
informado muy pocos resultados sobre el peso molecular de la amilopectina de cereales
porque los almidones de cereales son difíciles de disolver en agua y pueden degradarse
fácilmente. En la literatura, la amilosa se determina directamente, pero la amilo pectina solo
por diferencia. En el almidón de quinua el contenido de amilopectina según Tari et al. (2003)
es del 77,5%. La fracción de amilopectina es alta y comparable a la de algunas variedades
de arroz (Tukomane y Varavinit, 2008) (Cuadro 1.4). La amilopectina de quinua tiene una
distribución de longitud de cadena única como amilopectina cerosa, con 6700 unidades de
glucano para la fracción de amilopectina del almidón de quinua (Tang et al., 2002).
La amilopectina de la quinua, como la del amaranto y el trigo sarraceno, contiene una
gran cantidad de cadenas cortas de 8 a 12 unidades y una pequeña cantidad de cadenas
más largas de 13 a 20, en comparación con los almidones de endospermo de otras especies.
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Propiedades Funcionales Nutricionales Químicas de la Quinua
13
TABLA 1.5 Tamaño de gránulos de almidones de quinua, amaranto, arroz, cebada (mm)
a
b
C
d
mi
Quinua
Amaranto
Arroz
Cebada
0.6a –2b ,c
1–2c
3–8 días
2–3 y 12–32e
Ruales y Nair (1993).
Tang et al. (2002).
Qian y Kuhn (1999).
Clédat et al. (2004).
Lindeboom et al. (2004).
cereales (Inouchi et al., 1999). Los glucanos de quinua fueron clasificados por Praznik et al. (1999)
como glucano ramificado de cadena corta de tipo amilopectina.
El tamaño de los gránulos afecta las características fisicoquímicas del almidón.
El tamaño y la forma de los gránulos están relacionados con la fuente biológica de la que se aísla el
almidón. En general, el tamaño de los gránulos puede variar desde menos de 1 mm hasta más de 100
mm según Lindeboom et al., 2004, quienes definieron las siguientes clases según el tamaño: grandes
(>25 mm), medianos (10-25 mm), gránulos pequeños (5–10 mm) y muy pequeños (<5 mm). El almidón
de quinua tiene un tamaño de gránulo muy pequeño y se ha informado que es de 1–2 mm (Ando et
al., 2002; Atwell et al., 1983; Chauhan et al., 1992a,b; Lindeboom, 2005; Lorenz, 2006; Qian y Kuhn,
1999; Tang et al., 2002; Tari et al., 2003).
La Tabla 1.5 muestra tamaños de gránulos de diferentes orígenes, mostrando que el almidón de
quinua es comparable al del amaranto y más pequeño que el del arroz o la cebada. El almidón de
quinua tiene gránulos pequeños y se puede usar para producir una textura cremosa y suave que
exhibe propiedades similares a las grasas, o se puede incorporar en biopelículas (Lindeboom et al.,
2004).
La Figura 1.2 muestra la forma poligonal del almidón de quinua por microscopía electrónica de
barrido (SEM) (Lindeboom, 2005; Qian y Kuhn, 1999; Wang et al., 2003), similar a la del almidón de
amaranto y arroz (Kong et al., 2009). ; Qian y Kuhn, 1999). Según Ruales y Nair (1994a) el almidón
en QS también tiene gránulos poligonales y encontraron que las partículas pueden estar presentes
solas y como agregados esféricos. Los agregados de gránulos de almidón de 20–30 mm de diámetro
se empaquetan en el perispermo de la quinua (Ando et al., 2002).
Se han utilizado estudios de difracción de rayos X para explicar la estructura del almidón completo
y la amilosa. Los gránulos de almidón, dependiendo de su origen botánico, la relación amilosa/
amilopectina y la longitud de la rama de amilopectina, muestran tres tipos de patrones de difracción
de rayos X, asociados con diferentes formas polimórficas cristalinas: tipo A (cereal), tipo B (tubérculos) ,
y tipo C (cristales A y B coexistiendo en el gránulo) (Lopez-Rubio et al., 2008; Qian y Kuhn, 1999). El
almidón de quinua presenta los típicos reflejos del patrón de difracción de rayos X A en ángulos de
15,3, 17, 18, 20 y 23,4 2y; característica de los almidones de cereales (López-Rubio et al., 2004; Qian
y Kuhn, 1999; Watanabe et al., 2007). El grado de cristalinidad relativa está entre el 35% y el 43%
(Qian y Kuhn, 1999; Tang et al., 2002; Watanabe et al., 2007).
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Lilian E. Abugoch James
La cristalinidad relativa del almidón de quinua se ha descrito como más alta que la del
almidón de cebada normal, más baja que la del almidón de amaranto y similar a la del
almidón de cebada cerosa (Qian y Kuhn, 1999; Tang et al., 2002).
Para cada tipo de gránulo de almidón es posible encontrar un termograma característico
por calorimetría diferencial de barrido (DSC). Los termogramas de almidón de quinua
muestran dos transiciones térmicas; uno para la gelatinización del almidón y otro para el
complejo amilosa-lípido (Ruales y Nair, 1994b; Tang et al., 2002). Las propiedades de
gelatinización del almidón están relacionadas con una variedad de factores que incluyen el
tamaño, la proporción y el tipo de organización cristalina y la ultraestructura del gránulo de
almidón. El almidón de quinua se gelatiniza a una temperatura relativamente baja (T0 = 46,1–
57,4 C, Tp = 54,2– 61,9 C, Tc = 66,2–68,5 C) (Inouchi et al., 1999). La primera transición
térmica da la temperatura de gelatinización, y ha sido reportada entre 62.6 y 67 C (Qian y
Kuhn, 1999; Ruales y Nair, 1994b; Tang et al., 2002). Para esta transición la entalpía
reportada para el almidón de quinua está entre 1,66 y 12,2 J/g (Qian y Kuhn, 1999; Tang et
al., 2002). Las propiedades térmicas comparativas se presentan en la Tabla 1.6. Se muestra
que el almidón de quinua tiene una temperatura de gelatinización similar a la del almidón de
amaranto y superior a la del almidón de arroz. Según Lindeboom (2005), las temperaturas de
inicio y pico de gelatinización de los almidones de quinua oscilaron entre 44,6 y 53,7 C y
entre 50,5 y 61,7 C, respectivamente, y las entalpías de gelatinización entre 12,8 y 15 J/g de
almidón seco. Las temperaturas de gelatinización dependen positivamente del contenido de
amilosa (Lindeboom, 2005; Youa e Izydorczyk, 2007). Los almidones de quinua exhibieron
temperaturas de gelatinización más bajas que los almidones de cebada cerosa y amaranto
(Qian y Kuhn, 1999; Youa y Izydorczyk, 2007).
Qian y Kuhn (1999) informan sobre las propiedades de pasta del almidón de quinua y
muestran una temperatura de pasta de 66,8 C, comparable a los valores de pasta del almidón
de quinua (63–64 C) informados por Lindeboom (2005).
TABLA 1.6 Propiedades térmicas de algunos almidones
Quinuaa,b
cebada cerosa
Amaranta
Entalfia de gelatinización
1.66–15
14.8
2.58
DH (J/g)
T0 C
44,6–59,9
66.4
66,3
Tp C
Tc C
a
54,5–69,3
74,5
71–86,4
86,9
Qian y Kuhn (1999).
Lindeboom (2005).
C
Youa y Izydorczyk (2007).
T0: Temperatura de inicio de gelatinización (C). Tp: Temperatura pico de gelatinización (C). Tc: Temperatura de
conclusión de gelatinización (C).
b
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Rapid Visco Analysis (RVA) muestra la característica de pasta normal de los almidones de
cereales y raíces (Qian y Kuhn, 1999). Finalmente, el almidón de quinua tiene una excelente
estabilidad ante los procesos de congelación y retrogradación (Ahamed et al., 1998). El almidón
de quinua puede verse afectado por el tratamiento térmico, mostrando cambios en el grado y
extensión de la degradación (Ruales y Nair, 1994b).
V. LÍPIDOS Y COMPUESTO LIPÍDICO
A. Composición, propiedades nutricionales Las QS han
sido consideradas un cultivo alternativo de oleaginosas debido a su fracción lipídica (Koziol,
1993). Además del alto contenido y la buena calidad biológica de sus proteínas, los QS tienen
una interesante composición lipídica de alrededor de 1,8 a 9,5% (Koziol, 1993; Masson y Mella,
1985; Oshodi et al., 1999; Ranhotra et al., 1993; Ryan et al., 2007; USDA, 2005; Wood et al.,
1993).
La quinua tiene un contenido de aceite (7% base seca) mayor que el maíz (4,9% base seca) e
inferior a la soya (20,9% base seca) (Koziol, 1993; USDA, 2005). Los análisis citoquímicos y
ultraestructurales informados por Prego et al. (1998) muestran que los cuerpos lipídicos son los
componentes de almacenamiento de las células del endospermo y los tejidos del embrión (Fig.
1.3).
Según Przybylski et al. (1994), los lípidos QS contienen altas cantidades de lípidos neutros
en todas las fracciones de semillas analizadas. Los triglicéridos son la fracción principal presente
y representan más del 50% de los lípidos neutros.
Los diglicéridos están presentes en las semillas enteras y aportan el 20% de la fracción lipídica
neutra. La lisofosfatidil etanolamina y la fosfatidilcolina son los más abundantes (57%) de los
lípidos polares totales (Przybylski et al., 1994). Algunos investigadores han caracterizado la
composición de ácidos grasos de los lípidos de la quinua (Tabla 1.7) de la siguiente manera:
saturado total 19–12,3%, principalmente ácido palmítico; 25–28,7 % de monoinsaturados totales,
principalmente ácido oleico, y 58,3 % de poliinsaturados totales, principalmente ácido linoleico
(alrededor del 90 %) (Masson y Mella, 1985; Oshodi et al., 1999; Ranhotra et al., 1993; Ryan et
al. , 2007; USDA, 2005; Wood et al., 1993). Los ácidos grasos omega-6 y omega-3 son ácidos
grasos esenciales porque no pueden ser sintetizados por los humanos, quienes deben obtenerlos
de los alimentos. Los ácidos grasos esenciales se metabolizan a ácidos grasos de cadena más
larga de 20 y 22 átomos de carbono. El ácido linoleico se metaboliza a ácido araquidónico y el
ácido linolénico a ácido eicosapentaenoico (EPA) y ácido docosahexaenoico (DHA). EPA y DHA
desempeñan funciones importantes en el metabolismo de las prostaglandinas, la trombosis y la
aterosclerosis, la inmunología y la inflamación, y la función de la membrana (Simopoulos, 1991;
Youdim et al., 2000). El perfil de ácidos grasos de QS es similar al aceite de maíz y soja (Koziol,
1992; Oshodi et al., 1999; Youdim et al., 2000).
Los ácidos grasos esenciales son ácidos importantes, como los ácidos linoleico y linolénico, que
son sustratos necesarios en el metabolismo animal. Ácido linoleico (C18:2)
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dieciséis
Lilian E. Abugoch James
PB
L
Urgencias
FIGURA 1.3 Micrografías electrónicas de transmisión de secciones del endospermo.
Una sección ampliada de una célula del endospermo que muestra cuerpos lipídicos
(L) y cuerpos proteicos (PB), junto al retículo endoplásmico (Prego et al., 1998.
Reproducido con autorización del autor).
es uno de los ácidos grasos poliinsaturados (PUFA) más abundantes identificados en QS;
Los PUFA tienen varios efectos positivos sobre las enfermedades cardiovasculares
(Abeywardena et al., 1991; Keys y Parlin, 1966) y mejoran la sensibilidad a la insulina
(Lovejoy, 1999). La fracción oleosa de QS tiene alta calidad y es altamente nutritiva, en base
a que tiene un alto grado de insaturación, con un índice de poliinsaturación de 3,9-4,7.
En esta fracción, no solo la composición de ácidos grasos es importante.
Otra característica importante es la presencia natural de una gran cantidad de vitamina E (atocoferol), 0,59-2,6 mg/100 g en las semillas (Coulter y Lorenz, 1990; Ryan et al., 2007;
USDA, 2005), que actúa como una defensa natural contra la oxidación de lípidos (Ng et al.,
2007). Este hecho podría conducir a un aceite muy estable de QS, con vitamina E actuando
como un antioxidante natural.
Se ha informado que el contenido de (b þ g)-tocoferol en la harina integral de quinua es de
3,1 a 5,5 mg/100 g (Ruales y Nair, 1993; Ryan et al., 2007). La estabilidad química de los
lípidos en la harina de quinua fue estudiada por Ng et al. (2007), quien
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Propiedades Funcionales Nutricionales Químicas de la Quinua
TABLA 1.7 Composición de ácidos grasos de la grasa cruda de aceite de semilla de quinua, maíz y soya
Ácido graso
Quinua
soja
Maíz
Saturado
Mirístico C14:0
palmítico C16:0
0,1–2,4
Trazas
Trazas
9,2–11,1
10.7 3.6
10.7 2.8
Esteárico C18:0
0,6–1,1
Monoinsaturado
–
–
Miristoleico C14:1
Palmitoleico C16:1
1 0,2–
0.2
trazos
Oleico C18:1
1,2 22,8–29,5
22
26.1
Linoleico C18:2 (n 6)
48,1–52,3
56
57.7
Linolénico C18:3 (n 3)
4.6–8
7
2.2
Poliinsaturados (PUFA)
a
Masson y Mella (1985).
b USDA (2005).
encontraron que los lípidos se mantuvieron estables durante 30 días, y esta estabilidad se debe
a la vitamina E presente de forma natural.
El escualeno y los fitoesteroles son componentes presentes en la fracción lipídica
insaponificable de los alimentos (como tocoferoles). El escualeno es un intermediario en la
biosíntesis del colesterol y se encontraron 33,9–58,4 mg/100 g en la fracción lipídica de la quinua
( Jahaniaval et al., 2000; Ryan et al., 2007); el escualeno es el precursor bioquímico de toda la
familia de los esteroides, y además de su eficaz actividad antioxidante, los tocotrienoles tienen
otras funciones importantes, en particular en el mantenimiento de un sistema cardiovascular
saludable y un posible papel en la protección contra el cáncer (Nesaretnam, 2008).
El escualeno se usa como bactericida y como intermediario en muchos productos farmacéuticos,
colorantes orgánicos, productos químicos para el caucho y agentes de superficie activa (Ahamed
et al., 1998).
Los fitoesteroles son componentes naturales de las membranas celulares de las plantas que
abundan en aceites vegetales, semillas y granos. Los fitoesteroles tienen diferentes efectos
biológicos, como actividad antiinflamatoria, antioxidante, anticancerígena y capacidad para reducir
el colesterol (Moreau et al., 2002).
Los niveles de fitoesteroles de QS informados por Ryan et al. (2007) fueron b-sitosterol 63,7 mg/
100 g, campesterol 15,6 mg/100 g y estigmasteroles 3,2 mg/100 g, que son los esteroles
vegetales más abundantes. Estos niveles son más altos que en semillas de calabaza, cebada y
maíz, pero más bajos que en lentejas, garbanzos o semillas de sésamo (Ryan et al., 2007). Las
dosis recomendadas de fitoesteroles libres son de 0,8 a 1,0 g de equivalentes por día, incluidas
las fuentes naturales, y son componentes dietéticos importantes para reducir el colesterol de
lipoproteínas de baja densidad (LDL) y mantener una buena salud cardíaca (Berger et al., 2004).
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VI. CAPACIDAD ANTIOXIDANTE, COMPUESTOS FENÓLICOS Y
FLAVONOIDES
Zhu et al. (2001) han aislado seis glucósidos de flavonol de QS; estos compuestos
exhibieron capacidad antioxidante, lo que sugiere que los QS pueden servir como una
buena fuente de agentes secuestrantes de radicales libres. Gorinstein et al. (2008)
reportaron un contenido de taninos de 0.051% db para la quinua, valor comparable al del
amaranto. Los contenidos informados (db) fueron 251,5 mg/g de ácido ferúlico, 0,8 mg/g
de ácido p-cumárico y 6,31 mg/g de ácido cafeico (Gorinstein et al., 2008). Estos autores
encontraron valores antioxidantes expresados como potencial antioxidante total de captura
de radicales (TRAP), poder antioxidante reductor de iones férricos (FRAP), capacidad
antioxidante reductora de cúprico (CUPRAC) y óxido nítrico (NO). El valor TRAP para la
quinua fue de 251 nM mL1 en extracto de acetona y 1,686 nM mL1 en extracto acuoso, el
valor de FRAP fue de 2,3 mM trolox equivalente g1 , el valor de CUPRAC de 5 mM trolox
a
equivalente g1 ; y 32% de NO.
Gorinstein et al. (2008) demostraron que la quinua tiene mayor actividad antioxidante que
algunos cereales (arroz y trigo sarraceno).
VIII. SAPONINAS
Las saponinas son un amplio grupo de glucósidos que se encuentran en las plantas; su
nombre proviene del género de plantas Saponaria, cuya raíz se usaba como jabón (sapo,
onis ¼ de jabón) (Sparg et al., 2004); por lo que son solubles en agua y forman soluciones
espumantes. Las saponinas son glucósidos esteroides o triterpenoides, y estos últimos se
encuentran más comúnmente en los cultivos (Francis et al., 2002). Estos compuestos
tienen un sabor amargo y se consideran tóxicos en grandes cantidades.
Están presentes en toda la planta de quinua; donde su función natural es defender la
planta del medio externo. En general, las QS contienen saponinas en la cubierta de la
semilla (excepto las variedades dulces, sin saponina o con un contenido inferior al 0,11%).
Las saponinas son el principal factor antinutricional presente en la cubierta de semillas
(Ruales y Nair, 1994a,b); Los estudios en ratas revelaron que los animales alimentados
con dietas de quinua sin lavar mostraron daños en el crecimiento y una eficiencia de
conversión de alimentos reducida (Gee et al., 1996). De acuerdo con su estructura química,
las saponinas se pueden eliminar parcialmente lavando con agua (Chauhan et al., 1999),
pero incluso después del lavado, queda algo de saponina en la semilla. Zhu et al. (2002)
recomendaron el uso de agua ligeramente alcalina en lugar de agua neutra para eliminar
los QS. Brady et al. (2007) informaron que el sabor amargo impartido por las saponinas
podría reducirse potencialmente mediante procesos de extrusión y tostado.
Las saponinas son compuestos que contienen cadenas de azúcar y una aglicona
triterpenoide (sapogenina) en su estructura (Sparg et al., 2004). Se clasifican según el
número de cadenas de azúcar en su estructura como
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19
mono, di o tridesmosídico. Se han identificado cuatro estructuras principales de
sapogeninas en la quinua: ácido doleanólico, hederagenina, ácido fitolacagénico y 30-ometilespergulagenato (Zhu et al., 2002). Los principales carbohidratos son glucosa,
arabinosa y galactosa. Además, se han aislado 20 saponinas triterpénicas de diferentes
partes de Chenopodium quinoa (flores, frutos, cubiertas de semillas y semillas)
(Kuljanabhagavad et al., 2008; Zhu et al., 2002).
El contenido de sapogenina en semillas de genotipos dulces varió de 0,02% a 0,04%
y en semillas de genotipos amargos de 0,14% a 2,3% (Mastebroek et al., 2000; Gu¨ c¸lu¨U¨ stu¨ndagÿ y Mazza , 2007). Estos valores son superiores a los de soja y avena, pero
inferiores a los de arveja verde y yuca (Gu¨ c¸lu¨-U¨ stu¨ndagÿ y Mazza, 2007).
Las saponinas se han considerado tóxicas para diferentes organismos. Meyer et al.
(1990) encontraron toxicidad para los camarones en salmuera. Woldemichael y Wink
(2001) encontraron saponinas monodesmósido hemolíticamente activas. La hemólisis
puede producirse por la interacción de las saponinas con las membranas, produciendo
poros que conducen a la ruptura de las mismas (Seeman et al., 1973).
Kuljanabhagavad et al. (2008) describieron principalmente saponinas con un grupo
aldehído como citotóxicas en la línea celular HeLa (adenocarcinoma de cuello uterino).
Las saponinas han mostrado actividad insecticida, antibiótica, fungicida y
farmacológica. Woldemichael y Wink (2001) encontraron cinco saponinas de quinua
(glucósidos de ácido oleanólico y hederagenina) que mostraron cierta actividad antifúngica
sobre Candida albicans; Stuardo y San Martín (2008) encontraron una mayor actividad
antifúngica contra Botrytis cinerea con saponina de quinua tratada con álcali.
En la actualidad se han estudiado las saponinas porque se han descrito diferentes
propiedades beneficiosas para la salud. Las saponinas poseen una amplia variedad de
efectos biológicos: actividad analgésica, antiinflamatoria, antimicrobiana, antioxidante,
antiviral y citotóxica, efecto sobre la absorción de minerales y vitaminas y sobre el
crecimiento animal, efectos hemolíticos e inmunoestimuladores, aumento de la
permeabilidad de la mucosa intestinal acción neuroprotectora y reducción de la absorción
de grasas (Gu¨ c¸lu¨-U¨ stu¨ndagÿ y Mazza, 2007). Sin embargo, las propiedades biológicas
de las saponinas de quinua requieren más estudio.
Finalmente, las saponinas tienen importancia comercial-industrial ya que son
utilizado en la preparación de jabones, detergentes y champús.
VIII. MINERALES Y VITAMINAS
Los QS también son ricos en micronutrientes como minerales y vitaminas.
La Tabla 1.8 muestra el contenido mineral de QS y harina de quinua. Los principales
minerales son potasio, fósforo y magnesio (Tabla 1.8). Según la Academia Nacional de
Ciencias (2004) el magnesio, manganeso, cobre y hierro presentes en 100 g de QS cubren
las necesidades diarias de
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TABLA 1.8 Composición mineral semilla de quinua entera, semilla de quinua descascarada, harina de quinua,
avena, cebada (mg/100 g)
Entero QSa Descascarado QSa Harina de quinuab,c Avena cebadad
Calcio 86,3 Fósforo 411
55,1
70–86
Potasio 732 Magnesio 502
Hierro 15 Manganeso
404,9
22–462
58 29 734
221 566 280
656
714–855
235 79 5,4
2,5
Cobre Zinc Sodio
467,9
161–232
5,6 1,3 0,4
14,2
2,6–6,3
0,4 3,11
no.
no.
3,5 0,7–
no.
no.
7,6 3,2–
4
4
3,8 2,7–
no.
no.
93
2.1
4
9
a
Konishi et al. (2004).
Ranhotra et al. (1993).
Oshodi et al. (1999).
d
USDA (2005).
nr: no informado.
b
C
bebés y adultos, mientras que el contenido de fósforo y zinc en 100 g es suficiente para
los niños, pero cubre el 40-60% de las necesidades diarias de los adultos. El contenido de
potasio puede aportar entre el 18% y el 22% de los requerimientos de lactantes y adultos,
mientras que el contenido de calcio puede aportar el 10% de los requerimientos. Sin
embargo, el contenido mineral de QS es más alto que el de cereales como la avena
(excepto el fósforo) o la cebada, especialmente el de potasio, magnesio y calcio (Tabla
1.8).
En su investigación, Konishi et al. (2004) encontraron que la abrasión de QS (para la
eliminación de saponina) causó específicamente una disminución en el contenido de calcio.
Por otro lado, encontraron que la distribución de minerales en QS reveló que el fósforo y
el magnesio estaban localizados en el tejido embrionario, mientras que el calcio y el
potasio estaban presentes en el pericarpio (Tabla 1.8).
El contenido vitamínico (Cuadro 1.9) también es interesante, ya que los QS tienen
altos niveles de vitamina B6 y folato total, cuyas cantidades en 100 g pueden cubrir los
requerimientos de niños y adultos. El contenido de riboflavina en 100 g aporta el 80% de
las necesidades diarias de los niños y el 40% de las de los adultos (National Academy of
Sciences, 2004). El contenido de niacina no cubre las necesidades diarias, pero es
beneficiosa en la dieta. Los valores de tiamina en la quinua son más bajos que los de la
avena o la cebada, pero los de niacina, riboflavina, vitamina B6 y folato total son más altos
(Ranhotra et al., 1993; USDA, 2005).
IX. PROPIEDADES FUNCIONALES
Las propiedades funcionales de los biopolímeros alimentarios son importantes en la
formulación y fabricación de productos alimenticios, porque sus propiedades tecnológicas
dependen del uso de biopolímeros. Estas propiedades son
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Propiedades Funcionales Nutricionales Químicas de la Quinua
TABLA 1.9 Composición vitamínica harina de quinua, avena, cebada (mg/100 g)
a
b
harina de quinuaa,b
avenab
Cebadab
tiamina
0,29–0,36
0,763
0,191
Riboflavina
0,30–0,32
0,139
0,114
niacina
1,24–1,52
0,961
4,604
B6
0,487b
0,119
0,260
Folato total
0,184b
0,056
0,023
Ranhotra et al. (1993).
USDA (2005).
relacionados con la interacción con el agua, como la capacidad de retención de agua (WHC),
la capacidad de absorción de agua (WIC), la solubilidad, la viscosidad. Otro grupo de
propiedades funcionales está relacionado con la interacción de polímeros, como la gelificación,
y finalmente, las propiedades interfaciales, como la formación de espuma y la emulsión. Los
polímeros naturales como la proteína o el almidón tienen estructuras diversas y heterogéneas
que condicionan su uso en la industria alimentaria. Las propiedades funcionales de las
macromoléculas de los alimentos dependen de muchos factores, como los grupos de
exposición, el área hidrofóbica, la actividad del agua, la fuerza iónica, el pH, la temperatura,
el tamaño, la densidad de carga, la relación hidrofílica/hidrofóbica y los cambios en el medio
ambiente.
Algunas propiedades funcionales de la harina de quinua y de cada componente de
QS se describen a continuación y se muestran sinópticamente en la Tabla 1.10.
A. Propiedades funcionales de la harina de quinua Se han
descrito algunas propiedades funcionales de la harina de quinua, principalmente solubilidad,
WHC, gelificación y capacidad espumante y emulsionante.
La solubilidad está relacionada con el equilibrio hidrofílico-hidrofóbico de las proteínas y
la termodinámica de su interacción con el solvente.
La solubilidad de las proteínas depende del pH. Ruales et al. (1993) y Oshodi et al. (1999)
describieron las propiedades funcionales de la harina de quinua. Ruales et al. (1993)
estudiaron la solubilidad de la proteína de la harina de quinua en relación con el calor (cocción
y autoclave) y encontraron que la solubilidad es mayor en muestras cocidas con valores de
solubilidad de 5,4 a 15,6 %. Ogungbenle (2003) y Oshodi et al. (1999) estudiaron la solubilidad
relacionada con el pH y encontraron valores de solubilidad de aproximadamente 15 a 52 %,
lo que corresponde a una solubilidad mínima a pH 6 y máxima a pH 10. Los valores de
solubilidad de la harina de quinua en la región de pH ácido implican que la proteína puede ser
útil en la formulación de bebidas, sopas y salsas deshidratadas y alimentos de baja acidez.
Otra propiedad relacionada con la hidratación es la WHC, que se expresa como aumento
de peso. Ogungbenle (2003) y Ogungbenle et al. (2009) reportaron el mismo valor de 147%.
El WHC disminuyó de 147% a
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Lilian E. Abugoch James
TABLA 1.10 Propiedades funcionales de la quinua
Harina
Solubilidada,b,c, capacidad de retención de aguab,c,d,
capacidad de retención de aceite, capacidad emulsionante
y espumanteb,c,d, gelificaciónb,c,d
Concentrado de proteína
y aislado de proteína
Almidón
Solubilidade,f, capacidad de retención de aguae,f, capacidad
de absorción de agua ,
capacidad emulsionante y espumantee
Poder de absorción de aguag , solubilidadh,i,
viscosidadh,i, estabilidad congelación-descongelaciónh,i,
Brabender
viscographj
capacidad de retención de aguai
,
a
Ruales et al. (1993).
Oshodi et al. (1999).
C
Ogungbenle (2003).
d
Ogungbenle et al. (2009).
Aluko y Monu (2003). f
Abugoch et al. (2008).
b
mi
Tang et al. (2002).
Ahamed et al. (1996).
Lindeboom (2005).
jPraznik et al. (1999).
gramo
h
i
79,5% en presencia de sales (concentración de sal entre 0,5% y 10%)
(Ogungbenle et al., 2009). La propiedad de gelificación fue determinada por la menor
concentración de harina requerida para la gelificación (Alobo, 2003). Según
Ogungbenle (2003) y Oshodi et al. (1999), la concentración de gelificación más baja
de quinua fue de 16% (p/v) en agua destilada. La adición de sales disminuyó la
concentración de gelificación más baja de 10 a 14 % (Ogungbenle et al., 2009). La
harina de quinua puede no ser un buen agente formador de gel. Sin embargo, se
observó que la adición de diferentes sales a baja concentración (0,5%) mejoró la
propiedad de formación de gel de la quinua, y este efecto fue mejor con KCl
(Ogungbenle et al., 2009). Las otras propiedades funcionales medidas en la harina
de quinua son las relacionadas con la tensión superficial, como la capacidad
espumante y emulsionante. La capacidad espumante y la estabilidad de la harina
fueron bajas, con valores de aumento de volumen entre 9% y 4% de estabilidad
(Ogungbenle, 2003). El efecto de las sales sobre la capacidad espumante fue
estudiado por Ogungbenle et al. (2009), quienes encontraron un aumento en la
capacidad espumante y estabilidad con la adición de sal, especialmente de Na2SO4,
KCl, NaCl y CH3COONa a altas concentraciones (10%). La quinua tiene baja
capacidad espumante y estabilidad, y la adición de sal puede mejorar esta propiedad,
pero altas concentraciones alrededor del 10% no son útiles para el consumo humano.
En esta relación, se necesitan más estudios sobre el entrecruzamiento enzimático
de QPs usando transglutaminasa.
La capacidad emulsionante y la estabilidad fueron medidas por Ogungbenle
(2003), Oshodi et al. (1999) y Ogungbenle et al. (2009); encontraron una capacidad
emulsionante del 104% con una estabilidad del 45% (según los métodos
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Propiedades Funcionales Nutricionales Químicas de la Quinua
23
descrito por Alobo, 2003), y también una dependencia de la sal. Los mismos autores
describieron 46% como capacidad de absorción de aceite para la harina de quinua,
propiedad que disminuyó con la adición de sal (Ogungbenle et al., 2009). La absorción de
agua y aceite es buena, lo que mejora el potencial de QS en alimentos para humanos y
formulaciones como bebidas, salsas, postres y salchichas. Park y Morita (2005) estudiaron
la posibilidad de utilizar harina de quinua germinada como ingrediente bioactivo para
aplicaciones en el procesamiento de alimentos como el pan.
Se estudiaron las propiedades físicas y la calidad de horneado de masas elaboradas a partir
de harina de trigo con 10% de harinas de quinua sin germinar (control) y con 24, 48 y 72 h
de germinación. Obtuvieron pan de buena calidad nutricional, logrando un aumento de la
cantidad de aminoácidos libres y un gran volumen de pan con la harina de quinua germinada
en 24 h. Estos resultados son útiles para la panificación práctica, y la harina de quinua
germinada se puede aplicar como un bioingrediente alimentario útil. En este aspecto, se
necesitan más estudios sobre el valor nutricional y la evaluación sensorial de la harina de
quinua germinada para aplicaciones industriales en el procesamiento de alimentos (Park y
Morita, 2005).
B. Propiedades funcionales de la proteína de quinua
Aluko y Monu (2003) estudiaron el uso de la hidrólisis enzimática para mejorar algunas
propiedades funcionales de las QP. Encontraron que la solubilidad de la proteína del
hidrolizado era superior al 80%, un valor superior al del concentrado de proteína. El
concentrado de proteína (obtenido por un método alcalino) tuvo solubilidad mínima a pH 4-6
(5%) y solubilidad máxima a pH alcalino (70%); Aluko y Monu (2003) también midieron la
expansión y la estabilidad de la espuma (expresada como %). El concentrado de proteína
presentó la menor expansión de la espuma (<20%), pero el hidrolizado de proteína presentó
valores superiores al 160%. La estabilidad de la espuma fue mejor con el concentrado de
proteína.
El índice de actividad emulsionante y la estabilidad también fueron medidos por Aluko y
Monu (2003), quienes encontraron una alta estabilidad para el hidrolizado, pero un pequeño
índice de actividad. Las proteínas hidrolizadas no son tan adecuadas para emulsiones
alimenticias como el concentrado proteico.
Abugoch et al. (2008) obtuvieron dos aislados de proteína de quinua (tratados a pH 9 y
11) y estudiaron la solubilidad y la influencia del pH. La solubilidad mínima de la proteína se
encontró en el rango de pH 3–4. Para el aislado (pH 9) alrededor del 77% por encima de pH
5, el otro aislado (pH 11) presentó 30% como solubilidad máxima. El WHC informado fue
similar para ambos aislados (alrededor de 3,5 a 5 ml de agua/g de proteína). Finalmente, el
WIC fue mayor para el aislado tratado a pH 11 (3,5 mL de agua/g de aislado). Ambos
aislados se pueden utilizar como una buena fuente de nutrición para bebés y niños; el
aislado de proteína (pH 9) puede usarse como ingrediente en bebidas nutritivas, y el otro
aislado (pH 11) puede usarse como ingrediente en salsas, embutidos y sopas.
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Lilian E. Abugoch James
C. Propiedades funcionales del almidón de quinua
Tang et al. (2002) midieron el poder de absorción de agua de los gránulos de almidón
de quinua y obtuvieron una isoterma de sorción sigmoidea. Ahamed et al. (1996) y
Lindeboom (2005) encontraron una menor solubilidad y viscosidad para el almidón
de quinua y una inusual estabilidad de congelación y descongelación. La capacidad
de retención de agua fue reportada por Lindeboom (2005) entre 49,5% y 93%, valores
inferiores a los del almidón de maíz (117%). Praznik et al. (1999) investigó algunas
propiedades tecnológicas. Se determinó la dependencia de la viscosidad con la
temperatura para suspensiones de almidón de quinua al 5 % (p/p) en el rango de 55–
95 C, y los glucanos de quinua se desintegran a 55 C. La viscosidad de las
suspensiones acuosas de almidón de quinua al 10 % en Brabender (BU) fue de 1960
UB a 70 C, comparable al maíz ceroso (1870 UB, 80 C), y superior al trigo (910 UB,
45 C) o al amaranto (580 UB, 74 C) (Praznik et al., 1999). El almidón de quinua se
puede utilizar como una nueva fuente de alimento de acuerdo con sus propiedades
(Watanabe et al., 2007).
X. USOS PRESENTES Y FUTUROS DE QS
La quinua se adapta bien a las condiciones climáticas extremas y actualmente se
produce en Bolivia, Perú, Ecuador, Chile, Argentina y Colombia. Se exporta
básicamente como quinua seca y libre de saponinas, siendo Europa y EE.UU. los
principales consumidores. Los usos futuros pueden ser muy variados, como productos
texturizados y fermentados. Hay muchas formas de consumirlo: cocido, en harina,
extrusionado. El sustituto de la carne de quinua se ha introducido en Europa (Tellers,
2008). Hay varios desarrollos con harina de quinua a menor escala, como pan,
galletas, muffins, pasta, bocadillos, bebidas, hojuelas, cereales para el desayuno,
alimentos para bebés, cerveza, suplementos dietéticos y extruidos (Ahamed et al.,
1997; Bhargava et al., 2006; Caperuto et al., 2000; Chauhan et al., 1992a,b; Dogan y
Karwe, 2003; Linnemann y Dijkstra, 2002; Morita et al., 2001). Coulter y Lorenz (1991)
obtuvieron mezclas extruidas de sémola de maíz y quinua que tenían alta calidad
proteica y solubilidad y una evaluación sensorial aceptable. Caperuto et al. (2000)
desarrollaron espaguetis de quinua sin gluten y obtuvieron un producto sin pérdida
de sólidos y con un aceptable aumento de peso y volumen al cocinarse, mientras que
la adhesividad del producto cocinado no fue muy alta.
El producto fue aceptado sensorialmente por los panelistas.
La harina de quinua no tiene buenas propiedades para hornear como las proteínas
del gluten de trigo. Las proteínas del trigo pueden formar una red viscoelástica
cuando la harina se mezcla con agua para formar una masa, y estas propiedades
viscoelásticas permiten el uso del trigo para producir pan y otros alimentos procesados
(Shewry et al., 2002). El pan de quinua se ha elaborado incluyendo un 10% de harina
de trigo (Chauhan et al., 1992a,b). Sin embargo, la enzima
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Propiedades Funcionales Nutricionales Químicas de la Quinua
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transglutaminasa (TGasa) es prometedora para desarrollar una estructura proteica,
como lo reporta Kova´cs (2003). El uso de la enzima redujo los polipéptidos de las
fracciones de bajo peso molecular y las fracciones de proteínas solubles al producir
pasta. Ha habido informes positivos sobre la TGasa que indujo el entrecruzamiento y la
polimerización de las proteínas de los alimentos, como las proteínas de la leche (Han y
Damodaran, 1996), las proteínas de soja (Sakamoto et al., 1994) y las proteínas de
pescado (Norziah et al., 2008) para mejorar las propiedades fisicoquímicas. Existen
algunos productos sin gluten sin buenas propiedades de horneado para los grupos
celíacos, y la quinua brinda una oportunidad para desarrollar productos a base de
cereales sin gluten (Gallagher et al., 2004). Dogan y Karwe (2003) demostraron que la
quinua se puede usar para hacer productos alimenticios novedosos, saludables, extruidos
y tipo snack. Obtuvieron un buen producto con máxima expansión, mínima densidad,
alto grado de gelatinización y bajo índice de solubilidad en agua (16 % de contenido de
humedad en la alimentación, 130 °C de temperatura del molde y 375 rpm de velocidad
del tornillo). La quinua ha demostrado un alto valor nutricional y solo recientemente se
está utilizando como un alimento funcional novedoso. Sin embargo, es muy importante
aumentar y promover la producción de QS, diversificar la producción y mejorar su
consumo.
Un aspecto importante a considerar para promover el consumo de quinua es informar a
los consumidores sobre las buenas propiedades de la quinua y permitirles incorporarla
en su dieta diaria como un alimento saludable, nutritivo, de buen sabor y versátil.
Alternativamente, es necesario desarrollar nuevos productos funcionales que puedan
estar disponibles en el mercado para el usuario común y escalarlos a nivel industrial.
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