Ciencia de los alimentos

 

Evaluación de azúcares y fibra soluble en el jugo de variantes de tunas (Opuntia spp.)

 

Evaluation of sugars and soluble fiber in the juice of prickly pear varieties (Opuntia spp.)

 

Gabriela Zenteno-Ramírez¹, B. Irene Juárez-Flores^1*, J. Rogelio Aguirre-Rivera¹, M. Deogracias Ortiz-Pérez², Cynthia Zamora-Pedraza¹, J. Antonio Rendón-Huerta³

 

¹ Instituto de Investigación de Zonas Desérticas, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Altair 200, Colonia Del Llano, 78377 San Luis Potosí, San Luis Potosí. * Autor responsable (berthajf@uaslp.mx)

² Facultad de Medicina, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Avenida Venustiano Carranza 2045, 78210. San Luis Potosí, San Luis Potosí.

³ Coordinación Académica Región Altiplano Oeste, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Avenida Insurgentes esquina Himno Nacional S/N, 78600. Salinas de Hidalgo, San Luis Potosí.

 

Recibido: octubre, 2014.
Aprobado: enero, 2015.

 

Resumen

La tuna (Opuntia spp.) puede ser blanca, púrpura, roja, anaranjada o amarilla, con diferencias físicas y químicas. El objetivo de este estudio fue identificar y cuantificar los azúcares (glucosa, fructosa y sacarosa) y la fibra soluble (mucílago y pectina) del jugo de tunas maduras cultivadas y silvestres. Las variantes cultivadas fueron: Rojo Pelón (O. ficus-indica), Blanca o Cristalina (O. albicarpa), Amarilla Monteza, Pico Chulo, Torreoja y Sangre de Toro (O. megacantha); las variantes silvestres fueron: Cardona (O. streptacantha), Charola (O. streptacantha ssp. aguirrana), Tapona y Tapón Rojo (O. robusta). El diseño experimental fue completamente al azar, con tres repeticiones. Los resultados se analizaron mediante ANDEVA y comparación múltiple de media con la prueba de Tukey (p≤0.05). Hubo diferencias (p<0.0001) en la concentración de azúcares totales en el jugo (109.10 a 151.33 mg mL^-1), la glucosa predominó (95.75 mg mL^-1), seguida por la fructosa (63.90 mg mL^-1), y la sacarosa en cantidades mínimas sólo en algunas variantes. El mucílago predominó sobre la pectina. Tapón Rojo tuvo más azúcares totales y fibra soluble que las demás. Entre las variantes hubo diferencias en su contenido de azúcares y fibras solubles. La concentración de azúcares no mostró relación directa con el grado de domesticación.

Palabras clave: Opuntia spp., azúcares, mucílago, pectina, alimento funcional.

 

Abstract

Prickly pears (Opuntia spp.) can be white, purple, red, orange or yellow, with physical and chemical differences. The objective of this study was to identify and quantify the sugars (glucose, fructose and sucrose) and soluble fiber (mucilage and pectin) of the juice from mature cultivated and wild prickly pears. The cultivated varieties were: Rojo Pelón (O. ficus-indica), Blanca or Cristalina (O. albicarpa), Amarilla Monteza, Pico Chulo, Torreoja and Sangre de Toro (O. megacantha); the wild varieties were: Cardona (O. streptacantha), Charola (O. streptacantha ssp. aguirrana), Tapona and Tapón Rojo (O. robusta). The experimental design was completely randomized, with three repetitions. The results were analyzed through ANDEVA and multiple mean comparisons were carried out with the Tukey test (p≤0.05). Differences (p<0.0001) were found in the concentration of total sugars in the juice (109.10 to 151.33 mg mL^-1); glucose predominated (95.75 mg mL^-1), followed by fructose (63.90 mg mL^-1), and sucrose had minimum amounts only in some varieties. The mucilage predominated over the pectin. Tapón Rojo had more total sugars and soluble fibers than the others. Among the varieties there were differences in their content of sugars and soluble fiber. The sugar concentration did not show a direct relation to the degree of domestication.

Keywords: Opuntia spp., sugars, mucilage, pectin, functional food.

 

INTRODUCCIÓN

El género Opuntia está formado por más de 189 especies silvestres, de las cuales 83 son mexicanas; de ellas, 29 se distribuyen en la Altiplanicie Meridional (centro-norte de México), en una superficie aproximada de 300 000 km², en parte de los estados de Aguascalientes, Guanajuato, Hidalgo, Jalisco, Querétaro, San Luis Potosí, Zacatecas y el Distrito Federal (Reyes-Agüero et al., 2005). Además de las variantes silvestres, existe una gran riqueza de variantes cultivadas de Opuntia con diferente grado de domesticación, desde las recolectadas o plantadas como cercos vivos y bordes de taludes de parcelas y las propias de solares, hasta las de plantaciones comerciales (Reyes-Agüero et al., 2005).

De acuerdo con Reyes-Agüero et al. (2005), el gradiente de domesticación del género Opuntia inicia con variantes cultivadas de O. streptacantha, continúa con O. hyptiacantha, O. megacantha y O. albicarpa, y concluye con O. ficus-indica, la especie reconocida con el grado mayor de domesticación. Las tunas se consumen principalmente como fruta fresca y, según la variante, presentan características distintas como: forma, tamaño y color, abundancia, tamaño y dureza de sus semillas; además, las diferencias en sus componentes nutricionales están documentadas (Figueroa-Cares et al., 2010; López-Palacios et al., 2012; Yeddes et al., 2014). Según Sawaya et al. (1983) la glucosa y fructuosa son los azúcares en la pulpa de la tuna de O. ficus-indica y su relación es 6:4.

La composición de azúcares de los frutos de otras especies y variantes de Opuntia se desconoce. Conocer los monosacáridos y su concentración en el jugo de tuna es de interés, ya que las concentraciones altas de fructosa en los alimentos pueden contribuir a alteraciones metabólicas que conducen a la ganancia de peso corporal, diabetes mellitus tipo 2 (DM), hiperlipidemia e hiperuricemia, reducción de la sensibilidad a la insulina y resistencia hepática con intolerancia a la glucosa (Pérez et al., 2007; Basciano et al., 2005; Gross et al., 2004). Así, para pacientes con DM, la Asociación Europea para el Estudio de la Diabetes (EASD) y la Asociación Americana de Diabetes (ADA), recomiendan que el consumo de fructosa sea menor a 10 % de la ingesta energética. Aunque en esos pacientes el consumo de hasta 60 g de fructosa no tiene efecto adverso en la respuesta glucémica, sí pueden presentar incrementos en los niveles de triglicéridos y lipoproteínas de baja densidad (LDL) (Havel, 2005; Laughlin, 2014).

Los frutos y cladodios de nopal son fuente de fibra soluble (mucílago y pectina) (Maki-Díaz et al., 2015), pigmentos (betalaínas y carotenoides), Ca, Mg, K, fenoles y vitamina C. Todos ellos son compuestos apreciados para una alimentación saludable, como ingredientes para diseñar alimentos nuevos por sus propiedades nutracéuticas (Valencia-Sandoval et al., 2010), y como una alternativa en medicina tradicional (Gurrieri et al., 2000; Sáenz, 2006; Figueroa-Cares et al., 2010). La pulpa de la tuna es rica en glucosa, fructosa y pectina, la cáscara contiene celulosa, calcio y potasio, y las semillas contienen celulosa, proteínas y lípidos de buena calidad (El Kossori et al., 1998). Por lo anterior, el objetivo del presente estudio fue caracterizar y cuantificar los azúcares simples, el mucílago y la pectina del jugo de tuna de 10 variantes del género Opuntia spp., de la Altiplanicie Meridional, bajo el supuesto de homogeneidad en composición, y fundamentar su promoción como alimento funcional.

 

MATERIALES Y MÉTODOS

Elección de las variantes y preparación de las muestras

Diez variantes de tuna, en maduración plena, se evaluaron. Seis de ellas son cultivadas: Rojo Pelón o Liso Forrajero (Opuntia ficus-indica), Blanca o Cristalina (O. albicarpa), Amarilla Monteza, Pico Chulo, Torreoja y Sangre de Toro (O. megacantha), y cuatro son silvestres: Cardona (O. streptacantha), Charola (O. streptacantha ssp. aguirrana), Tapona y Tapón Rojo (O. robusta). Las tunas se recolectaron en el municipio de Villa de Arriaga, del altiplano del estado de San Luis Potosí, México. La elección de las variantes de Opuntia se basó en tres aspectos: 1) grado de domesticación, 2) abundancia y potencial económico del fruto en el estado de San Luis Potosí, y 3) colores de la tuna. En las tunas se les eliminaron las espinas (gloquidios o "ahuates") y la cáscara; el jugo se extrajo con una licuadora de acero inoxidable (Internacional LI-12-106), las semillas se separaron con un filtro convencional y el jugo se almacenó en tubos cónicos estériles de 15 mL, a -20 °C hasta su uso. Otra fracción del jugo de cada variante se deshidrató en un liofilizador (Freezer dryers Ilshin). En cada muestra se determinó el color, °Brix, pH, contenido de materia seca y la proporción de jugo en la pulpa (Cuadro 1).

Cuantificación de azúcares

El contenido de glucosa, fructosa y sacarosa se cuantificó por cromatografía líquida de alta resolución (cromatógrafo Agilent HP serie 1100; Waldbronn, Alemania); en fase reversa, se usó una columna no polar (Zorbax C8) específica para carbohidratos (4.6 mm i.d. x 250 mm x 5 μm de tamaño de partícula), y acetonitrilo: agua 75:25 (v:v) como fase móvil polar (Michel-Cuello et al., 2008). La identificación y cuantificación de los azúcares se obtuvo al comparar los tiempos de retención de estándares (Sigma, St. Louis Mo). Las curvas de calibración se obtuvieron con 10, 20, 30, 40 y 50 mg mL^-1 de glucosa, fructosa o xilosa, y la de sacarosa con 1, 2, 4, 6, 8 y 1 mg mL^-1. Las muestras se pasaron a través de filtros de nylon de 0.45 μm de diámetro y se aforaron a 500 μL con una solución 50:50 de acetronitrilo:agua (Michel-Cuello et al., 2008). Para la validación del método se elaboró por triplicado la curva lineal de calibración con 10, 20, 30, 40, y 50 mg mL^-1 de estándares de xilosa, fructosa, glucosa y sacarosa (Sigma, St. Louis Mo). La correlación entre ambos tipos de resultados fue 0.999 y el coeficiente de variación ≤3 %. Para verificar la recuperación se usó xilosa, con resultado mayor a 95 %.

Las muestras de jugo se descongelaron y homogeneizaron; a 500 μL del jugo se adicionaron 500 μL de xilosa al 4 % (mezcla al 50 %), se filtraron a través de una membrana de nylon de 0.45 μm, y se inyectaron 20 μL al cromatógrafo.

Cuantificación de mucílago

La extracción de mucílago se basó en el protocolo de Peña y Sánchez (2006) y usado por Álvarez y Peña-Valdivia (2009) y por López-Palacios et al. (2012), con algunas modificaciones para validar su extracción y cuantificación en el jugo de tuna. Los valores de la validación se aceptaron al obtener un coeficiente de variación(CV) de 2.61 % y una precisión y exactitud de ≤3.0 % del CV.

La extracción y cuantificación de mucílago se hizo en muestras liofilizadas de los jugos. A 0.5 g se agregaron 5 mL de agua destilada, se calentaron 15 min en baño María a 92 °C y se centrifugaron 30 min a 4500 rpm a 25 °C; el sobrenadante se reunió con el obtenido de una segunda extracción con 2.5 mL de agua caliente. Por cada parte de extracto precipitado se adicionaron cuatro partes de etanol acidificado con HCl al 0.1 % y pH de 4.8, reposaron 24 h en refrigeración a 8 °C, se centrifugaron a 4500 rpm por 15 min a 25 °C, y se eliminó el sobrenadante. Para eliminar los residuos de etanol las muestras se deshidrataron 6.5 h en un horno de convección a 85 °C ± 2 °C hasta peso constante y el residuo se cuantificó como porcentaje de mucílago por gramo de materia seca (P), con la fórmula:

donde P: porcentaje de mucílago por gramo de materia seca; M₀: peso en gramos del tubo vacío; M₁: peso en gramos del tubo con liofilizado; M: peso en gramos de la muestra de jugo liofilizado de tuna.

Cuantificación de pectina

La extracción y cuantificación de pectina se basó en la técnica gravimétrica descrita en la norma mexicana respectiva (DGN, 1980), con modificaciones y previa validación del método. Para establecer el porcentaje de recuperación se añadieron a cada muestra 250 mg de pectina de manzana (Sigma, St. Louis Mo). El CV fue 1.1 % y la recuperación 83 %.

Diseño experimental y análisis estadístico

El diseño experimental fue completamente al azar, con tres repeticiones. La unidad experimental fue una muestra de jugo de cada una de las 10 variantes evaluadas (10 tratamientos), y las variables fueron los contenidos de glucosa, fructosa, sacarosa y la suma de ellos considerada como azúcares totales, más los de mucílago y pectina. Los resultados se analizaron mediante ANDEVA y la prueba de Tukey (p≤0.05), usando SAS V.9.

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Cuantificación de azúcares

El azúcar predominante en todas las variantes fue la glucosa. La sacarosa estuvo presente sólo en algunas variantes y en cantidades mínimas. Las variantes con contenido mayor de fructosa fueron Blanca (cultivada) y Tapón Rojo (silvestre), y Rojo Pelón tuvo el contenido menor (Cuadro 2).

Las diferencias en la concentración de sacarosa pueden deberse al nivel de maduración de los frutos. La concentración de azúcares no se relacionó directamente con el grado de domesticación, pues las tunas con concentración mayor de azúcares totales fueron una cultivada (Blanca) y una silvestre (Tapón Rojo) y aquellas con la cantidad menor fueron Rojo Pelón, con grado mayor de domesticación y una de las de consumo mayor, y Tapona (silvestre), menos domesticada y poco consumida.

Los estudios de Kuti y Galloway (1994) con frutos amarillos, rojos y púrpuras de O. megacantha y O. robusta, El Kossori et al. (1998) con O. ficus indica y Gurrieri et al. (2000) también con O. ficus-indica, provenientes de Sicilia, Italia, mostraron que las tunas de esas especies contienen glucosa, fructosa y sacarosa en proporción menor, y la concentración de ellos depende de la variante, lo cual coincide con los resultados de la presente investigación. El contenido de azúcares totales de los frutos de O. albicarpa (Blanca) fue estadísticamente similar a los de O. robusta y O. streptacantha (Cuadro 2).

El tamaño de la porción a consumir podría seleccionarse con base en la cantidad de azúcar recomendada para el consumidor. Al respecto, el consumo de azúcares debe aportar menos de 10 % del valor calórico de la dieta (Gómez y Palma, 2013). La concentración media de glucosa en el jugo de los frutos de este estudio, permite indicar que 240 mL contienen 10 % de la glucosa recomendada para consumo diario (200 g).

Las variantes cultivadas y silvestres contenían fructosa en cantidades menores a 64 mg mL^-1 de jugo, y con diferencias significativas entre las variantes (Cuadro 2). El acceso de la fructosa a la célula es directo, en contraste con la glucosa, requiere un transportador. En promedio, una porción de 240 mL de jugo de tuna aporta 12 g de fructosa, equivalentes a 202.8 kJ (48 kcal), que es menor al recomendado para una dieta de 2500 kcal (10460 kJ); de éstas 11 a 12 % (275-300 kcal), 1151.37 kJ a 1256.04 kJ, puede provenir de este azúcar (FAO, 2009). Así, cuatro porciones de jugo de tuna equivaldría a 48 g de fructosa u 803 kJ (192 kcal) o a 7.68 % de la energía diaria recomendada. Esto es importante ya que el consumo de fructosa en cantidades que aporten 25 % o más de la energía recomendada puede ocasionar desórdenes en el metabolismo de los lípidos y en la función gastrointestinal (Basciano et al., 2005; Havel, 2005). Basciano et al. (2005) indicaron que una persona puede consumir por día 16 a 20 g de fructosa proveniente de frutas frescas, sin efectos indeseables.

El consumo de cantidades pequeñas o moderadas de fructosa (0.6 g kg^-1) parece no impactar el control glucémico del paciente con DM tipo 2 (Gannon et al., 1998; Hawkins et al., 2002; Basciano et al., 2005). En efecto, personas con DM tipo 2 que recibieron 60 g d^-1 de fructosa, por 12 semanas, no presentaron en ayuno cambios en los niveles de triglicéridos totales, LDL, colesterol o lipoproteínas de alta densidad (HDL) (Havel, 2005). Así, es posible suponer, con base en la concentración de fructosa encontrada en las variantes de tuna estudiadas, que el consumo de hasta cuatro porciones de 240 mL de jugo de tuna no causará alteraciones indeseables en el metabolismo energético, incluso el de las variantes Blanca y Tapón Rojo, que presentaron mayor cantidad de fructuosa.

En el jugo de tuna la sacarosa estuvo en concentración menor o ausente en algunas variantes (Cuadro 2). Al respecto, durante la maduración el etileno estimula la producción de hidrolasas, como la invertasa, que fragmentan este disacárido (Kuti y Galloway, 1994; Gurrieri et al., 2000; Prasanna et al., 2007).

La glucosa en las tunas representa energía directamente disponible para las células del cerebro y de los nervios, y la fructosa destaca por ser más dulce y mejorar el sabor de la fruta (Sarbojeet, 2012). El contenido de azúcares solubles variados de la tuna se ajusta a lo recomendado por la WHO (2003), y puede incluirse en la alimentación cotidiana sin efectos negativos en el consumidor, y en concordancia con lo reconocido para el consumo tradicional de tuna fresca.

Los resultados de este estudio (Cuadro 2) concuerdan con los antecedentes (Sawaya et al., 1983; Sepúlveda y Sáenz, 1990; Odoux y Dominguez-Lopez, 1996) para las variantes estudiadas. El consumo del jugo de tuna debería fomentarse (El Kossori et al., 1998) ya que su contenido total de azúcares (12.97 %) es similar o mayor que el de otras frutas: piña (12.30 %), manzana (11.10 %), pera (9.80 %), melocotón (8.50 %), ciruela (7.80 %), naranja (7.00 %), albaricoque (6.10 %), fresa (5.70 %) y frambuesa (4.50 %) (Cappelli y Vannucchi, 1990; Belitz y Grosch, 1999).

Fibra soluble

El jugo de tuna se caracterizó por su contenido de fibra soluble estadísticamente diferente entre las variantes, y por el predominio del mucílago en todas ellas (Cuadro 3). Este tipo de fibra tiende a formar un retículo en presencia de agua, en el cual queda atrapada, y produce soluciones con gran viscosidad (Dikeman y Fahey, 2006). La ADA recomienda un consumo de fibra soluble e insoluble, de 20 a 35 g d^-1, para mantener control glucémico e insulínico (Escudero y González, 2006). Con base en el promedio de la concentración de fibra soluble, el consumo de cuatro porciones diarias de 240 mL de jugo de tuna aporta 10 g de fibra, lo que puede favorecer la función intestinal, reducir la absorción de carbohidratos y mejorar su metabolismo (Würsch y Pi-Sunyer, 1997).

Con base en el análisis estadístico, puede afirmarse que el grado de domesticación carece de relación directa con la concentración de fibra soluble. Sin embargo, las variantes de la misma especie silvestre tuvieron concentración similar de mucílago y pectina, contrario a lo observado entre variantes cultivadas (Cuadro 3).

El contenido de mucílago entre variantes presentó diferencias significativas, de 4.1 a 8.4 g por cada 100 g de biomasa seca, pero sin una tendencia identificable respecto al grado de domesticación. Las variantes Blanca (cultivada) y Cardona (silvestre) presentaron valores similares de mucílago y la variante silvestre Charola tuvo la concentración mayor, equivalente al doble que Rojo Pelón de O. ficus-indica.

Las variantes silvestres Charola y Cardona son las usadas tradicionalmente para elaborar el "queso de tuna" (dulce compacto hecho con el jugo de tuna concentrado), y su elaboración se favorecería con el contenido elevado de fibra soluble (López et al., 1997). Las variantes Amarilla Monteza y Rojo Pelón presentaron los contenidos menores de mucílago, lo cual estaría inversamente relacionado con la selección para su consumo frescas, como fruta suculenta y de gran tamaño, a diferencia de los frutos pequeños y con gran cantidad de semillas característicos de las variantes silvestres de O. streptacantha (Reyes-Agüero et al., 2005).

La concentración de pectina, parte de la fibra soluble y necesaria para el funcionamiento adecuado del intestino humano, varió de 0.87 a 2.79 g por cada 100 g de peso seco, y ambos valores correspondieron a variantes de O. megacantha. En las variantes silvestres el contenido de pectina fue estadísticamente similar, con variabilidad menor que en las cultivadas. En frutos de O. albicarpa la concentración de pectina es 5 a 20 g por kg de biomasa seca (Lira-Ortiz et al., 2014), lo cual coincide con el resultado de la presente investigación en la misma especie.

El contenido alto de mucílago en las frutas es apreciado por los nutriólogos ya que este integrante de la fibra soluble ayuda a reducir los niveles de glucosa y de triglicéridos en la sangre, porque interfiere su digestión y absorción. Además, la fibra soluble favorece el desarrollo en el colon de bacterias deseables, que la fermentan y producen ácidos grasos de cadena corta (AGCC). Estos ácidos son la fuente energética esencial para las células del colon y favorecen la absorción de calcio, magnesio, zinc, sodio y agua (Roberfroid, 2000; Duggan et al., 2002). Por estos efectos la fibra soluble es útil para prevenir y tratar las enfermedades del colon (Galas et al., 2013). También, la fibra soluble tiene un efecto hipocolesterolemiante debido a su viscosidad, ya que dificulta la absorción del colesterol; a la vez, el hígado capta algunos AGCC, como el propionato, después de ser absorbidos, son generados por la fermentación de la fibra, y disminuyen las enzimas que catalizan la síntesis del colesterol (Slavin, 2013). La viscosidad de la fibra soluble contribuye a los efectos benéficos sobre el metabolismo de los lípidos y carbohidratos, y parcialmente a su potencial anticancerígeno (Escudero y González, 2006).

El-Sayed et al. (2014) concluyeron que el potencial alimentario de la tuna es alto, pues además de su contenido elevado de fibra y polifenoles, contiene proporciones adecuadas de azúcares simples, por lo cual puede sugerirse como alimento funcional. Además, hay evidencias de que su consumo reduce los niveles de azúcar y colesterol en la sangre (Stintzing et al., 2001).

Las características principales de la tuna que limitan su consumo como fruta de mesa en mercados foráneos son los gloquideos (espinas finas), remanentes de una limpieza limitada por el riesgo de dañar la cáscara, así como la presencia abundante de semillas que dificultan su consumo. Con procesos industriales relativamente simples es posible transformar la tuna en jugo natural envasado, que supera esas limitaciones, y puede ser comercialmente competitivo por sus cualidades nutricionales y funcionales.

 

CONCLUSIONES

Hay variabilidad en el contenido de azúcares y fibra soluble entre las variantes estudiadas, que puede ser la base para el diseño de distintos productos que multipliquen el potencial de comercialización del jugo. La concentración de azúcares en las variantes no se relaciona directamente con su grado de domesticación. Al respecto, las diferencias mayores en las variantes cultivadas podrían deberse a la preferencia humana por su sabor o dulzura.

 

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen a la Fundación Produce, por el financiamiento otorgado para esta investigación. Al Ing. Roberto Garfias Cánovas, presidente del Sistema Producto Nopal de San Luis Potosí, por promover y respaldar este proyecto y por suministrar toda la materia prima (tunas) requerida. Al CONACyT por las becas otorgadas a G. Zenteno y M. Monrreal. A Ma. del Socorro Jasso Espino, Josefina Acosta y David Isabel Ortiz Mendoza por el apoyo brindado en el laboratorio.

 

LITERATURA CITADA

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