Inulina
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Inulina. Carbohidrato no digerible, que está presente en muchos vegetales, frutas y cereales. A nivel industrial, la inulina se obtiene de la raíz de la achicoria y se usa como ingrediente en los alimentos, ofreciendo ventajas tecnológicas e importantes beneficios a la salud.
Sumario
Orígenes
La inulina es un carbohidrato de reserva energética, presente en más de 36.000 especies de plantas.
Fue aislada por primera vez en 1804 -a partir de la especie Inula helenium- por un científico alemán de apellido Rose. En 1818 el científico británico Thomson, le dió el nombre actual.
Composición y producción
La inulina está constituida por moléculas de fructosa, unidas por enlaces P-(2-1) fructosil-fructosa, siendo el término "fructanos" usado para denominar este tipo de compuestos.
Las cadenas de fructosa tienen la particularidad de terminar en una unidad de glucosa unida por un enlace a-(l,2) (residuo -D-glucopiranosil), como en la sacarosa; pero también el monómero terminal de la cadena puede corresponder a un residuo de P-D-fructopiranosil.
Después del almidón, los fructanos son los polisacáridos no estructurales más abundantes en la naturaleza, presentes en muchas especies de plantas, en hongos del tipo Aspergillus sp. y en bacterias, en las cuales prevalece el fructano del tipo levano (enlace P-(6-2) fructosil-fructosa) .
Entre las especies de plantas que producen fructanos se identifican las del grupo Liliaceae (ajo, cebolla, espárrago, ajo porro) y Compositae (achicoria, pataca o tupinambo y yacon). Las especies con mayor contenido de inulina la almacenan en la parte subterránea de la planta. Otras especies (por ejemplo en la familia Gramineae) presentan altos contenidos de fructanos en sus partes aéreas, pero con bajo rendimiento de extracción a nivel industrial. Son pocas las especies apropiadas para obtener erúctanos a nivel industrial.
A comienzos de la primera década del siglo XXI, la inulina se obtenía a partir de dos especies: la pataca (Helianthus tuberosus) y la achicoria (Cichorium intybus), siendo ésta última la fuente industrial más común.
La achicoria (Cichorium intybus) es una planta herbácea perenne, de la familia de las Asteráceas, que mide entre 80 y 90 cm de alto. Sus raíces son blancas en su interior y amarillo-marrón en el exterior. Las hojas son de forma oblonga y dentadas. Sus frutos son secos e indehiscentes, de 3 mm de largo y de ancho, de color negro-marrón, que se aclaran al madurar. Esta planta se encuentra geográficamente distribuida en muchas regiones del mundo como: Europa central y del norte, Liberia, Turquía, Afganistán, China norte y central, Suramérica, Sudáfrica, Etiopía, Madagascar, India, Australia y Nueva Zelanda. En general, cuando la achicoria se cultiva para aprovechar sus raíces, se requiere climas húmedos y calientes.
Compuestos derivados
Los fructanos más ampliamente estudiados y de mayor uso a nivel industrial son la inulina, la oligofructosa y los fructooligosacáridos o FOS (15). Todos ellos se caracterizan por sus enlaces de tipo P-(2-1) entre las unidades de fructosa, con un grado de polimerización que varía entre 2 y 60 unidades, y se les considera carbohidratos de cadena corta o de bajo nivel de polimerización.
Dependiendo de su origen (vegetal o microbiano), los fructanos pueden ser lineales, ramificados o cíclicos, y suelen definirse en términos de grado de polimerización promedio (GPprom) y grado de polimerización máxima (GP max). En los de origen vegetal, el GPmax no excede de 200, puede ser tan alta como 100.000 en los de origen bacteriano. Tanto la inulina, como la oligofructuosa y los fructooligosacáridos o FOS, presentan una estructura polimérica predominantemente lineal. Las diferencias radican en el grado de polimerización, siendo la inulina el compuesto con el mayor rango y promedio. Los FOS y la oligofructosa son muy similares, pero con diferencias estructurales asociadas a sus diferentes orígenes (hidrólisis enzimática de inulina para la oligofructosa y transfructosilación de sacarosa para los FOS).
Las cadenas de las moléculas de la oligofructosa son más largas que aquellas producidas por transfructosilación de la sacarosa. No todas las cadenas tienen una glucosa terminal en la oligofructosa, pero los FOS si las tienen. Las diferencias estructurales entre ellos, condicionan sus características físicas y químicas, y las propiedades que determinan su uso como ingrediente, las cuales serán revisadas más adelante.
Características
Los fructanos por su configuración química, no pueden ser hidrolizados por las enzimas digestivas del hombre y de los animales, por lo que permanecen intactos en su recorrido por la parte superior del tracto gastrointestinal; sin embargo son hidrolizados y fermentados en su totalidad por las bacterias de la parte inferior del tracto gastrointestinal (intestino grueso, colon).
De esta manera, este tipo de compuestos se comportan como fibra dietética. Los fructanos aportan un valor calórico reducido (1,5 kcal/g), si se comparan con los carbohidratos digeribles (4 kcal/g).
A nivel industrial, la inulina se presenta como un polvo blanco sin olor, con sabor neutral y sin efecto residual; pero la oligofructosa además de su presentación en polvo se consigue como jarabe viscoso (75% de materia seca), ambos incoloros. La inulina nativa, a diferencia de la inulina HP o de alta pureza, contiene azúcares libres (glucosa, fructosa, sacarosa), lo que le confiere cierto dulzor (10% del dulzor de la sacarosa). La inulina HP presenta menor solubilidad que la inulina nativa, debido a la casi total ausencia de azúcares libres (0,5% de materia seca).
La viscosidad de la oligofructosa a 10°C en solución acuosa al 5% p/p, es la menor de los fructanos y es una característica clave para la formación de geles y su uso como un sustituto de grasas. La inulina también mejora la estabilidad de emulsiones y espumas, por lo que se usa como estabilizante en diversos productos alimenticios (helados, salsas, postres cremosos, etc.).
Se observa una sinergia entre la inulina y otros agentes gelantes como la gelatina, alginatos, carraginatos, gomas y maltodextrinas. En general, la inulina HP presenta mejores niveles de desempeño que la inulina nativa, en relación a todas las propiedades mencionadas. Con respecto a la oligofructosa, tiene mayor solubilidad y dulzor, así como un efecto sinergístico con edulcorantes como el acesulfame K-aspartame, con mejoras en el efecto residual.
La oligofructosa es estable a altas temperaturas, con propiedades humectantes, reduce la actividad de agua y por tanto propicia la estabilidad microbiológica y afecta los puntos de fusión y ebullición, adicionalmente. La oligofructosa posee propiedades tecnológicas similares a la sacarosa y al jarabe de glucosa. A pH menores de 4, los enlaces tipo P de las unidades de fructosa, tanto en la inulina como la oligofructosa, se hidrolizan con la consecuente formación de fructosa. Por esta razón, estos compuestos no pueden ser usados en alimentos muy ácidos.
Tecnología de producción
La producción industrial de la inulina y sus derivados se obtiene exclusivamente de la raíz de la Achicoria. Alternativamente, la oligofructosa se puede sintetizar a partir de la sacarosa, la cual es sometida a transfructosilación por acción de la enzima (3-fructofuranosidas).
Existen productos comerciales que son mezclas entre inulina y oligofructosa, por ejemplo el Synergy I® es una combinación de oligofructosa e inulina en una proporción de 30:70 en peso, para que tenga características funcionales específicas. Otros productos derivados de la inulina son la carboximetilinulina (CMI), compuesto obtenido por carboxilación de la inulina, y usado para reducir la formación y crecimiento de incrustaciones en las paredes de las tuberías, contenedores, cámaras de reacción o separación.
Fructanos y fibra dietética total
Actualmente, resulta imprescindible conocer el contenido de fibra en los alimentos debido a las normativas de información en el etiquetado de productos alimenticios. Debido a la clasificación de la fibra en "soluble" e "insoluble", terminología basada en las metodologías tradicionales de determinación, lo que hasta ahora había sido considerado como la determinación de "fibra dietética total" no es tal, ya que no se incluye la determinación del contenido de fructanos.
Los fructanos deben ser determinados por separado, para luego ser sumados al contenido de fibra obtenido por los métodos tradicionales. Esta sumatoria sí representa el contenido de fibra dietética total que debe ser incluido en la información nutricional del etiquetado. Expertos señalan que los términos "soluble" e "insoluble" para la clasificación de la fibra dietética resultan arbitrarios, y no son representativos de la funcionalidad o impacto a la salud del individuo.
Recientemente se han propuesto los conceptos de fibra dietética y fibra funcional, que es una clasificación basada en los efectos fisiológicos o funcionales que los distintos componentes de dicha fibra puedan proporcionar al individuo. La fibra dietética se ha definido como los carbohidratos no digeribles y la lignina, los cuales son intrínsecos de las plantas; mientras que la fibra funcional consiste en carbohidratos no digeribles aislados, que tengan efectos fisiológicos beneficiosos en los seres humanos.
Bajo estos términos, los fructanos se consideran parte de la fibra funcional. La fibra dietética total es la suma de la fibra dietética y la fibra funcional.
La comunidad científica propone desarrollar metodologías que se adapten a los conceptos y clasificaciones convenidas, y no lo contrario. Mientras continúen empleándose los métodos tradicionales, esta nueva clasificación propuesta para la fibra dietética total, ayudaría a evitar confusión en relación a la cuantificación de la cantidad de fibra total; la cual debe incluirse en la información del etiquetado de productos alimenticios.
Usos
La inulina y sus derivados ofrecen múltiples usos como ingredientes en la formulación de productos. La inulina tiene propiedades similares a las del almidón, mientras que la oligofructosa presenta propiedades más parecidas a la sacarosa. La inulina mejora la aceptabilidad de yogurt elaborado con leche descremada; impartiéndole una mayor cremosidad. También actúa como agente espesante, retiene el agua y estabiliza geles.
Los geles se pueden formar por efecto mecánico o térmico; el obtenido por el segundo método presenta mejor textura y firmeza. La capacidad de formar gel es determinante en su uso como sustituto de grasas en productos lácteos, aderezos, salsas y otros productos en los que las propiedades funcionales, que otorgan las grasas, son indispensables para lograr los efectos sensoriales deseados por los consumidores.
En la elaboración de panes de trigo con adición de inulina -para sustituir la grasa vegetal- no se modificaron las características reológicas de la masa antes de hornear y la calidad sensorial del producto terminado. El uso de inulina en la formulación de pastas dió como resultado productos con propiedades sensoriales, sin diferencias significativas de aquellas elaboradas con solo trigo. Se han logrado formulaciones a base de chocolate , barras energéticas y cereales extruídos con un desempeño similar o incluso mejorado en sabor, color y textura.
Beneficios a la salud
El uso de la inulina o sus derivados simultáneamente, aporta beneficios a la salud; el primero de ellos es su función de fibra dietética, con los efectos fisiológicos atribuibles a este tipo de compuestos, como son la disminución de los niveles lipídicos y de glucosa en sangre, y la acción laxante. Otro beneficio es la capacidad de modular la flora intestinal, esto se debe a su efecto prebiótico.
Diversos estudios muestran que solo 4 g de inulina o de sus compuestos, son efectivas para incrementar el número de bacterias beneficiosas en el colon. La inulina y sus derivados tienen un aporte calórico reducido (máximo de 1,5 kcal/g), atribuibles a la resistencia a la digestión y posterior hidrólisis y fermentación por la flora intestinal selectiva del intestino grueso. Solo los ácidos grasos de cadena corta, obtenidos como producto metabólico de la actividad bacteriana en el intestino grueso, contribuyen a proveer energía al individuo.
El valor calórico de 1,5 kcal/g es usado para propósitos legales de información en el etiquetado. Por su efecto hipoglicemiante, la inulina se recomienda en la dieta de individuos con diabetes mellitus.Investigaciones aplicadas a ratas y humanos indican un incremento de la absorción de calcio y otros minerales, cuando se usa inulina y sus derivados en la dieta; reportando consecuencias positivas en el contenido y la densidad de los huesos.
En adolescentes, la dosis necesaria para observar esos resultados fue 8 g/día de inulina durante 8 semanas. También se demostró el efecto positivo de la inulina y sus derivados en la absorción de magnesio.Con respecto al cáncer, se demostró que la administración de prebióticos (inulina y oligofructosa) disminuye el crecimiento de cáncer de colon. El mecanismo aún no está claro, pero los resultados parecen señalar como responsable, a la acción combinada de dos factores: el aumento de los ácidos grasos de cadena corta (producto de la fermentación de los prebióticos) y la disminución de la proliferación de las enzimas envueltas en la patogénesis del cáncer. Se observó la inhibición del cáncer mamario en ratas cuya dieta fue suplementada con inulina.
También ha sido reportado un efecto antimelanoma por el consumo de inulina. Estos efectos positivos en la salud han originado que se recomiende la inulina como factor adyuvante en las terapias de cáncer.La inulina junto con otro carbohidrato no digerible, el galactooligosacárido, logra cumplir una función muy importante en el mejoramiento de las formulaciones alimenticias infantiles.
La leche materna contiene una mezcla compleja de carbohidratos no digeribles que cumplen con la función de prebiótico, lo cual justifica la adición de oligosacaridos a formulas lácteas que se administran a los niños. Existen otras funciones promisorias de la inulina que aun están en estudio, entre ellas el aumento a la resistencia a infecciones intestinales, atenuación de enfermedades inflamatorias del intestino, estimulación del sistema inmune con la consecuente resistencia a las infecciones. Sin embargo, es importante considerar que estudios en seres humanos han demostrado que dosis mayores a 30g/día de inulina y oligofructosa ocasionan efectos gastrointestinales adversos.
Es importante destacar además que tanto la inulina como sus vados, fueron aceptados como ingredientes seguros por el Food and Drug Administration (FDA) desde 1992, lo cual indica que pueden usarse sin restricciones en formulaciones alimenticias, incluso en las destinadas para infantes.
Los importantes beneficios de la inulina y derivados han sido ampliamente explotados en el mercado e incluso utilizados para alegaciones contundentes en las campañas de mercadeo. Un reporte de la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la alimentación (FAO) señala la necesidad de una regulación internacional que estandarice las condiciones bajo las cuales se pueden usar las alegaciones en nutrición y salud. ya que existen algunas que aún no han sido sólidamente comprobadas a nivel científico.
En la actualidad, la presencia de ciertas cantidades de inulina o sus derivados en la formulación de un producto alimenticio, es condición suficiente para que dicho producto pueda ser considerado como "alimento funcional", que por definición sería aquel que contiene un componente o nutriente con actividad selectiva beneficiosa, lo que le confiere un efecto fisiológico adicional a su valor nutricional. El efecto positivo a la salud se refiere a una mejoría de las funciones del organismo o a la disminución del riesgo de una enfermedad.
La propiedad de la inulina más extensivamente estudiada es su comportamiento como prebiótico, definido por su capacidad selectiva de estimular el crecimiento de un grupo de bacterias en el colon (bifidobacterias y lactobacilos), con la consecuente disminución de otras especies que pueden ser perjudiciales (E. coli y bacterias de la especie Clostridium spp.). Entre otras propiedades beneficiosas a la salud de la inulina, se mencionan: el refuerzo de las funciones inmunológicas ante cáncer o tumores, el aumento de la biodisponibilidad de minerales y la mejora del metabolismo de las grasas y de la respuesta glicémica.
Otras aplicaciones de la inulina y derivados
La inulina y sus derivados también se están usando en la alimentación animal, para disminuir malos olores en las heces fecales de animales domésticos como perros y gatos. También se ha ensayado utilizar los oligosacáridos inulina y oligofructosa en la sustitución del uso de antibióticos profilácticos en pollos, conejos y cochinos.
La inulina y derivados se están usando en la industria farmacéutica como material excipiente en tabletas, coadyuvante en vacunas y también como ingrediente estructurante en detergentes. También han sido calificados como materiales bioactivos, que pueden ser incorporadas en los empaques de los alimentos para dar origen a "empaques bioactivos". Los materiales bioactivos son aquellos que modifican positivamente la funcionalidad de procesos fisiológicos del organismo, tales como los prebióticos, los fotoquímicos y las vitaminas.
Fuentes
- Madrigal, Lorena y Sangronis, Elba. La inulina y derivados como ingredientes claves en alimentos funcionales. Disponible en: Scielo
- Revista Alan
- Archivos Latinoamericanos de Nutrición.(2007).
