Daniel Alejandro Silva Montoya. Director: Carlos Humberto Montoya Navarrete

Transcripción

1 Documentación y estandarización de la técnica para la determinación de fibra en productos alimenticios para el laboratorio de análisis de aguas y alimentos de la Universidad Tecnológica de Pereira Daniel Alejandro Silva Montoya Director: Carlos Humberto Montoya Navarrete Universidad Tecnológica de Pereira Facultad de Tecnología Escuela de Tecnología Química

2 Documentación y estandarización de la técnica para la determinación de fibra en productos alimenticios para el laboratorio de análisis de aguas y alimentos de la Universidad Tecnológica de Pereira TRABAJO DE GRADO Requisito final para optar al titulo de tecnólogo químico Daniel Alejandro Silva Montoya Director: Carlos Humberto Montoya Navarrete UTP Facultad de Tecnología Escuela de Tecnología Química 2007

3 AGRADECIMIENTOS Gracias a la Universidad Tecnológica de Pereira por las herramientas y fuentes de conocimiento puestas a disposición para la realización de este trabajo, a la escuela de química y a sus profesores por la educación y formación recibida durante estos años. Se agradece de forma particular a: Carlos Humberto Montoya Navarrete: Jefe de laboratorios de la escuela de química y docente. Liliana Bueno: Analista de laboratorio de análisis de suelos. Así mismo a todas las personas que de una u otra forma contribuyeron en la realización de este trabajo.

4 DEDICATORIA Al superar una etapa tan importante en mi vida quiero dedicar este logro a: Mi padre JEHOVÁ y a su hijo JESUCRISTO por que me dieron la oportunidad de estudiar para salir adelante y hacer un sueño realidad al permitirme alcanzar este triunfo. A mis seres queridos por que me han apoyado siempre en los momentos difíciles y a mis amigos y profesores Daniel

5 NOTA DE ACEPTACION DE TRABAJO DE GRADO Documentación y estandarización de la técnica para la determinación de fibra en productos alimenticios para el laboratorio de análisis de aguas y alimentos de la Universidad Tecnológica de Pereira Presentado por: Daniel Alejandro Silva Montoya Los suscritos director y jurado del presente trabajo de grado, una vez realizada la versión escrita y presenciado la sustentación oral, decidimos otorgar la nota de: Con la connotación: Para la constancia firmamos en la ciudad de Pereira hoy El director: Nombre: Carlos Humberto Montoya Navarrete Jurado: Nombre: Olga Inés Vallejo

6 TABLA DE CONTENIDO Pg LISTA DE TABLAS LISTA DE FIGURAS RESUMEN I II III 1. JUSTIFICACIÓN 1 2. OBJETIVOS 3 OBJETIVO GENERAL 3 OBJETIVOS ESPECIFICOS 3 3. MARCO REFERENCIAL Fibra dietaria Clasificación de fibra dietaria Fibra soluble Fibra insoluble Fuentes de fibra soluble e insoluble Localización de los compuestos que forman la fibra dietaria Composición química Celulosa Hemicelulosa Lignina Pectina Propiedades y usos de la fibra dietaria La función intestinal Los niveles de glucosa en la sangre El colesterol sanguíneo El cáncer gastrointestinal Otros efectos Solubilidad y fermentabilidad de la fibra dietaria Efectos de la fibra insoluble, no fermentable Efectos de la fibra soluble fermentable Estructura celular MARCO TEORICO Introducción al análisis cuantitativo Método gravimétrico Introducción a la bromatología y el análisis de alimentos 17

7 4.2.1 Método gravimétrico para determinar humedad Método gravimétrico para determinar cenizas Método para determinar grasa con extracción por soxhlet Método para determinar fibra bruta Análisis por micro Kjeldhal para la determinación de proteína METODOLOGIA Descripción de la muestra Preparación de la muestra Métodos utilizados Ensayos adicionales Estudio estadístico de los resultados RESULTADOS Y DISCUSIÓN Resultados determinación de fibra insoluble Primer método Segundo método Repetición primer método Resultados determinación de pectina Primer método Segundo método Resultados determinación de fibra soluble e insoluble a productos comerciales All bran de Kelloggs Avena Quaker Starbien Hit vital Procedimiento para la determinacion de fibra insoluble Procedimiento para la determinacion de pectina DISCUSIÓN GENERAL Comparación entre los datos de fibra insoluble obtenidos en el laboratorio y los datos de la literatura Comparación entre los datos de pectina obtenidos en el laboratorio y los datos de la literatura Comparación entre los datos de fibra soluble e insoluble obtenidos en el laboratorio para productos comerciales y los datos de la literatura. 52

8 CONCLUSIONES RECOMENDACIONES ANEXOS BIBLIOGRAFIA

9 I. LISTA DE TABLAS Tabla 1. Determinación del contenido de fibra insoluble primer método 24 Tabla 2. Determinación del contenido de fibra insoluble segundo método 25 Tabla 3. Determinación del contenido de fibra insoluble repetición primer método 26 Tabla 4. Determinación del contenido de pectina primer método 27 Tabla 5. Determinación del contenido de pectina segundo método 28 Tabla 6. Determinación del contenido de fibra insoluble al all bran mediante primer método 30 Tabla 7. Determinación del contenido de pectina al all bran mediante segundo método 30 Tabla 8. Determinación del contenido de fibra insoluble en la avena mediante primer método 31 Tabla 9. Determinación del contenido de pectina a la avena mediante segundo método 31 Tabla 10. Determinación del contenido de fibra insoluble en starbien mediante primer método 32 Tabla 11. Determinación del contenido de pectina en starbien mediante segundo método 32 Tabla 12. Determinación del contenido de pectina en Hit vital mediante segundo método 33 Tabla 13. Reactivos utilizados en la investigación 55 Pg

10 II. LISTA DE FIGURAS Figura 1. Fuentes de fibra soluble e insoluble 5 Pg Figura 2. Estructura química de la celulosa 6 Figura 3. Estructura química de los azucares presentes en la hemicelulosa 7 Figura 4. Estructura química de la lignina 8 Figura 5. Estructura química de la cadena de pectina 9 Figura 6. La solubilidad en agua y la fermentabilidad de las fibras 12 Figura 7. Pared celular primaria 16 Figura 8. Fotomicrografía electrónica de microfibrillas de celulosa 16 Figura 9. Preparación de la muestra 20 Figura 10. Métodos utilizados 21

11 III. RESUMEN Debido a la importancia que tiene desde el punto de vista nutricional, conocer el contenido de fibra dietaria en un alimento. Y teniendo en cuenta que en el etiquetado exigido por la legislación colombiana, se debe declarar el contenido en fibra dietaria. Es necesario disponer de métodos analíticos relativamente sencillos que permitan determinar fibra en un alimento. Por esta razón en este trabajo se hizo una revisión bibliográfica de cuales de los métodos conocidos para la determinación de fibra soluble e insoluble se pueden realizar de manera práctica y sencilla en el laboratorio. Y que a la vez por medio de esos métodos se pueda obtener unos valores acertados del contenido en fibra total presente en los alimentos, de esta manera los métodos seleccionados se podrán seguir realizando en los análisis de rutina del laboratorio de análisis de aguas y alimentos de la Universidad Tecnológica de Pereira abriendo una nueva opción para posibles empresas de alimentos externas que necesiten conocer el contenido de fibra en sus productos, y para poder enseñar a los estudiantes de química que estén cursando la materia análisis de alimentos una nueva determinación de un componente tan importante como lo es la fibra dietaria.

12 1. JUSTIFICACIÓN La fibra dietaria o dietética es un componente importante de los alimentos, que consiste de material de origen vegetal resistente a la acción hidrolitica de las enzimas endógenas del tracto digestivo de los mamíferos.(1) La fibra dietaria, no es digerida por las enzimas del sistema digestivo humano pero cumple un papel importantísimo en este proceso dada su gran capacidad de retención de agua produciendo heces de mayor volumen y mas blandas facilitando su eliminación, y disminuyendo las posibilidades de diverticulitis, apendicitis y hemorroides. Es importante anotar que esta disminución del transito intestinal de las heces, disminuye el tiempo de contacto con sustancias potencialmente cancerigenas y por ello se les atribuye la disminución en la incidencia del cáncer de colon. (2) Hace 30 años, Dennis P. Burkit medico en el servicio de la salud publica de África, lanzo una hipótesis que no fue bien recibida por sus colegas. Fue el primero en hablar de una conexión entre fibra dietaria y enfermedad. El Dr. Burkit encontró que los nativos africanos cuya dieta natural era rica en fibra dietaria presentaban baja incidencia de enfermedades digestivas como apendicitis y cálculos biliares, así como bajo nivel serico de colesterol y baja incidencia de diabetes. Dennis postulo que estas condiciones eran asociadas al alto consumo de fibra en la dieta. Ha tomado casi treinta años, y se ha trabajado gran cantidad de datos para que la comunidad medica y de nutrición acepte a la fibra como un componente valioso de la dieta y que su consumo diario es indispensable para promover y conservar la salud.(3) En los tiempos actuales la gran preocupación por la salud, ha llevado al estudio profundo del contenido y composición de la fibra dietética presente en los alimentos, un campo de investigación antiguo que hoy es nuevamente retomado.(2) 1

13 La demanda para los productos con alto contenido de fibra dietaria ha crecido y las compañías productoras de alimentos intentan satisfacer esta necesidad con una variedad amplia de alimentos adicionados de fibra. La preparación de fibras a partir de subproductos y residuos de origen vegetal se presenta como una alternativa tanto para un manejo adecuado de los desechos sólidos, reducción de los niveles de emisión y la disminución de la degradación del medio ambiente, como para la obtención de nuevas fuentes de fibra dietaria con características únicas, y muchas aplicaciones interesantes, ya sea en la preparación de alimentos funcionales o para formas farmacéuticas, ofreciendo así a la población colombiana una oportunidad de aumentar el consumo diario de fibra dietaria, (las referencias de valores de fibra que se deben consumir se calcula en 23 g por cada 2000 calorías ingeridas), además de contribuir a disminuir los desechos sólidos resultantes del proceso, con el consecuente mejoramiento de la calidad del medio ambiente favoreciendo la participación en un desarrollo sostenible buscado por todos los gobiernos a nivel mundial.(4) La fibra dietética en realidad es definida por el método utilizado para su medida, de los cuales existen varios. Tanto los materiales insolubles de las paredes celulares de las plantas, entre ellos celulosa y lignina, como algunos polisacáridos solubles distintos del almidón, son considerados componentes de la fibra dietética.(5) Teniendo en cuenta que en el etiquetado exigido por la legislación colombiana, se debe declarar el contenido en fibra dietaria. y que desde el punto de vista nutricional la fibra tiene mucha importancia (6). Es necesario disponer de métodos analíticos relativamente sencillos que permitan determinar el contenido en fibra dietaria total en los alimentos. 2

14 2. OBJETIVOS 2.1 Objetivo general Documentar y estandarizar la técnica para la determinación de fibra en el laboratorio de análisis de aguas y alimentos de la Universidad Tecnológica de Pereira. 2.2 Objetivos específicos Cuantificar los contenidos de fibra dietética soluble e insoluble en los alimentos. Determinar la exactitud de los métodos utilizados haciendo una comparación entre los datos obtenidos en el laboratorio y los datos de la literatura. Determinar la reproducibilidad de los métodos utilizados haciendo uso de la desviación estándar. Determinar cual de los dos métodos utilizados en cada fracción de fibra resulta mejor. Elaborar los protocolos para la determinación de las dos fracciones de fibra dietaria. 3

15 3. MARCO DE REFERENCIA 3.1 Fibra dietaria La fibra dietética se define como la porción comestible de plantas o de los carbohidratos análogos que son resistentes a la digestión y a la absorción en el intestino delgado con completa o parcial fermentación en el intestino grueso, estos carbohidratos no son hidrolizados por las enzimas endógenas del tracto digestivo humano, no pueden ser digeridos por nuestro organismo ya que no tenemos las enzimas necesarias para poder llevar a cabo esta función, Las clases químicas principales de la fibra dietética son celulosa, hemicelulosas, pectinas, gomas, y ligninas. Son todos polisacáridos excepto la lignina. Y se determinan según el método convenido. Promueve efectos fisiológicos beneficiosos tales como laxación, y/o atenuación del colesterol de la sangre, y/o la atenuación de la glucosa de la sangre (7)(8)(9)(10). 3.2 Clasificación de fibra dietaria Según su solubilidad y grado de fermentación, las fibras se pueden dividir en solubles e insolubles. En la composición de las fuentes de fibra dietaria, la solubilidad tiene profundos efectos en la funcionalidad de la fibra. La fibra dietaria soluble ejerce principalmente actividad metabólica y la insoluble, mecánica. La fibra soluble se encuentra en alimentos tales como el salvado de avena, la cebada, las nueces, las semillas, los fríjoles, las lentejas, los guisantes y algunas frutas y hortalizas. Entre tanto la fibra insoluble se encuentra en alimentos tales como el salvado de trigo, las hortalizas y los granos enteros (11)(12)(13) Fibra soluble El efecto de la fibra dietaria soluble en el tubo digestivo del hombre está relacionado con su mayor capacidad para retener agua y formar geles, se vuelve gel durante la digestión e igualmente retarda la digestión y la absorción de nutrientes desde el estómago y el intestino. Las fibras solubles comprenden gomas, mucílagos, pectina y algunas hemicelulosas. Fermentan rápidamente por la acción de las bacterias colónicas y son 4

16 viscosas. además, es un sustrato adecuado para la fermentación que efectúan las bacterias en el colon, lo que ayuda a mantener su estructura y adecuado funcionamiento (11)(12)(13) Fibra insoluble Las fibras insolubles están compuestas principalmente por celulosa y lignina (se incluyen también algunas hemicelulosas), son poco fermentadas por la acción de las bacterias del colon, no son viscosas (poca capacidad de formar geles) y se excretan prácticamente íntegras en las heces. La fibra insoluble promueve la función intestinal normal mediante la absorción de agua, acelera el paso de los alimentos a través del estómago y los intestinos y le agrega peso al volumen de la masa fecal aumentando la velocidad del tránsito de las heces a través del colon (11)(12)(13). 3.3 Fuentes de fibra soluble e insoluble La fibra alimentaria se encuentra en las frutas (pera, fresa, mora, frambuesa, grosella y naranja), las verduras (col de Bruselas, alcachofa, cebolla, ajo, maíz, guisantes, judías verdes y brécol, etc), las legumbres (lentejas, garbanzos, alubias, etc.) y los granos de cereal enteros (salvado de trigo, de avena, pan de cereales integrales o multi-cereales, etc.) (14). Figura 1. Fuentes de fibra soluble e insoluble 5

17 3.4 Localización de los compuestos que conforman la fibra dietaria Los compuestos que conforman la fibra dietaria se localizan en la pared de las células vegetales e intracelularmente en los plastidios, vacuolas, o en el citoplasma (5). 3.5 Composición química Los componentes principales de la pared celular son la celulosa, hemicelulosa, pectinas y lignina (5) Celulosa La celulosa es un polímero lineal de unidades de anhidroglucosa unidas entre ellas por junturas glicosidicas de tipo β-1,4. el grado de polimerización es del orden de unidades por molécula. En el estado natural estas moléculas están asociadas en una estructura compleja a la vez fibrilar y cristalina, es el componente más abundante de las paredes de las células vegetales donde se encuentra asociado con la hemicelulosa y la pectina. La celulosa es el componente principal de la madera, al algodón y el papel en todos sus tipos. Se encuentra en zanahorias, col, verduras y cereales integrales. (6)(15). Figura 2. Estructura química de la celulosa 6

18 3.5.2 Hemicelulosa Las hemicelulosas son heteropolisacaridos cortos, ramificados, fácilmente hidrolizables enzimáticamente, con este nombre se agrupa a una serie de moléculas formadas por polímeros de hexosas y/o pentosas, las cuales se hallan íntimamente asociadas a la celulosa (de ahí el nombre de hemicelulosa). Entre los más conocidos se encuentran los polímeros llamados xiloglucanas, arabinogalactanas y ramnogalacturonanas cuyos monosacáridos principales son: xilosa y glucosa, arabinosa y galactosa y en el último caso ramnosa y ácido galacturónico.se les encuentra en cereales integrales y verduras en general, las de caña de maíz contiene 70% de xilosa, 9% arabinosa, 14.5% de glucosa y 5.9% de otros. Los azucares C 5 (xilosa y arabinosa) son mayoritarios, la glucosa siempre esta presente y los otros están constituidos por los ácidos uronicos y otros azucares en menor proporción (6)(15). D- Xilosa D-Arabinosa D-Glucosa D- Galactosa Figura 3. Estructura química de los azucares presentes en la hemicelulosa 7

19 3.5.3 Lignina Las ligninas son polímeros tridimensionales de origen fenolico, sintetizados por la deshidrogenacion radical de tres alcoholes fenilpropenoicos: El alcohol cumarilico, el alcohol coniferilico y el alcohol sinapilico; las uniones entre moléculas basales son de diferentes tipos, muchas de las cuales no son hidrolizables, es el principal componente no carbohidrato de la pared celular de las plantas. Tiene mínima capacidad para absorber agua. Se le encuentra principalmente en la cascarilla de los cereales y en la alfalfa (6)(15). Figura 4. Estructura química de la lignina Pectina La pectina nativa presente en la planta, denominada también protopectina, esta formada por ácidos poligaracturonicos, cuyos grupos carboxílicos están esterificados en parte con metanol. La gran longitud de la cadena y a la vez su pequeño grosor hacen que se origine una red tridimensional que se mantiene unida por fuerzas de van der waals relativamente fuertes y por en laces iónicos (Ca 2+ ). La transformación en el laboratorio del grupo carboxilo del ácido galacturónico en metil ester, da lugar al polímero que recibe el nombre de ácido pectínico, siendo esta forma, la llamada pectina soluble, que se usa para hacer mermeladas y jaleas en combinación con adecuadas cantidades de fruta, ácido orgánico y azúcar. Las pectinas se encuentran en las paredes celulares y la porción carnosa de la fruta, 8

20 verduras y plantas comestibles. La parte carnosa y blanca de la cáscara de cítricos como la toronja y la naranja, así como en la manzana, el membrillo y el tejocote; contienen abundantes cantidades de pectina (cerca del 20%de su peso seco). La pectina comercial proviene de estas fuentes (15)(16). Figura 5. Estructura química de la cadena de pectina 3.6 Propiedades y usos de la fibra dietaria La fibra alimentaria ingerida avanza por el intestino grueso, donde es fermentada parcial o totalmente por las bacterias intestinales. Durante el proceso de fermentación, se forman diversos subproductos, ácidos grasos de cadena corta y gases. Los efectos beneficiosos para la salud de la fibra alimentaria se derivan de la acción combinada del proceso de fermentación y de los subproductos resultantes (14). La fibra dietética aumenta el poder de saciedad, disminuye la densidad energética de los alimentos. La fermentación de algunos tipos de fibra, libera ácidos grasos de cadena corta que son absorbidos determinando una mayor sensación de saciedad. Produce retardo en el vaciamiento gástrico y por consiguiente disminuye la glicemia e hiperinsulinemia postprandial. Las fibras dietéticas son higroscópicas, por lo que suavizan el bolo fecal, aumentan su volumen y facilitan su transito por el intestino y la defecación. Esto reduce o evita el 9

21 estreñimiento en niños y adultos. En los adultos también reducen el riesgo de diverticulosis de colon. Hay una asociación epidemiológica entre la ingestión de dietas ricas en fibra y una menor incidencia de cáncer de intestino grueso. Esto puede ser porque la fibra liga algunas sustancias cancerígenas y porque aumenta la velocidad del transito intestinal, reducen la posibilidad de una interacción de los cancerígenos con la mucosa intestinal. Esa capacidad de ligar ciertas moléculas y no permitir su absorción intestinal hace que también, ciertos tipos de fibra, contribuyan a reducir el riesgo de hipercolesterolemia (17) La función intestinal La fibra alimentaria, especialmente la fibra insoluble, ayuda a prevenir el estreñimiento al incrementar el peso de las heces y a reducir la duración del tránsito intestinal. Este efecto es aun mayor si el consumo de fibra se acompaña de un aumento de la ingesta de agua. Los ácidos grasos de cadena corta, producidos cuando la fibra fermenta por la acción de las bacterias intestinales, son una fuente importante de energía para las células del colon y pueden inhibir el crecimiento y la proliferación de células cancerígenas en el intestino. Al mejorar la función intestinal, la fibra alimentaria puede reducir el riesgo de enfermedades y trastornos, tales como la enfermedad diverticular o las hemorroides y puede tener un efecto protector frente al cáncer de colon (14) Los niveles de glucosa en la sangre La fibra soluble puede ralentizar la digestión y la absorción de hidratos de carbono y, por consiguiente, reducir la subida de la glucosa en la sangre que se produce después de comer (postpandrial) y la respuesta insulínica. Esto puede contribuir a que las personas diabéticas tengan un mejor control de la glucemia (14). 10

22 3.6.3 El colesterol sanguíneo Los resultados de varios estudios epidemiológicos revelan otra función de la fibra alimentaria en la prevención de la enfermedad cardiaca coronaria (ECC), la de mejorar los perfiles de lípidos en la sangre. Los ensayos clínicos confirman los resultados de dichos estudios. La fibra de consistencia viscosa, como la pectina, el salvado de arroz o el de avena, reducen el colesterol sérico total y el nivel de colesterol LDL (de lipoproteína de baja densidad o colesterol malo). Entre tanto, las investigaciones siguen demostrando que una dieta con un elevado contenido de fibra alimentaria de origen mixto también protege contra la ECC (14) El cáncer gastrointestinal Desde hace varios años se ha asociado el consumo de fibra con la disminución de la incidencia de cáncer, principalmente colorectal. Estudios prospectivos publicados en las últimas 2 décadas no han observado esta asociación. Sin embargo, un estudio reciente que involucró 10 países europeos demostró una reducción del 25% en el riesgo de desarrollar cáncer colorectal asociado a un alto consumo de fibra (18) Otros efectos Aunque la prevención del estreñimiento, la mejora de los niveles de glucosa en sangre y los perfiles de lípidos en la sangre son los principales efectos beneficiosos derivados de una dieta rica en fibra alimentaria, no hay que olvidar otras consecuencias positivas. Por ejemplo, dado que la fibra aumenta el volumen de la dieta sin añadir calorías, puede tener un efecto saciante y ayudar así a controlar el peso. Para beneficiarse de todos los efectos de la fibra es importante variar las fuentes de fibra en la dieta. Las dietas con frutas, verduras, lentejas o alubias y cereales integrales no sólo proporcionan fibra alimentaria, sino que aportan además otros nutrientes y componentes alimentarios fundamentales para una salud óptima (14). 11

23 3.7 Solubilidad y fermentabilidad de la fibra dietaria. No todas las sustancias conocidas como fibra dietética se comportan de igual forma cuando llegan al intestino grueso. Este comportamiento depende de dos propiedades de las fibras (no equivalentes, pero sí estrechamente relacionadas): su solubilidad en agua y su capacidad de ser fermentadas por las bacterias presentes en el intestino grueso (flora intestinal) (Figura 2). En general, cuanto más soluble, más fermentable es una fibra. Tal es el caso de las gomas, mucílagos y pectina que son muy solubles y también muy fermentables. Las hemicelulosas tienen un grado de solubilidad y fermentabilidad intermedia. La lignina es un tipo de fibra totalmente insoluble y no es fermentable en absoluto, mientras que las celulosas son insolubles pero algunas pueden ser parcialmente fermentadas (hasta un 40-50%). A efectos prácticos, sin embargo, es útil clasificar la fibra dietética como fibra insoluble, no fermentable o fibra soluble, fermentable (Figura 2) (19). Figura 6. La solubilidad en agua y la fermentabilidad de las fibras 12

24 3.7.1 Efectos de la fibra insoluble, no fermentable Las acciones principales de la fibra insoluble a su llegada al intestino grueso son 1) la formación de residuo fecal, constituido por la propia fibra, y 2) el atrapamiento de agua en su seno. De hecho, cuando hablamos de una dieta rica o pobre en residuos, nos estamos refiriendo a una dieta rica o pobre en fibra insoluble. Las consecuencias de estas acciones son el aumento del volumen de las heces y la aceleración de los movimientos del colon. Ello hace que el consumo de alimentos ricos en fibra insoluble sea particularmente útil para prevenir y tratar el estreñimiento crónico. Sin embargo, la fibra insoluble no debe administrarse a personas que tienen estrecheces (estenosis) en el intestino (ya sea en el intestino delgado como en el colon) como algunos pacientes (no todos) con enfermedad de Crohn ya que el acumulo de residuos puede favorecer la obstrucción intestinal. Asimismo, la fibra insoluble, sobre todo la lignina (del latín, lignum=leña) contenida en alimentos integrales, puede dañar la mucosa frágil y ulcerada del colon en un brote grave de colitis ulcerosa, por lo que también debe evitarse en estos casos (no en la colitis inactiva o en remisión)(19) Efectos de la fibra soluble fermentable Los efectos fisiológicos de la fibra dietética soluble provienen en gran medida de su fermentación colónica. La fermentación de la fibra soluble por la flora bacteriana intestinal es un proceso que debemos considerar en términos generales beneficioso para la salud. Como resultado de esta fermentación bacteriana, se produce hidrógeno, dióxido de carbono, gas metano y ácidos grasos de cadena corta, de los cuales el butirato es el más importante. El butirato es importante porque: 1) Es una sustancia que es utilizada como alimento específico de las células del colon. Esto parece obviamente interesante en los casos de colitis ulcerosa, donde la mucosa del colon se encuentra dañada. De hecho, se sabe que las células del colon de los pacientes con colitis 13

25 ulcerosa activa no aprovechan bien el butirato que les llega, de manera que proporcionarles mayores cantidades de ese alimento podría ser, al menos en teoría, útil. 2) La absorción del butirato por las células del colon favorece, de manera indirecta, la absorción de agua desde la luz intestinal. De esta manera, el consumo de fibras fermentables puede contribuir a aliviar (al menos en parte) la diarrea de los pacientes con enfermedad inflamatoria intestinal. 3) Estudios recientes, llevados a cabo en el laboratorio, sugieren que el butirato podría disminuir la inflamación intestinal en la colitis ulcerosa y la enfermedad de Crohn. Aunque este efecto antiinflamatorio intestinal no se demostrado aún de forma inequívoca en enfermos, de ser cierto sería un argumento importante a favor del consumo de fibra fermentable en estos casos. 4) En animales de experimentación, el butirato previene el desarrollo de cáncer de colon. De hecho, el consumo de frutas y verduras forma parte de los hábitos de vida que se han demostrado eficaces en la prevención de ese cáncer tan frecuente en los países industrializados. Teniendo en cuenta que los pacientes con colitis ulcerosa y enfermedad de Crohn del colon extensas y de muchos años de evolución tienen un mayor riesgo de padecer cáncer de colon, el consumo de fibra fermentable en estos casos debe considerarse un hábito saludable. Desafortunadamente, sin embargo, no todas las consecuencias de la fermentación de la fibra dietética son agradables. Además de ácidos grasos de cadena corta (butirato), también se producen gases, que pueden causar hinchazón, molestias abdominales e incluso dolor. Habitualmente, estos síntomas no revisten gravedad (más allá de la molestia que producen) por lo que el consumo de fibra soluble sólo debería limitarse por este motivo si los síntomas son muy intensos. Los brotes graves de colitis ulcerosa o enfermedad de Crohn del colon constituyen una situación particularmente delicada respecto al consumo de fibra 14

26 fermentable. En estas circunstancias, la flora intestinal puede modificarse de tal forma que la fermentación de la fibra produzca otras sustancias (por ejemplo, ácido láctico) que pueden lesionar aún más la mucosa del colon. Aunque no hay evidencias inequívocas de que esto ocurra en todos los casos, la prudencia aconseja evitar el consumo de fibra fermentable durante los brotes graves de enfermedad inflamatoria intestinal del colon (19)(20). 3.8 Estructura celular En la figura 7, se puede observar la pared celular primaria engrosada irregularmente, no lignificada. Formada por celulosa, mucha pectina y hemicelulosas y ricas en agua (21). La celulosa es un componente fibrilar presente en las paredes celulares vegetales, constituída por un polímero lineal de glucosas unidas por enlaces β-1,4. La ausencia de cadenas laterales y la estructura lineal permite la formación de agregados moleculares: las microfibrillas (Fig. 8). La estabilización se da por puentes de hidrógeno intermoleculares. La deposición microfibrilar de la celulosa permite la existencia de espacios entre las microfibrillas, que están ocupados por la matriz, que puede presentar entre otras moléculas suberina y lignina (22). 15

27 Figura 7. Pared celular primaria Figura 8. Fotomicrografía electrónica de microfibrillas de celulosa 16

28 4. MARCO TEORICO 4.1 Introducción al análisis cuantitativo El análisis químico cuantitativo tiene por objeto determinar la cantidad relativa de uno o varios componentes de una sustancia o mezcla. Aunque las reacciones químicas del análisis cuantitativo, así como los principios que las fundamentan, son en su mayoría las que se emplean en el análisis cualitativo, en el análisis cuantitativo se debe medir exactamente la cantidad de muestra que se toma y la del reactivo que reacciona con ella, o en algunos casos la cantidad de uno de los productos de la reacción (23). El análisis cuantitativo es indispensable en una amplia variedad de operaciones técnicas y comerciales: agricultura, alimentos, medicamentos, minería, metalurgia, suministro de aguas, aprovechamiento de desperdicios, productos manofacturados de variedad casi infinita, etc. (24) Método gravimétrico La cantidad de sustancia buscada se determina mediante el peso de la propia sustancia pura, o de algún compuesto químico que la contiene o equivale químicamente a ella (24). 4.2 Introducción a la bromatología y el análisis de alimentos La palabra Bromatología viene del griego Bromatos que quiere decir Alimentos y logos, enseñanza, conocimiento; siendo por lo tanto, la ciencia que se ocupa del conocimiento de los alimentos (25). Se relaciona con ciencias como la química, la biología y la física, igualmente con la nutrición, la bioquímica, la farmacología y la toxicología (26). La investigación básica de los alimentos y de sus materias primas comprende no solo la determinación de sus principales componentes, tales como grasas, proteínas, carbohidratos y compuestos especiales. Se trata de parámetros globales de componentes mayoritarios y minoritarios que se determinan de manera sencilla por métodos fisicoquímicos y que se utilizan para la evaluación y caracterización de los distintos productos (16). 17

29 En la evaluación fisicoquímica de alimentos se realiza la determinación del contenido de humedad y cenizas utilizando el método gravimétrico, grasa o extracto etéreo siguiendo el método soxhlet, fibra cruda o insoluble por digestión acida y alcalina, y proteína mediante el análisis por micro kjeldhal(27)(28) Método gravimétrico para determinar humedad La determinación de humedad o volátiles a 100 o C se basa en la perdida de peso que sufre el alimento al calentarlo a 100 o C. Este valor incluye además del agua propiamente dicha, las sustancias volátiles que acompañan al alimento (6). La muestra se seca directamente, o tras triturarla, en una estufa a 100 o C de temperatura hasta pesada constante, calculándose el residuo por diferencia de peso (16) Método gravimétrico para determinar cenizas El concepto de residuo de incineración o de cenizas se refiere al residuo que queda tras la combustión (incineración) completa de los componentes orgánicos de un alimento, este residuo corresponde entonces con el contenido en minerales, partículas de carbono procedentes de una combustión incompleta, y otras posibles impurezas de los alimentos. Se calcina/incinera la muestra a 550 o C en la mufla y se calcula el residuo de incineración por diferencia de peso (16) Método para determinar grasa con extracción por Soxhlet Las grasas verdaderas o triglicéridos son compuestos orgánicos carentes de nitrógeno, que se forman en el metabolismo animal y vegetal y que poseen desde el punto de vista fisiológico un elevado valor calorífico. Son los nutrientes con mayor poder energético (1g de grasa = 9.3 cal = 38.9 KJ ). Las grasas, por lo general, se encuentran asociadas con numerosas sustancias acompañantes (lipoides), estrechamente relacionadas biogenéticamente unas con otras. Las grasas y sus sustancias acompañantes, que en conjunto se denominan también lípidos, se diferencian entre si básicamente por su 18

30 estructura química, aunque presentan en su totalidad propiedades quimico-fisicas similares, como por ejemplo la solubilidad en disolventes orgánicos. La muestra se extrae con éter dietilico o éter de petróleo en un aparato soxhlet, cuyo recipiente haya sido previamente tarado, se recupera la mayor parte del solvente por destilación, después se determina gravimétricamente el extracto seco Método para determinar fibra bruta La fibra bruta es el residuo orgánico lavado y seco que queda después de hervir sucesivamente el material desengrasado con acido sulfúrico e hidróxido sódico diluidos (29). Se filtra, el residuo se lava con etanol y éter, se seca y se pesa. Después de incinerado, se resta el contenido en cenizas del peso que se había obtenido (16) Análisis por micro kjeldhal para la determinación de proteínas Las proteínas son compuestos altamente polimerizados, que están formados por α- aminoácidos de configuración L. también se denominan proteicos. Las proteínas se encuentran entre los nutrientes más importantes, junto con los lípidos y los carbohidratos. Esto es así no por su función energética (1g de proteína = 4.1 Kcal = 17.2 KJ), sino porque son necesarias por su naturaleza nitrogenada para la síntesis de compuestos propios del organismo (16). Para esta determinación se efectúa una digestión sobre la muestra para destruir la materia + orgánica en medio de acido sulfúrico, el N orgánico se transforma en NH 4 con ayuda de un catalizador. Luego se destila en medio básico donde se desprende el NH 3, el cual se captura en una solución de acido bórico. Posteriormente se determina volumétricamente el NH 3 capturado, al titular con HCl de Normalidad conocida. El contenido en proteína de la muestra se calcula teniendo en cuenta el contenido medio en nitrógeno de la proteína en cuestión (16)(30). 19

31 5. METODOLOGIA 5.1 Descripcion de la muestra El trabajo se realizo utilizando dos tipos de muestra para la fraccion fibra insoluble se utilizo un concentrado para animales llamado enerfibra un producto de la agropecuaria pastos y ganados Ltda, el cual fue obtenido en el laboratorio de analisis de suelos de la Universidad Tecnologica de Pereira, donde previamente se le habia determinado la cantidad de fibra insoluble utilizando un equipo para dicha determinacion. y para la fraccion fibra soluble se utilizo una mezcla a base de fructosa con vitaminas llamada Starbien un producto de Omnilife, este producto contiene fibra de manzana y tiene reportado en la tabla de informacion nutricional el contenido de fibra soluble. 5.2 Preparacion de la muestra Llegada la muestra al laboratorio el material seco se pulveriza obteniéndose partículas de igual tamaño. Si es necesario se seca la muestra en estufa a 60 0 C durante el tiempo suficiente para lograr peso constante, si la muestra es muy grasa se realiza una extracción tipo Soxhlet con hexano, posteriormente se empaca la muestra en bolsa de polietileno con cierre hermético y se rotula. (figura9) Pulverizar Secar en estufa a 60 0 C Extraer en soxhlet con hexano Empacar Rotular Figura 9. Preparación de la muestra 20

32 5.3 Métodos utilizados El material seco y molido el cual contiene el adicionado de fibra se almacena en un recipiente plástico hasta su evaluación analítica. Métodos utilizados para determinar fibra insoluble Métodos utilizados para determinar fibra soluble Método 1 Para determinar el contenido en fibra La fibra insoluble se analizo por soluble se analizo también la pectina tratamiento de las muestras secas y según los dos métodos propuestos en desengrasadas con soluciones acida el libro Análisis de alimentos. (Inés y alcalina diluidas y posterior Bernal de Ramírez)(6). calcinación del residuo insoluble según el método propuesto en el libro Análisis de alimentos. (Inés Bernal de Ramírez)(6). Método 1 Método 2 La pectina se analiza por medio de la precipitación etanolica en medio acido para posteriormente filtrar y pesar. También se analizo por el método adoptado en el libro Análisis de los alimentos. (fundamentos, métodos, aplicaciones). Matissek, schnepel, steiner.(16) en el que se hace una digestión de la muestra con una mezcla de ácidos para la posterior calcinación del residuo. Método 2 En el otro metodo la pectina se analiza haciendo una precipitación con cloruro de calcio en medio acido para posteriormente filtrar y pesar. Figura 10. Métodos utilizados Se tomo como base la realización de 10 ensayos por técnica, son cuatro técnicas, por lo cual da un total de 40 ensayos. 21

33 5.4 Ensayos adicionales Posteriormente se escogieron cuatro productos comerciales a los que se les determino fibra soluble e insoluble mediante los métodos convenidos. Los cuatro productos fueron All- Bran de kelloggs, Avena Quaker, Starbien de Omnilife y Hit Vital. Los resultados obtenidos de fibra soluble e insoluble se compararon con los datos reportados en la tabla de contenido de los productos. Las cantidades de fibra soluble e insoluble se determinaron por triplicado para cada producto, al Hit vital solo se le determino fibra soluble, lo cual da un total de 21 ensayos. 5.5 Estudio estadístico de los resultados El estudio estadístico de los resultados se hizo mediante la estadística descriptiva, se realizo un numero de diez ensayos por método, posteriormente a los diez datos obtenidos para cada método se les calculo la media (X) para evaluar exactitud y la desviación estándar (S) para evaluar reproducibilidad. 22

34 6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 6.1 Resultados determinación de fibra insoluble Primer método Datos obtenidos en el primer método utilizado, propuesto por el libro Análisis de alimentos. Inés Bernal de Ramírez (6). En el cual La fibra insoluble se analiza por tratamiento de las muestras secas y desengrasadas con soluciones acida y alcalina diluidas y posterior calcinación del residuo insoluble. Como se muestra en la tabla 1 el contenido de fibra insoluble fue de 0.55 g con una desviación estándar de indicando que el método utilizado es reproducible. Los datos erróneos obtenidos en el primer método son debidos a que hubo pérdida de muestra por transferir el residuo que queda en la segunda filtración a otro papel filtro que se había tarado previamente. En el momento de transferir el residuo al papel de filtro tarado para la cuantificación, no fue imposible hacerlo totalmente dado que una cantidad de materia insoluble se quedaba adherida al papel filtro utilizado en dicha filtración. Luego el papel filtro junto con el residuo se calcinaba en un crisol que también se había tarado previamente, lo que también pudo generar interferencias puesto que el papel filtro utilizado no era libre de cenizas. 23

35 No ensayos Peso fibra (g) % fibra Peso muestra (g) Media Desviación estándar Porcentaje obtenido con el equipo Tabla 1. Determinación del contenido de fibra insoluble primer método Segundo método Datos obtenidos en segundo método utilizado, propuesto por el libro Análisis de los alimentos. (fundamentos, métodos, aplicaciones). Matissek, schnepel, steiner (16). En el cual La fibra insoluble se analiza haciendo una digestión de la muestra con una mezcla de ácidos para la posterior calcinación del residuo. Como se muestra en la tabla 2 el contenido de fibra insoluble fue de 0.45 g con una desviación estándar de indicando que el método utilizado es reproducible. Al comparar el porcentaje de fibra obtenido mediante el segundo método con el porcentaje obtenido mediante la utilización del equipo se encuentran diferencias significativas, lo cual no quiere decir que el segundo método esta mal, lo que pasa es que los dos métodos manejan principios diferentes, y la mezcla de ácidos utilizada para la digestión en el segundo método puede solubilizar por oxidación o nitración ciertos componentes de la fracción insoluble de fibra como por ejemplo la lignina, posiblemente por esta razón porcentaje de fibra obtenido mediante el segundo método es menor al porcentaje obtenido mediante la utilización del equipo. 24

36 No ensayos Peso fibra (g) % fibra Peso muestra (g) Media Desviación estándar Porcentaje obtenido con el equipo Tabla 2. Determinación del contenido de fibra insoluble segundo método Analizando los datos reportados anteriormente de fibra insoluble, se puede decir que ambos métodos son reproducibles, pero hubo diferencias significativas al comparar con los datos reportados con el equipo, por lo que se repitieron los ensayos para el primer método aplicando algunas mejoras, como hacer la segunda filtración con papel filtro libre de cenizas en un crisol gooch, el papel filtro y el crisol se tararon en conjunto previamente, el primer método se encontró como mas apropiado para dicha repetición puesto que maneja el mismo principio que el equipo del laboratorio de suelos lo que hace que los dos métodos sean casi iguales. 25

37 6.1.3 Repetición primer método Como se muestra en la tabla 3 el contenido de fibra insoluble fue de 0.38 g con una desviación estándar de indicando que el método utilizado es reproducible. No hay diferencias significativas entre el porcentaje de fibra obtenido, y el porcentaje obtenido mediante la utilización del equipo, teniendo en cuenta que con el equipo no se calcina después de las digestiones, por lo cual no se restan las cenizas al residuo final, es por esta razón que el porcentaje de fibra obtenido mediante el primer método es un poco menor. Si se observa en la tabla 3 el porcentaje sin restar el contenido en cenizas se acerca mucho mas al porcentaje obtenido con el equipo. No ensayos Peso fibra (g) % fibra Peso muestra(g) Media Desviación estándar Media porcentaje sin restar cenizas Porcentaje obtenido con el equipo Tabla 3. Determinación del contenido de fibra insoluble repetición primer método 26

38 6.2 Resultados determinación de pectina Primer método Datos obtenidos en primer método utilizado, propuesto por el libro Análisis de alimentos. (Inés Bernal de Ramírez) (6). En el cual La pectina se analiza por medio de la precipitación etanolica en medio acido para posteriormente filtrar y pesar. Como se muestra en la tabla 4 el contenido de pectina fue de 1.07 g con una desviación estándar de indicando que el método utilizado es reproducible. Al comparar la cantidad de pectina obtenida mediante el primer método con la cantidad de fibra soluble reportada en la tabla de contenido de la muestra, se encuentran diferencias significativas, esto es por que la precipitación etanolica además de precipitar la pectina también puede precipitar otros compuestos (31). Posiblemente por eso la cantidad obtenida mediante la utilización del primer método es mayor a la cantidad de fibra soluble reportada en la tabla de contenido del producto. No ensayos Peso pectina (g) Peso muestra (g) , , , , , , ,01 Media 1.07 Desviación estándar Cantidad de fibra soluble reportada en tabla de contenido 0.45 Tabla 4. Determinación del contenido de pectina primer método 27

39 6.2.2 Segundo método Datos obtenidos en segundo método utilizado, propuesto por el libro Análisis de alimentos. (Inés Bernal de Ramírez) (6). En el cual La pectina se analiza haciendo una precipitación con cloruro de calcio en medio acido para posteriormente filtrar y pesar. Como se muestra en la tabla 5 el contenido de pectina fue de 0.16 g con una desviación estándar de indicando que el método utilizado es reproducible. La cantidad de pectina obtenida mediante el segundo método es menor que la cantidad de fibra soluble reportada en la tabla de contenido de la muestra, esto hace pensar que posiblemente la pectina no sea el cien por ciento de la fibra soluble ya que esta aparte de pectina también se conforma de otras sustancias como gomas, mucílagos y otra serie de sustancias como agar, goma guar, utilizados en la industria alimentaría. No ensayos Peso pectina (g) Peso muestra (g) , , , , , , , ,03 Media 0.16 Desviación estándar Cantidad de fibra soluble reportada en tabla de contenido 0.45 Tabla 5. Determinación del contenido de pectina segundo método 28

40 Los datos reportados de pectina muestran que ambos métodos son reproducibles, pero se escoge como mas conveniente para la determinación el segundo método, dado que la utilización de cloruro de calcio para precipitar la pectina en forma de pectato cálcico puede hacer que el método sea mas selectivo para pectinas teniendo en cuenta que ellas naturalmente se encuentran unidas por enlaces iónicos (Ca 2+ ). 29

41 6.3 Resultados determinación de fibra soluble e insoluble a productos comerciales All Bran de kelloggs En la tabla 6 se muestra que la cantidad de fibra insoluble para el All Bran de Kelloggs, la cual fue determinada mediante el primer método es g, con una desviación estándar de indicando nuevamente la reproducibilidad del método. Se encuentra que la cantidad de fibra insoluble determinada mediante la utilización del primer método y la cantidad reportada en la tabla de contenido del producto no coincide, pero nuevamente esto no quiere decir que el método utilizado este mal lo que pasa es que el método utilizado por Kelloggs para determinar fibra insoluble puede ser diferente. Estos resultados también se habían encontrado en una investigación en la que se hizo un estudio comparativo de características fisicoquímicas de cereales kellogg's. Y se encontró para el all bran que las cantidades de fibra determinadas eran menores a las reportadas según kellogg's (32). No ensayos Peso fibra Peso muestra Media peso fibra Desviación estándar Cantidad reportada en tabla para 2g de muestra 0.43 Tabla 6. Determinación del contenido de fibra insoluble al all bran mediante primer método Como se observa en la tabla 7 no se encontró pectina en el All Bran de Kelloggs mediante la utilización del segundo método esto no indica que el All Bran no tiene pectina, posiblemente la cantidad que contiene este cereal es muy poca y la sensibilidad del método no es suficiente para cuantificarla. No ensayos Peso muestra Peso pectina Tabla 7. Determinación del contenido de pectina al all bran mediante segundo método 30

42 6.3.2 Avena Quaker En la tabla 8 se muestra que la cantidad de fibra insoluble para la Avena Quaker, la cual fue determinada mediante el primer método es g, con una desviación estándar de indicando otra vez la reproducibilidad del método. También se encontró que la cantidad de fibra obtenida mediante la utilización del primer método no concuerda con la cantidad reportada en la tabla de contenido del producto, la explicación a esto es que posiblemente la determinación de fibra se esta haciendo por un método diferente. No ensayos Peso fibra Peso muestra Media peso fibra Desviación estándar Cantidad reportada en tabla para 2g de muestra Tabla 8. Determinación del contenido de fibra insoluble en la avena mediante primer método Nuevamente no se pudo determinar el contenido de pectina a la avena, como se observa en la tabla 9, posiblemente la pectina presente en la avena es muy poca para poderse cuantificar. No ensayos Peso muestra Peso pectina Tabla 9. Determinación del contenido de pectina a la avena mediante segundo método 31