Vicente Agulló-García,1 Diego Hernández-Prieto,2 Cristina García-Viguera2* Raúl Domínguez-Perles2
1 Departamento de Ciencia y Tecnología de los Alimentos, EPSO, Universidad Miguel Hernández, Carretera Beniel km 3.2, 03312 Orihuela, Alicante, Spain.
2 Laboratorio de Fitoquímica y Alimentos Saludables (LabFAS), CSIC, CEBAS. Campus Universitario de Espinardo 25, 30100 Murcia, Spain
*Cristina García-Viguera- autor para correspondencia cgviguera@cebas.csic.es
INTRODUCCIÓN
Los hábitos dietéticos de las sociedades occidentales están sufriendo modificaciones respecto del patrón tradicionalmente aceptado como saludable (Dieta Mediterránea). Estas nuevas pautas alimentarias se caracterizan por un aumento de la ingesta de productos procesados y ultra-procesados, simultáneamente con una reducción del consumo de frutas y hortalizas. El impacto en la salud de los alimentos procesados que están siendo incorporados en altas proporciones está ejemplificado en el consumo de azúcar, que tiene un efecto directo en el desarrollo de diferentes patologías crónicas.
En este contexto, la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) ha publicado recientemente un informe científico sobre el nivel máximo de azúcares tolerables en la dieta, en función de su efecto en la fisiopatología de los individuos. Dicho informe concluye que la ingesta de azúcares añadidos debe ser lo más baja posible en el marco de una dieta nutricionalmente adecuada. Por tanto, aunque la evidencia científica actual no ha permitido establecer un nivel máximo de ingesta de azúcares procedente de todos los alimentos como factor de riesgo de efectos adversos para la salud, la EFSA confirma la relación entre el consumo de bebidas azucaradas y las enfermedades metabólicas crónicas (p.ej., obesidad, la esteatohepatitis no alcohólica y/o la diabetes tipo 2) (Figura 1).
En este sentido, partiendo del reconocimiento de la relevancia para la salud de un patrón dietético equilibrado e impulsado por la exigencia social de nuevos alimentos saludables y de calidad, con un valor nutricional acorde a las necesidades fisiológicas de los diferentes grupos de población, manteniendo su atractivo organoléptico y sensorial, así como las propiedades de seguridad en relación con riesgos físicos, químicos y biológicos, se ha impulsado el desarrollo de nuevos alimentos. Este patrón debe contribuir a aumentar la proporción de alimentos vegetales en la dieta, buscando, así, un efecto saludable y una modulación de la incidencia y prevalencia de patologías relacionadas. Siguiendo esta tendencia, en los últimos años han surgido los alimentos y las bebidas “3S” (seguros, saludables y sostenibles), desarrollados en el grupo de investigación LabFAS del CEBAS-CSIC.
En paralelo al interés por el desarrollo de alimentos saludables que protejan la salud de los consumidores y de acuerdo con la preocupación medioambiental, como factor central de la sostenibilidad del sistema agroalimentario, el escenario actual de cambio demográfico obliga a identificar nuevos ingredientes, fuente de compuestos bioactivos (nutrientes y no nutrientes) que permitan el desarrollo sostenible de alimentos beneficiosos para la salud, base teórica para el desarrollo de las nuevas bebidas “3S”. La consecución de este objetivo de sostenibilidad se basa en el aprovechamiento de la composición nutricional y fitoquímica de alimentos sin una proyección de mercado al tratarse de destríos y segundas calidades, pero que presentan un contenido en nutrientes y compuestos fitoquímicos bioactivos que sugiere y permite su utilización industrial, como ingredientes naturales para el desarrollo de nuevos alimentos.
Así, estas nuevas bebidas “3S” se caracterizan por su “seguridad”. Este rasgo distintivo que se asocia a los alimentos, establecido por ley para la necesaria protección de los consumidores, exige la ausencia de peligros biológicos, toxicológicos (químicos) y físicos durante toda su vida útil. La garantía de “seguridad” está asociada con la aplicación de procesos térmicos o alternativos, encaminados a la reducción o eliminación de la carga microbiana de los alimentos elaborados pero que, de forma colateral, pueden degradar los compuestos bioactivos presentes en estos alimentos, responsables de su carácter saludable. En este sentido, el éxito en el desarrollo de alimentos “3S” pasa por aplicar procedimientos de conservación respetuosos con la estabilidad de dichos compuestos y, por tanto, mantener o incrementar la funcionalidad de las nuevas bebidas, sin comprometer la seguridad de los consumidores. Para ello, es necesario optimizar la relación tiempo/ temperatura asociada a los tratamientos térmicos o buscar alternativas como altas presiones o microondas.
Más allá de la seguridad, el carácter “saludable” se consigue mediante el enriquecimiento en compuestos bioactivos. Estos, en el caso de los alimentos de origen vegetal, están fuertemente representados por los compuestos fitoquímicos, entre los que destacan los (poli)fenoles. Dichos compuestos presentan una demostrada actividad antioxidante y antiinflamatoria, que a nivel fisiopatológico los relaciona con una potente capacidad preventiva frente a procesos tumorales, patología cardiovascular, alteraciones del metabolismo lipídico o glucídico (obesidad y la diabetes, respectivamente) y alteraciones intestinales o neurológicas (p.ej., el dolor). Dichas propiedades funcionales hacen que el desarrollo de una bebida con una elevada concentración de (poli)fenoles permita obtener un elemento dietético con una capacidad analgésica natural que permitiera disminuir la dosis de los fármacos utilizados actualmente en dichos procesos.
Para alcanzar estos objetivos se emplean materias primas naturales, que permiten obtener bebidas alternativas a las disponibles actualmente en el mercado (p.ej., refrescos o bebidas isotónicas), que incorporan altas concentraciones de azúcares añadidos, colorantes naturales o productos de síntesis química. De hecho, esta composición impacta negativamente en la salud de los consumidores. Las bebidas “3S” desarrolladas proporcionarían, por tanto, una alternativa saludable a la oferta existente en el mercado actual.
Más allá de la seguridad de los nuevos alimentos, el carácter “sostenible” de las bebidas “3S” radica en el origen de los ingredientes, como hemos referido previamente. Los ingredientes empleados en el desarrollo de estos productos proceden de frutos de segundas calidades o destrío, como cítricos o granadas, reduciendo la generación de subproductos, que por otro lado presentan una composición nutricional y fitoquímica equivalente a la descrita para los productos comercializables. Con ellos obtenemos ingredientes 100 % naturales, que constituyen la base de las bebidas “3S”, incrementando el efecto saludable mediante la adición de compuestos bioactivos de otras fuentes naturales, subproductos tratados, por ejemplo, de las bodegas u otros de nuevas fuentes poco exploradas.
La consideración de todos los elementos anteriores nos ha permitido desarrollar una nueva bebida, con una base de zumos cítricos de segundas calidades, enriquecida con maqui, ambos ricos en compuestos bioactivos (asociados con una potente actividad antioxidante y antiinflamatoria), así como nutrientes esenciales (vitaminas y minerales) con propiedades biológicas destacadas. Todas estas actividades biológicas permiten avanzar una actividad preventiva frente a procesos crónicos (estrés oxidativo, enfermedades cardiovasculares y envejecimiento), así como desarrollar una actividad neuroprotectora.
Para determinar la potencialidad biológica de las nuevas bebidas se han estudiado diferentes factores relacionados con la asimilación y distribución de compuestos bioactivos en el organismo y su bioactividad; a saber, la bioaccesibilidad (cantidad de un compuesto presente en los alimentos o bebidas que es extraído de la matriz durante el proceso de digestión gastrointestinal y permanece en el tracto digestivo estable y disponible para su absorción), biodisponibilidad (la proporción de los compuestos presentes en la matriz alimentaria que es absorbida a nivel intestinal y se distribuye a nivel orgánico) y la bioactividad (capacidad de los compuestos bioactivos de modular procesos biológicos, impactando de esta forma en diferentes procesos fisiopatológicos y en el estado de salud de los consumidores). Así, la funcionalidad de las nuevas bebidas “3S” desarrolladas se ha analizado en relación con marcadores de obesidad y diabetes, así como a nivel neurológico en relación con la nocicepción (percepción del dolor). Por último, dado el demostrado impacto del sexo en los procesos fisiopatológicos y el efecto de los compuestos bioactivos en el marco de diferentes ambientes hormonales, se han estudiado las potenciales diferencias que pueden existir entre hombres y mujeres tanto en la asimilación de compuestos bioactivos, como en su actividad tras la ingesta.
COMPOSICIÓN Y PROCESADO DE BEBIDAS “3S”
La utilización de subproductos de cítricos, una de las industrias mayoritarias del sudeste peninsular, como ingrediente para el desarrollo de nuevos alimentos se basa en que, más allá de su composición nutricional (vitaminas, minerales, fibra dietética, o aceites esenciales), presentan una elevada concentración de un tipo característico de compuestos fenólicos: las flavanonas, así como ácidos hidroxicinámicos y benzoicos.
Para complementar el perfil fitoquímico de los cítricos se empleó el maqui (Aristotelia chilensis (Mol.) Stunz), una baya comercializable del sur de Chile, recientemente destacada como ingrediente alimentario por sus efectos saludables en relación con la modulación de la asimilación del azúcar dietético y alteraciones de su metabolismo.
La combinación de ambos ingredientes nos permite obtener una fuente rica en (poli)fenoles, proporcionando compuestos con diferentes características estructurales y funcionales (las flavanonas de los cítricos y los antocianos del maqui), que pueden tener, incluso, una cierta actividad neurológica, al ser capaces de atravesar la barrera hematoencefálica o actuar a nivel periférico desarrollando una actividad neuromoduladora.
Para ahondar en los efectos positivos en el metabolismo del azúcar de las nuevas bebidas desarrolladas, se ha explorado la utilización de edulcorantes alternativos al azúcar tradicional, como por ejemplo la sucralosa o la estevia. Esto ha permitido conservar el contenido nutricional y fitoquímico, al tiempo que se mejora su biodisponibilidad y, por tanto, los beneficios biológicos esperables. En este sentido, en los últimos años, la industria alimentaria ha basado su estrategia en la aplicación de otros edulcorantes para contribuir a la reducción de la ingesta de azúcares simples, más asimilables y directamente relacionados con alteraciones del metabolismo energético y así, contrarrestar la respuesta fisiológica, negativa en el medio y largo plazo, a este nutriente. Sin embargo, existe una clara controversia en cuanto a la utilización de estos sustitutivos artificiales y existe una tendencia al empleo de nuevos edulcorantes naturales (p.ej., stevia - Stevia rebaudiana, empleado en este estudio). Además, estos sustitutivos naturales del azúcar también se han relacionado, en los últimos años, con un efecto biológico (antibacteriano, diurético, antiinflamatorio, antitumoral y antioxidante, entre otros). Asimismo, recientemente se ha sugerido que dichos edulcorantes naturales pueden actuar como elementos protectores frente a la degradación de diversos compuestos bioactivos (nutrientes y compuestos fitoquímicos).
Por último, con el fin de optimizar la formulación de las nuevas bebidas “3S” en relación con sus ventajas comerciales y propiedades biológicas, se ha estudiado el efecto de diferentes tipos de procesado (pasteurización clásica, microondas y altas presiones) sobre su contenido en compuestos bioactivos. Este abordaje ha permitido establecer posibles cinéticas predictivas de degradación y seleccionando la mejor alternativa para garantizar una elevada concentración de compuestos fitoquímicos sin comprometer la seguridad de los consumidores. Cabe destacar que los resultados obtenidos demuestran que una pasteurización optimizada (85 ºC durante 15 segundos) ofrece buenos resultados generales, sobre todo por el incremento que presentan los flavonoides al ser sometidos a este tratamiento térmico (1). Sin embargo, los tratamientos de altas presiones ofrecen una mejor conservación de estos metabolitos durante la vida útil (2,3). Es importante señalar que ambos tratamientos tienen el mismo efecto sobre la vitamina C, sin mejorar, en ningún caso, la cinética de degradación. Respecto a los tratamientos con microondas, se ha podido observar que los resultados son similares a los encontrados con las condiciones de pasteurización antes descritas, tanto para flavonoides como para vitamina C (datos no publicados).
Es importante destacar que, más allá del interés como fuente de compuestos bioactivos y los efectos biológicos derivados, la combinación de cítricos y bayas proporciona una matriz con unas propiedades físicas (p.ej., acidez) que contribuye a estabilizar el color y el perfil (poli)fenólico, dando lugar a nuevos alimentos más atractivos y con una vida útil mejorada.
BIOACCESIBILIDAD, BIODISPONIBILIDAD Y BIOACTIVIDAD
Como hemos referido previamente, uno de los mayores alicientes para el desarrollo de las nuevas bebidas “3S” es la actividad biológica mejorada que se puede obtener de compuestos bioactivos complementarios presentes en una nueva matriz, producto de la combinación de ingredientes. Sin embargo, para que los productos identificados en la bebida ejerzan su actividad biológica, previamente deben ser asimilados a nivel digestivo. Esta biodisponibilidad se convierte, por tanto, en paso clave que permite la llegada de los compuestos de interés hasta los tejidos y células diana en concentraciones capaces de modular eficientemente rutas moleculares y ejercer de esta manera sus efectos biológicos con éxito. De hecho, es tan significativa la relación entre biodisponibilidad y salud que estudiar la bioactividad de compuestos presentes en la dieta sólo tiene sentido cuando se obtienen datos previos que avalan una biodisponibilidad en concentraciones suficientes (4).
Partiendo de esta premisa, la evaluación de la biodisponibilidad de los compuestos bioactivos ingeridos por los alimentos constituye una cuestión central a tener en cuenta no solo a la hora de identificar nuevos componentes bioactivos, candidatos a dar lugar a beneficios biológicos, sino también a la hora de diseñar nuevos alimentos o bebidas, fuentes dietéticas de fitoquímicos bioactivos, en relación con los ingredientes y suplementos necesarios para obtener una alternativa que mejore los productos disponibles actualmente en el mercado.
Para evaluar la biodisponibilidad de los compuestos fenólicos y la influencia de los diferentes endulzantes en dicho proceso, se realizaron diferentes estudios de intervención (agudo y crónico) en individuos sanos, con sobrepeso. El desarrollo de estos estudios incluyó el análisis de muestras de plasma y orina. Estas determinaciones proporcionaron pruebas concluyentes acerca no solo de la absorción intestinal de diferentes compuestos fenólicos (antocianos y flavanonas) presentes en las nuevas bebidas “3S” desarrolladas, sino también de la influencia de los distintos edulcorantes en este proceso. De hecho, la mayoría de los resultados obtenidos señalaron que tanto la sucralosa como la estevia tienen el potencial de ser sustitutos de la sacarosa, ya que parecen aumentar la biodisponibilidad de compuestos bioactivos (5–7). Las diferentes biodisponibilidades atribuibles a los edulcorantes podrían deberse a la participación de los transportadores intestinales de azúcar en la absorción de flavonoides y a una potencial competencia entre edulcorantes y los compuestos fenólicos.
Por otro lado, como resultado de un estudio de ingesta de los diferentes zumos elaborados durante un periodo de tiempo prolongado permitió confirmar los resultados previos obtenidos del estudio de administración aguda y proporcionó información acerca de efectos acumulativos de los (poli)fenoles presentes en la bebida, que se mantenían en el organismo a lo largo toda la intervención (8,9). Además, los resultados sugirieron la estevia como el edulcorante que proporciona una mayor biodisponibilidad de la mayoría de los metabolitos bioactivos y, por ende, debería ser responsable de una mayor bioactividad y efecto saludable.
Mas allá de la diferente biodisponibilidad obtenida para los compuestos bioactivos de interés a través de la ingesta de las bebidas “3S” desarrolladas con distintos edulcorantes, la aplicación de modelos preclínicos de funcionalidad permitió ensayar la analgesia inducida por la ingesta de las bebidas en relación con un proceso inflamatorio. Dichos estudios proporcionaron evidencias acerca de la capacidad del maqui para aliviar el dolor de forma proporcional a la cantidad ingerida, no observándose daño gástrico, a diferencia de lo descrito para una amplia diversidad de fármacos antiinflamatorios utilizados con una eficiencia similar (10). Consecuentemente, la analgesia obtenida se debió al desarrollo de una actividad neuromoduladora tanto a nivel del sistema nervioso central como periférico, lo que a falta de confirmación por parte de estudios complementarios podría atribuirse a las altas concentraciones de compuestos fenólicos (principalmente antocianos) alcanzadas en los tejidos nerviosos. Actualmente el grupo de investigación está desarrollando estudios encaminados a la identificación de los mecanismos por los cuales desarrollan dicha actividad analgésica.
El estudio de la capacidad analgésica del maqui se extendió al de las nuevas bebidas “3S” desarrolladas mediante la combinación de cítricos y maqui, con la aplicación de diferentes edulcorantes. Sorprendentemente, los resultados obtenidos demostraron que la combinación de sendas fuentes de compuestos fenólicos con diferente estructura química da lugar a una respuesta analgésica sinérgica, lo que podría ser atribuible al alto contenido de flavanonas. De hecho, estos compuestos polifenólicos, de acuerdo con las descripciones disponibles en la literatura, tendrían la capacidad de mejorar las propiedades biológicas de los compuestos fenólicos característicos del maqui, los antocianos al desarrollar bioactividades similares mediante rutas moleculares alternativas (11). Esta hipótesis se encuentra respaldada por el hecho de que ambos tipos de compuestos fenólicos (antocianos y flavanonas) pueden atravesar la barrera hematoencefálica, imprescindible para el desarrollo de actividad analgésica. Sin embargo, se observó que dicho sinergismo desaparece con la adición de los diferentes edulcorantes, lo que evidencia la necesidad de una investigación futura que permitan proteger los compuestos (poli)fenólicos de interacciones con los edulcorantes que limiten su bioactividad y así beneficiarnos de los efectos sinérgicos.
DIFERENCIA EN LA INGESTA ENTRE HOMBRES Y MUJERES
Una de las hipótesis planteadas al comienzo del estudio de las bebidas “3S” fue que la metabolización de los compuestos bioactivos responsables de su funcionalidad podría ser diferente en hombres y mujeres, como resultado de las distintas respuestas fisiológicas en ambos sexos. Este hecho se analizó mediante la aplicación de técnicas estadísticas avanzadas a los datos obtenidos de los estudios clínicos de intervención agudos y crónicos realizados con voluntarios y voluntarias. Dicho análisis permitió identificar aquellos compuestos para los que existía una biodisponibilidad estadísticamente significativa entre hombres y mujeres, los posibles patrones atribuibles a la interacción del sexo con los endulzantes añadidos y a las características antropométricas de cada individuo. Como resultado de este complejo análisis estadístico se obtuvieron resultados indicativos de una capacidad de asimilación diferente atribuible al sexo, identificando, asimismo, combinaciones de edulcorante-sexo que dan lugar a una mejor asimilación de bioactivos específicos (12,13). Todo lo cual abre un interesante campo de investigación en el marco de ciertas dietas personalizadas.
POSIBLES ESTUDIOS PREDICTIVOS
A fin de mejorar la precisión de nuestros análisis y ampliar los resultados, hemos aplicado una serie de métodos computacionales a los datos obtenidos en los experimentos. Estos métodos permiten realizar estudios predictivos acerca del comportamiento de los diferentes componentes bioactivos presentes en las bebidas “3S” tras su ingesta y en función de la capacidad metabólica del ser humano o durante el almacenamiento tras el procesado de las nuevas bebidas. Para ello se utilizaron algoritmos de aprendizaje automático o machine learning, que conforman una rama de la inteligencia artificial con capacidad de “aprender” de los datos de manera automática, para generar información nueva y hacer predicciones precisas sobre el comportamiento de variables específicas (en nuestro caso, marcadores metabólicos). Con esto podemos simular ensayos de intervención nutricional con bebidas “3S”, ajustando su duración, la selección del edulcorante y otras características del estudio, obteniendo así una predicción de los marcadores metabólicos que permitirán obtener una información más precisa del efecto sobre la salud obtenido en nuevos procedimientos de intervención clínica.
Por último, mediante técnicas estadísticas ajustadas a las reacciones bioquímicas propias de la degradación de cada biomolécula analizada, hemos construido modelos predictivos para comprender mejor como se degradan distintas biomoléculas tras diferentes procesados a diferentes temperaturas con diferentes edulcorantes. Así se obtiene información sobre la mejor combinación de variables (edulcorantes, proporciones de ingredientes, condiciones de procesado, condiciones de almacenado, etc.) para obtener el mayor beneficio posible a nivel de desarrollo industrial y sobre la salud de los consumidores (14).
CONCLUSIONES
En conjunto, se puede concluir que las nuevas bebidas “3S” desarrolladas constituyen una alternativa organolépticamente aceptada por el consumidor, siendo una fuente de compuestos bioactivos que contribuirá a mantener dietas más equilibradas y saludables. No obstante, para conseguir este tipo de bebidas es imprescindible prestar especial atención al tipo de procesado y a la utilización de aditivos como los edulcorantes, ya que no se puede aplicar uno general para todas las formulaciones o las moléculas de interés, pues cada sistema tiene efectos concretos sobre cada tipo de compuesto bioactivo.
Por último, cabe concluir que presentan una actividad antiinflamatoria, que puede ser útil para la prevención de ciertas enfermedades, siendo importante los resultados obtenidos como antinociceptivos, por lo que podrían ser una forma de disminuir el consumo de ciertos medicamentos con reconocidos efectos colaterales, especialmente a nivel digestivo, hepático y renal. No obstante, es necesario tener en cuenta que existen diferencias en la asimilación de estos compuestos bioactivos entre hombres y mujeres, por lo que son necesarios estudios adicionales para perfilar la formulación y composición más adecuada para los diferentes grupos de población.
AGRADECIMIENTOS
La investigación se ha financiado por el MINECO, proyectos número: AGL2016-75332-C2-1-R AEI / FEDER UE y PID2019-104212RB-I00/ AEI/ 10.13039 / 501100011033. VA agradece a la misma entidad el contrato FPI BES-2017-082424 y DHP el FPI PRE2020- 094973.
Referencias
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3. Salar FJ, Domínguez-Perles R, García-Viguera C, Fernández PS. Ifs and buts of non-thermal processing technologies for plant-based drinks’ bioactive compounds. Food Sci Technol Int. 2023;29(5):445–79.
4. Rein MJ, Renouf M, Cruz-Hernandez C, Actis-Goretta L, Thakkar SK, da Silva Pinto M. Bioavailability of bioactive food compounds: A challenging journey to bioefficacy. Br J Clin Pharmacol. 2013;75(3):588–602.
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7. Agulló V, Domínguez-Perles R, Moreno DA, Zafrilla P, García-Viguera C. Alternative sweeteners modify the urinary excretion of flavanones metabolites ingested through a new maqui-berry beverage. Foods. 2020;9(1).
8. Agulló V, García-Viguera C, Domínguez-Perles R. The use of alternative sweeteners (sucralose and stevia) in healthy soft-drink beverages, enhances the bioavailability of polyphenols relative to the classical caloric sucrose. Food Chem. 022;370:131051
9. Agulló V, García-Viguera C, Domínguez-Perles R. Beverages Based on Second Quality Citrus Fruits and Maqui Berry, a Source of Bioactive (Poly)phenols: Sorting Out Urine Metabolites upon a Longitudinal Study. Nutrients. 2021;13(312).
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12. Hernández-Prieto D, Fernández PS, Agulló V, García-Viguera C, Egea JA, Hernández-Prieto D, et al. Bioactive Compounds in Plasma as a Function of Sex and Sweetener Resulting from a Maqui-Lemon Beverage Consumption Using Statistical and Machine Learning Techniques. Int J Mol Sci 2023, Vol 24, Page 2140.
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