Figura 1. Semillas del género Mucuna. (Fuente: www.tropicalforages.info mucuna)
NUTRITIONAL AND ANTINUTRIENTS COMPOSITION OF Mucuna BEANS
Sandra Patricia Chaparro Acuña1; Iván Darío Aristizábal Torres2 y Jesús Humberto Gil González3
1 Químico de Alimentos. Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín. Facultad de Ciencias Agropecuarias. A.A. 1779, Medellín, Colombia. <spchaparroa@unal.edu.co>
2 Profesor Asociado. Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín. Facultad de Ciencias Agropecuarias. A.A. 1779, Medellín, Colombia. <idaristi@unal.edu.co>
3 Profesor Asistente. Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín. Facultad de Ciencias Agropecuarias. A.A. 1779, Medellín, Colombia. <jhgilg@unal.edu.co>
Recibido: Julio 18 de 2008; Aceptado: Abril 1 de 2009
Palabras claves: Mucuna, antinutrientes, composición química, perfil de aminoácidos, L-Dopa.
Abstract. Mucuna seeds originated from India have been widespread in tropical and subtropical regions due to their easy adaptation. These seeds have potential as a protein supplement to improve ruminant nutrition if the adverse effect of anti-nutritive factors such as L-Dopa, tannins, phenols, phytic acid and protein inhibitors can be diminished. Moreover, these legumes have low fat quantity and high content of fiber, minerals and essential amino acids. The intent of this paper is to review the current knowledge on nutritional and antinutrients composition of Mucuna beans.
Key words: Mucuna beans, antinutrients, chemical composition, amino acid profiles, L-Dopa.
En los países tropicales y del tercer mundo, se ha enfocado un interés arrollador en explorar las proteínas subutilizadas de las leguminosas debido a una escasez aguda de alimentos ricos en proteína, ocasionada por la explosión demográfica y por los altos costos de la proteína animal. Las leguminosas del género Mucuna son de gran interés debido al elevado valor nutricional y su bajo costo. Aunque esta legumbre es subutilizada, tiene una demanda alta como producto vegetal con alto valor nutraceútico en industrias de alimentos y farmaceúticas (Bhat et al., 2007). Por su alto contenido nutricional, las semillas se utilizan en la elaboración de concentrados para la alimentación animal a pequeña escala (Carsky, 2001), y la sustancia química que contiene, la L-Dopa, se usa en medicina para reducir los síntomas de la enfermedad de Parkinson (Amarasekara y Jansz, 1980). El objetivo de este artículo es revisar las características nutricionales, los antinutrientes y los métodos de reducción de éstos en las especies del género Mucuna, para facilitar en un futuro la aplicación como materia prima en la elaboración de alimentos balanceados para animales a escala industrial.
El género Mucuna. Cerca de 100 géneros de Mucuna han sido encontrados en los trópicos y subtrópicos en ambos hemisferios, de los cuales sólo 13 se han caracterizado en Indochina, Malasia y Tailandia. Entre estas se encuentran la Mucuna pruriens, Mucuna nivea (syn. Mucuna lyonii Merr.) (Lyon velvet bean), Mucuna hassjoo (Yokohama velvet bean), Mucuna aterrima Holl. (Mauritius or Bourbon velvet bean), Mucuna utilis Wall. (Bengal velvet bean), and Mucuna deeringiana Merr. (Florida or Georgia velvet bean). (Wilmot-Dear, 1984) (Figura 1). Las semillas del género Mucuna son leguminosas ampliamente distribuidas en Asia, Centroamérica y África, entre los principales países productores se encuentra la India, Nigeria, Guinea y México. Estas variedades son ampliamente utilizadas como alimento, en la dieta de animales y en productos farmacéuticos. Las semillas de este género tienen alto contenido de proteína, carbohidratos y fibra, bajos niveles de lípidos, minerales adecuados y los aminoácidos requeridos. Estas leguminosas poco convencionales son promisorias en cuanto a la nutrición, desarrollo agronómico y en rotación de cultivos. Las plantas tienen gran capacidad para producir follaje de corte o abono verde, eliminar malezas, controlar la erosión y mejorar los suelos (Echeverri y Rodríguez, 1999). El SENA (Servicio Nacional de Aprendizaje) ha implementado esta planta en el mejoramiento de suelos y control de malezas en el Urabá Antioqueño (Colombia) obteniendo excelentes resultados para suelos pobres en nutrientes, ácidos, altos en hierro y aluminio muy pedregosos e invadidos por malezas (AUPEC, 1997). Aunque tiene usos variados, la utilización como materia prima en la elaboración de concentrados para animales puede ser una alternativa de desarrollo económico y social, principalmente en la región del bajo Cauca antioqueño, que presenta erosión debido a la explotación cocalera (Monroy, 2008) y minera (Universidad de Antioquia, 2004; Vicepresidencia de la República de Colombia, 2008).
Figura 1. Semillas del género Mucuna. (Fuente: www.tropicalforages.info mucuna)
Propiedades nutricionales. Las semillas del género Mucuna tienen potencial en la elaboración de alimentos concentrados por su alto contenido de proteína y otros elementos aprovechables (Vadivel y Janardhanan, 2000; Agbede y Aletor, 2005) que hace que se constituya en una alternativa factible para el establecimiento de cultivos comerciales con el propósito de desarrollar productos alimenticios para animales (Trejo, 1998; Echeverri y Rodríguez, 1999; Del Carmen et al., 1999; Navas y Bernal, 1999). Estas leguminosas tienen baja humedad y cenizas, pero alta cantidad de aminoácidos esenciales como isoleucina, leucina, fenilalanina, tirosina y lisina, mientras que los aminoácidos limitantes son metionina y cisteína (Adebowale et al., 2005).
]]> Composición proximal. El contenido de proteína de algunas variedades de Mucuna está entre 23,5-38,4% (Tabla 1). El valor más alto lo presenta la M. cochinchinensis (38,4%), mientras que el resultado más bajo lo tiene la M. monosperma (23,5%). Estos resultados son similares a los encontrados en otras leguminosas como fríjol caupí (24,1%), haba (24,9%), fríjol mungo (24%), lenteja (25,1%) (Narasinga et al., 1989), fríjol guandul (19,2%), guisante (18,2%) y maní (26,7%) (Bressani, 2002), pero más bajos que el observado en la torta de soya (44,3%) (Burcu et al., 2006). De acuerdo con el consumo promedio de proteína, recomendado por el National Research Council (1974), las variedades del género Mucuna pueden contribuir significativamente a la reducción del problema de la desnutrición proteica de los países en vía de desarrollo. Por su parte, la grasa cruda está en un rango de 4,1 a 14,3%, resultados que son similares a los encontrados en otras leguminosas como Canavalia ensiformis (4,3%), C. gladiata (3,3%), Cassia floribunda (3,1%) (Vadivel y Janardhanan, 2005). Estas semillas no se consideran fuente de grasa porque la cantidad de ésta es muy baja comparada con la soya y el maní que tiene altos contenidos de lípidos (19,5 y 25,3%, respectivamente). El contenido de fibra cruda se encuentra entre el 4,2 y el 7,8%, valores más altos que los existentes en otras leguminosas como guisantes y sésamo (Premakumari et al., 1984). La FAO/WHO (1991) ha recomendado un consumo de 22 a 23 g de fibra cruda por cada dieta de 1000 kCal (Kanwar et al., 1997). Por lo tanto, el rango alto de contenido de fibra cruda en las especies de Mucuna es una característica deseable ya que está juega un papel importante en la dieta de humanos y animales. El contenido de cenizas en la Mucuna está entre 3,2-3,7%. Éste es un índice de la calidad de materias primas para concentrados de animales (Pomeranz y Meloan, 1981). La composición de carbohidratos es relativamente alta (44,8-64,8 %) en relación con otras leguminosas como la soya y el maní que tienen alrededor de 20,9 y 26,1%, respectivamente (Narasinga et al., 1989).Tabla 1. Composición proximal de algunas especies del género Mucuna.
Minerales. Las leguminosas son fuente importante de minerales especialmente potasio, magnesio, hierro, zinc y calcio (Salunkhe et al., 1985). En algunas especies del género Mucuna los principales minerales son potasio (361-410 mg 100 g-1), fósforo (457-607 mg 100 g-1) y calcio (262-408 mg 100 g-1) (Tabla 2), aunque también presentan concentraciones bajas de sodio, hierro, zinc, cobre y manganeso. Estos resultados son más bajos que los encontrados por Vadivel y Janardhanan (2005) en algunas leguminosas, no obstante, estos valores son similares a los de potasio, fósforo y calcio.
Tabla 2. Composición mineral (mg 100 g-1) de algunas especies del género Mucuna.
Composición de aminoácidos y digestibilidad de la proteína in vitro. La digestibilidad y la biodisponibilidad de los aminoácidos que constituyen una proteína son factores importantes que caracterizan la calidad de ésta (Hsu et al., 1977; Suman et al., 1992). En su papel de sustancias esenciales de la vida, los aminoácidos son nutrientes críticos en cualquier formulación dietética animal. De aquí radica la importancia de la calidad y cantidad de los aminoácidos presentes en las materias primas utilizadas en la elaboración de alimentos balanceados para animales. En la Tabla 3 se presenta la composición de estos importantes nutrientes en diferentes semillas de Mucuna y los valores de ingesta recomendados por la FAO/WHO (1985). Es importante resaltar que el contenido de aminoácidos de las especies de Mucuna está dentro de los valores de ingesta recomendados por la FAO, y en algunos casos, duplican su valor. Se puede observar que la metionina y la cisteína son los aminoácidos limitantes en la mayoría de las especies de Mucuna. El contenido alto de lisina en la proteína de las especies de Mucuna es un atributo nutricional destacable y probablemente más importante que el contenido de proteína, debido a que hace de esta legumbre una proteína suplementaria significativa para dietas en animales. La digestibilidad de las semillas está entre el 84,2 y 85,5%, representando valores más altos que los observados en Canavalia ensiformis (74,6%), C. gladiata (63,9%), C. obtusifolia (74,6%), Phaseoulus vulgarus, (78,5%), Lentil esculenta, (80,3%) y Cajanus cajan, (59,9%) (Hsu et al., 1977; Oshodi et al., 1995 y Vadivel y Janardhanan, 2005). Sin embargo, los datos obtenidos son más bajos que lo encontrado por Acton et al. (1982) para la caseína (97,7%). Los resultados fueron similares a los observados en los aislados proteicos de otras semillas como fríjol caupi (Sánchez-Vioque et al., 1999) y canola (Gonclaves et al., 1997). Martín-Cabrejas et al., (2008) han encontrado que la germinación de algunas leguminosas no convencionales aumenta la digestibilidad de la proteína y el contenido de aminoácidos, contribuyendo al incremento del valor nutricional de estas semillas.
Tabla 3. Composición de aminoácidos (mg•g-1 proteína cruda) de algunas especies del género Mucuna.
Factores antinutricionales (FAN). Los FAN son sustancias naturales no fibrosas generadas por el metabolismo secundario de las plantas, como un mecanismo de defensa ante el ataque de mohos, bacterias, insectos y pájaros, o en algunos casos, productos del metabolismo de las plantas sometidas a condiciones de estrés, que al estar contenidos en ingredientes utilizados en la alimentación de animales, ejercen efectos contrarios a su óptima nutrición, reduciendo el consumo e impidiendo la digestión, la absorción y la utilización de nutrientes por el animal. Su naturaleza, mecanismos de acción y potencia de sus efectos son muy variados y tienen una amplia distribución en el reino vegetal (Huisman et al., 1990; Liener, 1994). Los componentes antinutricionales más importantes de las especies de Mucuna son la L-Dopa, fenoles, taninos, inhibidores de proteasas, lectinas y ácido fítico (Ravindran y Ravindran, 1988; Siddhuraju et al., 1996; Janardhanan et al., 2003). Adebowale et al., (2005) observaron que la M. deeringiana tiene el contenido más bajo de L-Dopa, fenoles totales, inhibidores de tripsina y saponinas en comparación con otras especies de Mucuna analizadas (Tabla 4).
]]> Tabla 4. Factores antinutricionales de diferentes especies de Mucuna (g•100 g-1 de materia seca)
Dopa. La L-Dopa o (L)-3,4-dihidroxifenilalanina es un aminoácido no proteico precursor del neurotransmisor dopamina. El contenido de dopamina se reduce en el cerebro debido al bloqueo que sufre en su travesía causado por barreras de sangre y que le impiden alcanzar su sitio de acción. La L-Dopa cruza esta barrera y se convierte en dopamina continuando con la neurotransmisión (Kulhalli, 1999). Este compuesto es farmacológicamente activo, por lo cual está siendo usado para tratar los síntomas de la enfermedad de Parkinson (Shaw y Bera, 1993; Prakash y Tewari, 1999). Esta es una enfermedad neurodegenerativa progresiva causada por el desbalance de la dopamina y la acetilcolina en el cerebro (Quinn, 1987). Cuando se usa para tratar esta enfermedad produce alucinaciones serias, discinesia, además de, trastornos gastrointestinales como nauseas, vómito y anorexia (Infante et al., 1990; Buckles, 1995). También ha demostrado ser tóxica para individuos con deficiencia de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa en sus eritrocitos, dando como resultado la inducción al favismo con síntomas como dolores de cabeza severos, palpitaciones, confusión y agitación (Kosower y Kosower, 1967). La presencia de L-Dopa fue encontrada inicialmente en Vicia faba (Apaydin et al., 2000) y posteriormente en Phanera Pileostigma, Cassia, Canavalia, Dalbergia, entre otras. Sin embargo, una cantidad más alta de L-Dopa fue observada sólo en especies de fríjol terciopelo (Daxenbichler et al., 1971; Prakash y Tewari, 1999; Marg, 2003). Debido a su estructura química la L-Dopa es oxidable a pH alcalino y a altas temperaturas (70-100 ºC), y en condiciones de suficiente humedad (Siddhuraju y Becker, 2001a). Takasaki y Kawakishi (1997) establecieron que los productos de oxidación de la L-Dopa se conjugan con los enlaces sulfhidrilo (SH) de la cisteína en las proteínas, formando un enlace que conlleva a la polimerización de las proteínas, con la producción de moléculas altamente reactivas que reaccionan con otros componentes del alimento y que producen compuestos coloreados que reducen la calidad del alimento. Este deterioro en el alimento se evita reduciendo el contenido de L-Dopa mediante la combinación de métodos fisicoquímicos (Martín-Cabrejas et al., 1995). Gurumoorthi et al., (2008) aplicaron hidratación, germinación, cocción en microondas y tostado en M. pruriens para la reducción de L-Dopa con buenos resultados. Por su parte, Bhat et al. (2007) observaron que el contenido de L-Dopa en M. pruriens sometida a un tratamiento de radiación g muestra una dependencia con la dosis administrada, presentándose una disminución significativa, cuando la semilla fue sometida a 15 y 30 kGy. También, se ha estudiado el efecto de la hidratación en la reducción de L-Dopa en Mucuna pruriens (Wanjekeche et al., 2003). La hidratación en agua destilada no reduce significativamente el contenido de L-Dopa en M. pruriens, mientras que la hidratación en soluciones alcalinas si la disminuye. Gurumoorthi et al., (2008) observaron que, durante el tostado, este aminoácido se reduce en un 16 a 34%, debido posiblemente a la oxidación parcial o racemización de este compuesto. Estos autores también notaron que la germinación de las semillas durante 120 horas disminuía el contenido de L-Dopa entre 34,8 a 58,4% y sugieren que estos resultados pudieron ser ocasionados por la degradación enzimática y/o cambios estructurales de esta sustancia.
Fenoles. Los fenoles son aquellos productos biosintetizados en las plantas que poseen la cualidad biológica de ser productos secundarios de su metabolismo, y la característica química de contener al menos un grupo hidroxilo unido a un anillo aromático en su estructura molecular. Los compuestos fenólicos son producidos en la planta principalmente para protegerse de situaciones de estrés como la foto oxidación, las heridas, luz ultravioleta (UV), las enfermedades, los patógenos y las plagas (Dixon et al., 1994). Estas sustancias forman complejos con las proteínas y los carbohidratos causando interferencia con la digestibilidad de éstos. También, se ha encontrado que los compuestos fenólicos están relacionados con la dureza de leguminosas (Reyes-Moreno y Paredes-López, 1993; García et al., 1998; Liu, 1995; Martín-Cabrejas et al., 1997; Maurer et al., 2004). De otro lado, la disminución de los fenoles se ha relacionado con su oxidación a altas temperaturas afectando positivamente la permeabilidad de las semillas (Marbach y Mayer, 1974) y permitiendo la reducción de la dureza de éstas (Nassar-Abbas et al., 2008). Algunas especies del género Mucuna tienen una concentración de fenoles totales entre 4,34 y 7,75 g•100 g-1 de materia seca (Adebowale et al., 2005), valores más altos que los observados en Canavalia ensiformis (1,23 %), C. gladiata (1,94%), Cassia floribunda (0,41%) y Vigna radiate (1,45%) (Josephine y Janardhanan, 1992; Vadivel y Janardhanan, 2005). Se ha determinado que los fenoles se concentran principalmente en la cáscara de las leguminosas y por tanto al descascarillarlas se reduce significativamente el contenido de estos antinutrientes (Saharan, 1994). Como los fenoles están en la periferia de la semilla, la hidratación puede también disminuir su concentración (Jood et al., 1987). Siddhuraju et al. (2000) hallaron que un 80% de los fenoles totales pueden ser removidos por el descascarillado o por la hidratación seguida de irradiación. La cocción normal y la cocción a presión que involucran tratamiento térmico en condiciones de alta humedad, pueden destruir los polifenoles (Preet y Punia, 2000). Giami y Okwechime (1993) mencionan una relación inversamente proporcional entre la concentración de fenoles totales y el tiempo de cocción para el caso de la semilla de Vigna unguiculata. Kataria et al. (1989) concluyeron que la germinación redujo el contenido de fenoles en semillas de garbanzo verde (Vigna radiata). Esta disminución puede estar relacionada con la presencia de polifenol oxidasa y la hidrólisis enzimática (Jood et al., 1987).
Taninos. Los taninos son metabolitos secundarios no nitrogenados de las plantas, solubles en agua e insolubles en alcohol y solventes orgánicos (Hagerman y Butler, 1978). En las plantas cumplen funciones de defensa contra los microorganismos, ayudando a prevenir los ataques de hongos y bacterias patógenos. Estos compuestos naturales polifenólicos forman complejos con proteínas, carbohidratos y otros polímeros del alimento. Son sustancias capaces de precipitar alcaloides, gelatinas y otras proteínas en soluciones acuosas (Jansman, 1993). Los taninos tienen efectos nutricionales adversos, pueden inhibir las enzimas digestivas y formar complejos con las membranas mucosas, lo cual resulta en el aumento de pérdidas endógenas y en daños a las mismas (Liener, 1989). Los complejos taninos-proteína son insolubles y esto disminuye la digestibilidad de las proteínas (Carnovale et al., 1991). Por otro lado, se observa que los taninos hidrolizables podrían causar efectos tóxicos a nivel sistémico (Huisman y Tolman, 1992; Jansman, 1993; Butler y Bos, 1993). Las semillas de Mucuna tienen concentraciones de taninos entre 0,03 y 0,07 g•100 g-1 de materia seca. La variación en la concentración de taninos en otras leguminosas ha sido descrita en un rango de 3,0 a 15,6 g/kg (Barampama y Simard, 1994). Otros autores observaron concentraciones inferiores de taninos en algunas leguminosas estudiadas en India (0,04-0,60%) (Vadivel y Janardhanan, 2005). Estos valores son más bajos que los encontrados en fríjol mungo (Rani e Hira, 1998). La germinación reduce el contenido de taninos en las leguminosas lo que se debe, posiblemente, a la formación de una asociación hidrofóbica de los taninos con las proteínas y enzimas de las semillas (Sharma y Sehgal, 1992). Algunos autores indican que el contenido de taninos en las leguminosas se pueden reducir con tratamientos como hidratación, tostado y cocción en autoclave (Vijayakumari et al., 1996; Wanjekeche et al., 2003; Siddhuraju y Becker, 2005).
Inhibidores de tripsina. Los inhibidores de tripsina (TIA) son proteínas que están presentes en cantidades considerables en las leguminosas, y es conocido que afectan la digestibilidad de las proteínas porque reducen la actividad de las proteasas dado que, al formar complejos con ellas, no dejan que estas actúen causando hipertrofia/hiperplasia pancreática y la secreción incrementada de enzimas pancreáticas. Además, producen nódulos acinares y depresión del crecimiento en animales monogástricos (Sánchez et al., 1998; Belmar y Nava, 2000). En el género Mucuna, la concentración de TIA está en un rango de 18,5 a 26,1 g•100 g-1 de materia seca. La pérdida de los inhibidores de tripsina durante la hidratación puede ser causada por el cambio de gradiente de concentración que cambia la tasa de difusión. Generalmente los inhibidores de tripsina son proteínas de bajo peso molecular, por lo tanto, ellas pasan fácilmente de la semilla al medio de hidratación (Bishnoi y Khetarpaul, 1994). Tanto el tratamiento térmico como la cocción normal y la cocción a presión ocasionan una reducción significativa en el contenido de TIA (Siddhuraju y Becker, 2001b; Udedibie y Carlini, 1998); ésta reducción puede ser producida por la naturaleza termolábil de estos antinutrientes (Grewal y Jood, 2006). La germinación causa una reducción significativa en el contenido de TIA, esto puede ser ocasionado por la movilización y rompimiento de los constituyentes químicos incluyendo los inhibidores de tripsina.
CONCLUSIONES
Esta revisión ha permitido reconocer el alto valor nutricional del género Mucuna al ser comparado con otras leguminosas. La composición de aminoácidos de estas semillas es superior a los valores recomendados; y la digestibilidad de la proteína in vitro presenta un nivel mayor comparado otras especies. La presencia de factores antinutricionales no es un problema para el consumo de estas semillas, una vez sean sometidas a un proceso adecuado. En vista de su composición química y nutricional, las semillas de estas leguminosas pueden ser exploradas como una fuente de proteína alternativa que alivie la desnutrición proteico-calórica en niveles bajos de la población y como materia prima en la elaboración de alimentos balanceados para animales.
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