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Ene - Jun 2012 Año 4, No.7 
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Ene - Jun 2012 Año 4, No.7 
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Fibra dietética y prebióticos: aspectos quimicos y funcionales

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1Depto. de Investigación en Alimentos. Facultad de Ciencias Químicas. Universidad Autónoma de Coahuila. Blvd. Venustiano Carranza, 25,000. Saltillo, Coahuila, México.
Correo electrónico: raul.rodriguez@uadec.edu.mx

RESUMEN
A finales de los años 50, la incorporación de la fibra a la dieta diaria estaba fuera del concepto de nutrición; no obstante desde los primeros reportes y durante mas de 3 décadas de diversas investigaciones relacionadas con la fibra y sus efectos en la salud, la fibra dietética forma parte de lo que se considera una dieta saludable. Aún no existe una definición de fibra que englobe por completo las funciones y componentes de ésta. Cuando la fibra llega al intestino grueso puede ser fermentada por la microflora colónica produciendo principalmente ácidos grasos de cadena corta (AGCC), los cuales no solo representan una forma de recuperar energía, sino que van a estar implicados en otras funciones beneficiosas para el organismo humano. Algunos de los componentes de la fibra son considerados como prebióticos, ya que éstos ayudan en el crecimiento selectivo de bacterias benéficas (probióticos) para la salud. Para que una fibra sea considerada como prebiótica es necesario que cumpla con diversas características tanto físicas, químicas y funcionales; así mismo es necesario considerar un estudio del índice prebiótico.
Palabras clave: Fibra dietética, índice prebiótico, prebióticos, probióticos.

Introducción
Desde el punto de vista de la alimentación humana, la fibra dietética es probablemente un componente no esencial de la dieta aunque sea considerada como un elemento importante para la nutrición y por ende la salud (Sastre, 2003). La investigación sobre la fibra y su relación con la salud humana o animal ha sido explorada por diversos investigadores durante varias décadas (Trowell, 1976; Stephen y Cummings, 1980; Fernández y Gassull, 1992; Roberfroid, 1993), sin embargo, la posibilidad de concluir dicha relación resulta difícil debido a que la naturaleza heterogénea de las fibras dietéticas complica su estudio (Escudero y González, 2006). No solo por las diversas propiedades de sus distintos componentes sino por el efecto que causa en las bacterias intestinales que las fermentan (Cummings y col., 2001). A pesar de ello ejercen efectos saludables en el consumidor habitual.

La fermentación de la fibra, por parte de las bacterias colónicas, tiene efectos benéficos tanto directos como indirectos para la salud humana, sobre todo por el potencial prebiótico que presentan algunos de sus componentes (Cummings y col., 2001). Existe una relación entre la actividad biológica de las bacterias, los metabolitos producidos en la fermentación de la fibra y la fisiología del ser humano (García y Velasco, 2007). Por ello, la investigación en fibra y la búsqueda de nuevas fuentes de fibra así como su relación prebiótica con la microflora intestinal ha generado perspectivas interesantes en investigación.

Por otra parte, los prebióticos son aquellos ingredientes alimentarios no digeribles, fundamentalmente carbohidratos y en menor medida proteínas, cuya fermentación bacteriana en el colon favorece el crecimiento selectivo y la actividad de un número limitado de bacterias, principalmente Bifidobacterias y Lactobacilos, evitando el crecimiento de patógenos en la flora colónica (Gibson y col., 1995; Ugarte y col., 2011). Por lo tanto, para que las fibras dietéticas puedan ser utilizadas como elementos prebióticos deben cumplir con ciertos requisitos los cuales serán abordados en esta revisión.

Fibra dietética
No existe una definición universal ni tampoco un método analítico que mida todos los componentes químicos de la fibra ni el efecto total de estos componentes en la fisiología humana. Entiéndase por fibra dietética aquella fibra que es consumida en la dieta diaria. En 1976, Trowell describió la fibra dietética como «un conjunto de macromoléculas de origen vegetal no digeribles por las enzimas digestivas del hombre». Sin embargo, esta descripción es parcial ya que no incluye muchos carbohidratos de la dieta que pueden ser parcialmente absorbidos en el intestino delgado, llegando al colon donde son fermentados por acción de bacterias (Valenzuela y Maiz, 2006).

Después de la definición de Trowell (1976) se han considerado como fibras dietéticas a los polisacáridos vegetales y la lignina, que son resistentes a la hidrólisis por las enzimas digestivas del ser humano (Gil, 2010). A medida que han ido aumentando los conocimientos sobre la fibra tanto a nivel estructural como en sus efectos fisiológicos, se han dado otras definiciones que amplían el concepto de fibra.

Componentes químicos de la fibra dietética
La fibra es un conjunto de diferentes compuestos (Rodríguez y Magro, 2008) los cuales son descritos a continuación.

 Polisacáridos no amiláceos. Este tipo de componentes son todos los polímeros de carbohidratos que contienen al menos 20 residuos de monosacáridos que en colon pueden producir un efecto benefico en el humano. Entre estos se encuentra la celulosa (Figura 1), la hemicelulosa, la pectina, los mucílagos, las gomas y los β-glucanos, entre otros (Sastre, 2003; Escudero y González, 2006).

 Oligosacáridos resistentes. Son carbohidratos con un nivel de polimerización menor, tienen de tres a diez moléculas de monosacáridos. Se dividen en fructooligosacáridos (FOS) e inulina, galactooligosacáridos (GOS), xilooligosacáridos (XOS) e isomaltooligosacáridos (IMOS) (Hidaka y col., 1986; Stone-Dorshow y Lewitt, 1987; Sastre, 2003).

 Lignina. Es un polímero que contribuye a dar rigidez a la pared celular (Figura 2). La lignina no es digerida, absorbida ni tampoco es atacada por la microflora bacteriana del colon. Una particularidad interesante es su capacidad de unirse a los ácidos biliares y al colesterol, retrasando o disminuyendo su absorción en el intestino delgado (Sastre, 2003; Escudero y González, 2006).


 Otras sustancias. Existe una gran variedad de componentes no convencionales asociados con la fibra que por su baja digestibilidad pueden conducir a propiedades semejantes a la fibra. En este caso se puede mencionar los compuestos fenólicos (taninos) (Barthelmebsm y col., 2001), ceras, glicoproteínas, minerales, ácido fítico, almidón resistente, quitina y quitosanos (Sastre, 2003; Escudero y González, 2006).

Clasificación de la fibra dietética
La clasificación de la fibra dietética se basa en diferentes criterios; uno de éstos es su composición y las propiedades químicas que en conjunto le proporcionan los diferentes compuestos (Escudero y González, 2006). Desde el punto de vista biológico, funcional y nutrimental, la fibra se clasifica basándose en su grado de solubilidad en agua (Stephen y Cummings, 1980); esta clasificación se encuentra directamente relacionada con el grado de fermentabilidad microbiana (Ha MA y col., 2000).

La fibra soluble se caracteriza porque sufre un proceso de fermentación por las bacterias del colon, produciendo principalmente ácidos grasos de cadena corta (AGCC: acético, propiónico y butírico) entre otros compuestos. Aquí se incluyen los almidones resistentes, las pectinas, las gomas, los mucílagos y los oligosacáridos resistentes (inulina y FOS, entre otros) (Ha MA y col., 2000). Por otro lado, la fibra insoluble apenas sufre procesos fermentativos por las bacterias en el colon. Tiene efecto laxante lo que acelera el tránsito intestinal disminuyendo los efectos del estreñimiento y previniendo el cáncer de colon (Zarzuelo y col., 2005). Aquí se incluyen la lignina, hemicelulosa y celulosa. En general, se acepta que la fibra soluble es viscosa y fermentable, en cambio la insoluble no es viscosa y es escasamente fermentable. Esto es cuestionable, ya que la inulina y los FOS son solubles y fermentables, pero tienen una viscosidad muy baja (Valenzuela y Maiz, 2006).

Propiedades de la fibra dietética
La solubilidad, viscosidad y fermentabilidad de la fibra son propiedades de las que dependen sus beneficios fisiológicos (Figura 3).El tipo de fibra se diferencia por su composición y sus propiedades físicoquímicas (Lajolo y Wensel, 1998).
 Resistencia a la digestión. El sistema enzimático humano es incapaz de digerir los distintos componentes de la fibra, sin embargo, éstos pueden ser digeridos por algunos microorganismos del colon, dentro de los que se encuentran las bacterias probióticas.
 Capacidad de absorción y retención de agua. Propiedad condicionada por el grado de solubilidad de la propia fibra, por el tamaño de sus partículas y por el pH (Larrauri, 1999).
 Incremento de viscosidad del medio. La solubilidad y el tamaño de partícula de la fibra influyen en el aumento de la viscosidad del medio, haciendo que una persona se sienta satisfecha con menos alimento.
 Secuestro y posterior eliminación de las sales biliares. Su importancia radica en el aumento de la excreción de ácidos biliares y la disminución de la absorción de las grasas (Birkner y Kerm, 1974; González y col., 2004).
 Captación de minerales. La fibra rica en ácido urónico tiene facultad para fijar calcio, fósforo, zinc, hierro y magnesio, por lo que puede alterar la absorción de los mismos (Álvarez y González, 2006).
 Retraso de la absorción intestinal de los carbohidratos, las proteínas y las grasas. Esta propiedad origina un aumento ligero de la excreción en heces de estos principios inmediatos, por lo que la fibra puede ser útil en la diabetes y en las dislipemias (Meier y Gassull, 2004).

La mayoría de las propiedades anteriores se encuentran altamente relacionadas con el tamaño de partícula de la fibra (Terrazas, 2006) y la adhesión de bacterias a la fibra. Para determinar si pueden ser utilizadas por el organismo humano se deben realizar análisis in vitro e in vivo poniendo a prueba las propiedades medibles antes mencionadas (Lajolo y Wensel, 1998) además de los factores que afectan la adhesión bacteria-fibra (Warnakulasuriya y col., 2011).

Efecto de la fibra en la fisiología humana
Los efectos de la fibra dietética soluble provienen en gran medida de su fermentación colónica, ya que ésta sirve de sustrato para la flora bacteriana. Este proceso es fundamental, ya que gracias a él se produce el mantenimiento y el desarrollo de la flora bacteriana, como también de la integridad y fisiología de las células epiteliales, lo que es relevante para la absorción y metabolismo de nutrimentos (Roberfroid, 2000; Escudero y González, 2006). Como resultado de esta fermentación bacteriana, se produce hidrógeno, dióxido de carbono, gas metano y ácidos grasos de cadena corta (AGCC) como los ácidos acético, propiónico y butírico, en una proporción molar casi constante 60:25:20 (Stephen y Cummings, 1980; Fernández y Gassull, 1992). Estos productos producen un descenso en el pH del colon, aumentando con ello la absorción de minerales; también inhibe la inflamación y la adhesión de los irritantes.

El valor energético de estos carbohidratos que alcanzan el colon, oscila entre 1 y 2.5 Cal/g, hecho que depende del grado de fermentabilidad y del tipo de fibra, ya que no todas las fibras producen la misma cantidad de AGCC (Escudero y González, 2006). In vitro, todos los substratos fermentables producen acetato, como producto final. Las cantidades de propionato y butirato son variables de unos a otros. Por lo tanto, los efectos fisiológicos de cada tipo de fibra depende de sus propiedades en función a la solubilidad en agua, viscosidad y la capacidad de ser fermentada (Roberfroid, 1993). Otro efecto beneficioso que tiene la fibra en la nutrición enteral es el aumento de la viscosidad del medio, lo que disminuye la interacción de los nutrimentos con las enzimas digestivas (García y Velasco, 2007), mejorando con ello la tolerancia a la glucosa, disminuyendo los niveles de colesterol y aumentando el bolo fecal. Por todo ello tiene efecto anti-diarreico, favorece el crecimiento y la integridad de las células de la pared del intestino y colon, y ayuda a bajar el colesterol y el azúcar en sangre.

Prebióticos y su relación con los probióticos
A partir del siglo XXI, además de buscar alimentos que cumplan con los requisitos de nutrición se buscan alimentos con componentes funcionales con el fin de afectar beneficiosamente una o más funciones del organismo. Los prebióticos identificados hasta ahora son los carbohidratos. Los prebióticos son considerados como componentes funcionales, aunque éstos no sean digeridos por las enzimas del organismo humano, producen un efecto beneficioso en el hospedador al estimular el crecimiento selectivo y/o la actividad metabólica de bacterias benéficas del colon como los Lactobacilos y las Bifidobacterias (Roberfroid, 1993; Gibson y Roberfroid, 1995) considerados probióticos. Los probióticos “son microorganismos vivos, que al ser ingeridos en cantidades adecuadas producen efectos benéficos para la salud, además de los efectos de nutrición” (Roberfroid, 2000). Los probióticos estimulan las funciones protectoras del sistema digestivo con la producción de bacteriocinas y ácido láctico. Son también conocidos como bioterapéuticos, bioprotectores o bioprofilácticos y se utilizan para prevenir las infecciones entéricas y gastrointestinales (Penna, 1998). Algunos de los microorganismos usados como probióticos humanos son los siguientes: Lactobacillus acidophilus, L. plantarum, L. casei, L. fermentum, L. reuteri, Lactococcus lactis spp. cremoris, Bifidobacterium bifidum, B. infantis, B. adolecentis, B. longum, B. breve, Enterococcus faecalis y Enterococcus faecium, entre otros. Aquella fibra que llega al intestino grueso sin haber sido transformada digestivamente es digerida por las bacterias residentes en el colon, las cuales con sus numerosas enzimas de gran actividad metabólica pueden digerir en mayor o menor medida dicha fibra en dependencia de su composición química y de su estructura (De las Cagigas y Blanco, 2002).

Entre los componentes de la fibra dietética considerados como prebióticos se encuentran los fructo-oligosacáridos (FOS), galacto-oligosacáridos (GOS), xilo-oligosacaridos (XOS) y la inulina (Hidaka y col., 1986; Ito y col., 1990; Gibson y Wang, 1994). La estructura molecular de la inulina (Figura 4) resiste la digestión en la parte superior del intestino, lo que evita su absorción y le permite continuar su recorrido intestinal hasta que llega al colon, donde se convierte en alimento para las bacterias allí presentes. El grupo de los fructanos de estructura similar a la inulina son los que se usan principalmente en la industria alimentaria como sustitutos de grasas y azúcares (http://clinicamap.com/nutrientes.html, 2011).

Fuentes de fibra con potencial prebiótico
La fibra dietética se encuentra en las frutas (pera, fresa, mora, frambuesa, grosella y naranja, entre otras), las verduras (col de Bruselas, alcachofa, cebolla, ajo, maíz, guisantes y judías verdes, entre otras), las legumbres (lentejas, garbanzos, alubias, frijoles y ejotes, entre otras) y los granos de cereal enteros (salvado de trigo, de avena, pan de cereales integrales o multi-cereales y maíz) (Figura 5). Estudios recientes han demostrado que la fibra de arroz (Warnakulasuriya y col., 2011), tanto en sus porciones soluble, insoluble y total, así como el almidón granular (Crittenden y col., 2001) pueden ser utilizadas para aumentar la supervivencia de bacterias probióticas en el intestino humano.

Para determinar el alcance de la fermentación de la fibra por probióticos, así como la identificación de la producción de AGCC in vivo se han realizado estudios de fermentación in vitro utilizando bacterias de los géneros Lactobacillus y Bifidobacterium, sustituyendo la fuente de carbono convencional por oligosacáridos como XOS (Madhukumar y Muralikrishna, 2011), GOS (Campbell y col., 1997) y FOS (Delzenne y Kok, 2001). Algunas de estas fuentes de carbono fueron extraídas de residuos agroindustriales como cáscaras de leguminosas, frutas y cereales, entre otras. Por ello, en la actualidad se siguen buscando nuevas fuentes de fibra, siendo los residuos agroindustriales, como bagazos y cáscaras, un interesante campo de investigación.

Índice prebiótico de la fibra dietética
Como no todos los componentes de la fibra son sustratos específicos para los probióticos, se considera el índice prebiótico (Ipreb) como indicador potencial de su efecto prebiótico (Figueroa-González y col., 2009). Existen diferentes maneras de calcularlo; uno es comparar el crecimiento de una población que consume un prebiótico con el mismo parámetro utilizando un carbohidrato control (glucosa). Otro de los índices es la eficiencia relativa de ciertas moléculas (FOS, GOS, XOS e inulina) que aumentan los números absolutos de bifidobacterias y lactobacilos y además neutraliza el crecimiento y actividad de microorganismos patógenos (Ugarte y col., 2011), principio en el que se basa su efecto in vivo.

Comentarios finales
La fibra dietética es fundamental en el mantenimiento de una adecuada función intestinal y debe formar parte de una alimentación saludable. Los componentes de la fibra como los oligosacáridos que no se digieren en el intestino delgado pueder ser rápidamente fermentados por las bacterias intestinales, produciendo ácidos grasos de cadena corta que estimulan la absorción de agua y electrolitos. Los FOS son el substrato de preferencia para las Bifidobacterias y los Lactobacilos, pero no son potencialmente usados por las bacterias patógenas, lo que ayuda a mantener y restaurar el balance de la flora intestinal. La fibra que no es fermentada por la microflora intestinal disminuye los efectos del estreñimiento previniendo principalmente el cáncer de colon.

Los avances en investigación acerca de la fibra como prebiótico, sugieren que los principales factores a evaluar para nuevas fuentes de fibra son sus características fisicoquímicas como el tamaño de partícula, así como su potencial de adhesión y fermentación frente a bacterias prebióticas y neutralización de patógenos. De todo lo anterior depende su posible uso nutrimental y terapéutico. Esto despertó un gran interés en el Departamento de Investigación en Alimentos (DIA) de la Universidad Autónoma de Coahuila (UAdeC), por lo que se pretende determinar si la fibra dietética a partir de diversas fuentes vegetales y sus residuos (cáscaras y bagazos), no exploradas anteriormente, tienen potencial prebiótico además de conocer su efecto frente a bacterias beneficiosas al organismo como las bacterias probióticas. Así mismo, el aprovechamiento de residuos agroindustriales como fuente de fibra podría ser de gran utilidad desde un punto de vista económico, social, nutrimental y ambiental.

Agradecimientos
Se agradece la valiosa contribución de los catedráticos e investigadores de la Maestría en Ciencia y Tecnología de los Alimentos pertenecientes al equipo de trabajo del DIA-UAdeC, así mismo al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por la beca de postgrado de Mora-Cura.

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