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Introducción
El conocimiento sobre la seguridad alimentaria y el desafío de una población mundial en constante crecimiento, amplían el interés en las proteínas de origen vegetal de alta calidad (Burgos-Díaz et al., 2019). Dentro de ellas, las fuentes proteicas no convencionales, vienen tomando importancia por sus beneficios en la salud y la sostenibilidad ambiental (Pihlanto et al., 2017).
Pajuro (Erythrina edulis Triana), un producto de gran importancia alimentaria para poblaciones asentadas en los andes tropicales de Sudamérica (Bolivia, Perú, Ecuador, Colombia y Venezuela), es la única especie comestible dentro del género Erythrina (Velásquez et al., 2019); no obstante, se encuentra poco difundida dentro de las zonas urbanas o como producto industrializado (Villafuerte et al., 2019). Las semillas de pajuro son una fuente importante de proteínas (16 - 25%) (Escamilo, 2012; Intiquilla et al., 2016) y a menudo se consumen después de cocinarlas como semillas enteras; asimismo, son destinadas para la alimentación animal (forraje) y en la recuperación del contenido de nitrógeno del suelo (Velásquez et al., 2019).
La incorporación de proteínas a la dieta a partir de fuentes no convencionales requiere el uso de técnicas para mejorar y evaluar su digestibilidad y biodisponibilidad comúnmente afectadas por la presencia de factores antinutricionales (Nosworthy et al., 2017; Sá et al., 2019). Para reducir la concentración y/o actividad de dichos factores, la cocción permite lograr importantes resultados nutricionales en las leguminosas (Alonso et al., 2000; Frias et al., 2011; Sánchez et al., 2019). Por otro lado, para evaluar la digestibilidad y la biodisponibilidad de las proteínas se dispone de técnicas in vivo basadas en el balance de nitrógeno, empleando animales experimentales, siendo las más utilizadas, la utilización neta de la proteína (UNP), valor biológico (VB) y balance de nitrógeno (BN) (Hughes et al., 2011; Jin et al., 2014; Hooper et al., 2019); todas ellas basadas en determinar el nivel mínimo de ingesta de proteína necesaria para compensar las pérdidas de nitrógeno corporal, proporcionando la base estructural y funcional para el mantenimiento y crecimiento del organismo (Berryman et al., 2018).
En la literatura es posible encontrar resultados de investigaciones que proporcionan información sobre la composición química de las semillas de pajuro (Delgado-Soriano et al., 2020), obtención de péptidos bioactivos (Guerra-Almonacid et al., 2019), hidrolizados proteicos (Villafuerte et al., 2019) y evaluación de la calidad proteica in vivo mediante la relación de eficiencia proteica (PER) (Pérez, 1979), la misma que subestima la calidad de la proteína de un alimento destinado al consumo humano (Marinangeli y House, 2019). Sin embargo, no existe información científica sobre el efecto del procesamiento de cocción tradicional sobre la digestibilidad de la proteína de las semillas de pajuro.
En este contexto, el objetivo de la investigación fue determinar el efecto del proceso de cocción tradicional sobre la digestibilidad de la proteína de las semillas de pajuro.
Materiales y métodos
Materia prima
Se emplearon semillas maduras de pajuro (Figura 1), obtenidas del distrito de Jesús (latitud 7°14′S, longitud 78°23′O, 2564 m.s.n.m.) de la Provincia de Cajamarca, Departamento de Cajamarca, Perú.
Acondicionamiento y cocción de las semillas
Las semillas fueron seleccionadas en base al color de la cáscara (marrón-guinda), característico de las semillas maduras, separando las que presentaron color verde y signos de inicio de deterioro avanzado, posteriormente las semillas fueron lavadas y desinfectadas con una solución de hipoclorito de sodio a 100 ppm de cloro libre residual por 5 minutos.
La cocción se realizó empleando el método tradicional a presión atmosférica, teniendo en cuenta la relación de agua semillas de 3:1, por 30 minutos (López y Bressani, 2008). Después de la cocción, las semillas fueron drenadas, secadas a 50 °C por 24 horas y molidas para su incorporación en la dieta experimental.
Métodos de Análisis
Análisis proximal
La humedad, ceniza, proteína cruda (% N x 6,25), extracto etéreo, fibra cruda y extracto libre de nitrógeno se determinaron de acuerdo a lo establecido por AOAC (2005); el contenido energético fue calculado usando los factores de conversión de Atwater (Hussein et al., 2018).
Análisis biológicos
Dietas experimentales y condiciones de alimentación
La dieta experimental fue formulada según requerimientos establecidos para animales de laboratorio (NRC, 1995), en la cual el 10 % del aporte proteico provenía de la harina de semillas de pajuro cocidas, tal como se describe en la Tabla 1.
Tabla 1 Composición de la dieta experimental a base de semillas cocidas
| Ingredientes | g/Kg |
|---|---|
| Harina de semillas de pajuro | 527,7 |
| Mezcla de minerales1 | 40,0 |
| Mezcla de vitaminas2 | 50,0 |
| Maicena | 148,6 |
| Manteca vegetal | 82,0 |
| Azúcar | 115,3 |
| Fibra | 36,4 |
| Valor nutritivo calculado: | |
| Energía metabolizable (Kcal/g) | 3,80 |
| Proteína total (%) | 10,2 |
1Mix de minerales MP Biomedicals (AIN-76).
2Mix de vitaminas MP Biomedicals (AIN-76).
Se suministraron 15 gramos de la ración formulada a cada animal experimental, realizándose la alimentación todos los días entre las 9:00 y 10:00 a.m., para evitar variaciones debidas al ritmo circadiano, asimismo, el agua de bebida durante todo el experimento fue ofrecida ad libitum, y cambiada cada dos días. La limpieza de los comederos de vidrio se realizó todos los días, retirando el alimento residual y material ajeno al alimento como heces ya que esto podía influir en el consumo normal de alimento.
Manejo de los animales usados en el experimento
Se utilizaron 6 ratas albinas machos de raza Holtzman con 21 días de edad, las mismas que recibieron la dieta experimental. Los animales experimentales fueron alojados en 6 jaulas metabólicas individuales, acondicionadas para la colección de heces y orina por separado. El experimento de 11 días de duración constó de dos períodos, el primer período (primeros 4 días) tuvo como objetivo acostumbrar a las ratas al manejo y al tipo de alimento, mientras que el segundo período (siguientes 7 días) fue destinado a evaluar el efecto del alimento.
Estudios de crecimiento
El consumo de alimento se determinó sobre la base de materia seca total; además, ésta se registró en forma diaria y de manera individual por jaula, mediante la diferencia de la cantidad ofrecida con la residual, a partir de lo cual se calculó el consumo de materia seca total; por otro lado, los animales fueron pesados individualmente y de manera interdiaria antes del suministro del alimento. A partir de los datos del peso corporal, se determinó la ganancia de peso total de cada animal que correspondió a la diferencia entre el peso final (a los 11 días del experimento) y el peso inicial (día 4). Los datos obtenidos para el rendimiento de crecimiento y utilización alimenticia se evaluaron calculando la ganancia de peso, tasa de crecimiento específica, relación de conversión alimenticia y tasa de supervivencia (%) (Alonso et al., 2000; Monsalve et al., 2007; Agengo et al., 2020).
Consumo de alimento = Alimento ofrecido (g) - Alimento residual (g)
Ganancia de peso = Peso final (g) - Peso inicial (g)
Eficiencia alimenticia = Ganancia de peso (g)/Consumo de alimento (g)
Tasa de crecimiento específica = ⟮(Peso final (g) - Peso inicial (g))/Tiempo (días)⟯ x 100
Tasa de supervivencia = (Número de ratas sobrevivientes por tratamiento/Número total de ratas experimentales por tratamiento) x 100
Estudios de balance de nitrógeno
Se registraron el peso de heces y volumen de orina en forma individual durante el periodo de 7 días; posteriormente, las muestras de heces fueron secadas, molidas y mezcladas, mientras que las muestras de orina fueron mezcladas y homogenizadas, luego, en ambos casos se procedió a determinar el contenido de nitrógeno.
Considerando el consumo de nitrógeno, nitrógeno presente en heces y orina se determinó el balance de nitrógeno (BN), valor biológico aparente (VBap) y digestibilidad aparente (Dap). Partiendo de los registros tomados en la determinación de digestibilidad aparente se determinó la digestibilidad verdadera (Dv) teniendo en cuenta el valor determinado con el grupo de 6 ratas alimentadas con la dieta libre de proteína, permitiendo de esta manera valorar la excreción de nitrógeno fecal (FAO/ WHO/UNU, 2007).
BN = Nitrógeno ingerido (g) - ⟮Nitrógeno fecal (g) + Nitrógeno urinario (g)⟯
VBap = ⟮(Nitrógeno ingerido (g) - (Nitrógeno fecal (g) + Nitrógeno urinario (g))) / (Nitrógeno ingerido (g) - Nitrógeno fecal (g))⟯ x 100
Dap = ⟮(Nitrógeno ingerido (g) - Nitrógeno fecal (g)) / Nitrógeno ingerido (g)⟯ x 100
Dv = ⟮(Nitrógeno ingerido (g) - (Nitrógeno fecal (g) - Nitrógeno fecal endógeno (g))) / Nitrógeno ingerido (g)⟯ x 100
Cómputo teórico de aminoácidos corregido por la digestibilidad de la proteína (PDCAAS - teórico)
Se determinó el PDCAAS - teórico, que fue calculado como:
El cómputo de aminoácidos fue determinado expresando el contenido del primer aminoácido esencial limitante de la proteína de prueba como un porcentaje del contenido del mismo aminoácido en un patrón de referencia (FAO/WHO, 1991), considerando el requerimiento de aminoácidos de niños de 2 - 5 años de edad.
Cómputo teórico de aminoácidos esenciales digestibles (DIAAS - teórico)
El DIAAS - teórico fue calculado usando el patrón de referencia de aminoácidos para niños de 6 meses a 3 años de edad (FAO/WHO, 2013), que fue usado en conjunción con la siguiente ecuación.
DIAAS = 100 x ⟮(mg del aminoácido esencial digestible del alimento en 1 g de la proteína del alimento) / (mg del mismo aminoácido en 1 g de la proteína de referencia) ⟯
La digestibilidad verdadera empleada para PDCAAS fue empleada para determinar DIAAS en lugar de la digestibilidad ileal. Aunque la FAO/WHO recomiendan que la digestibilidad debería basarse en la digestibilidad ileal verdadera de los aminoácidos individuales, existe un reconocimiento que hasta que se desarrolle un conjunto de datos de digestibilidad ileal verdadera, debe usarse la digestibilidad fecal para la determinación de los valores DIAAS (FAO/WHO, 2013).
Para la determinación de PDCAAS y DIAAS teóricos, se tuvo en cuenta el perfil de aminoácidos reportado por Intiquilla et al. (2016) en semillas de pajuro.
Análisis estadístico
Los resultados se expresaron en términos de medias y desviaciones estándar. Se realizó un análisis de varianza (ANOVA) de una sola vía con la prueba de comparación múltiple de Tukey para determinar diferencias significativas (p < 0,05) entre las observaciones obtenidas en la comparación proximal de las semillas crudas y cocidas. La correlación entre consumo de proteína/ganancias de peso y consumo de alimento/ganancia de peso fueron determinados vía análisis de regresión linear empleando el software GraphPad Prism 6,0 y los demás análisis estadísticos se realizaron con el Software Stathgraphics Centurion XV.
Resultados
Análisis proximal
La composición proximal y valor energético son presentados en función a la materia seca, tal como se aprecia en la Tabla 2.
Tabla 2 Análisis proximal y energético de las semillas crudas y cocidas (100% base seca)
| Componentes | Semillas crudas | Semillas cocidas |
|---|---|---|
| Materia seca (%) | 86,92 | 91,14 |
| Proteína cruda (%) Extracto etéreo (%) Fibra cruda (%) Ceniza (%) Extracto libre de nitrógeno (%) | 21,10±0,12a 0,54±0,02a 2,86±0,03a 4,91±0,19a 70,59±0,20a | 20,58±0,49b 0,47±0,02a 2,83±0,07a 4,51±0,06a 71,61±0,64b |
| Materia orgánica (%) | 95,09 | 95,49 |
| Valor energético (Kcal) | 372 | 373 |
Resultados expresados como el promedio ± DS.
a, b letras diferentes en la misma fila indican diferencia estadística (p ˂ 0,05).
El porcentaje de proteína cruda, fue significativamente diferente entre las muestras crudas y cocidas (p < 0,05), siendo mayor para el caso de las semillas crudas. Así mismo, se evidenció diferencias significativas (p < 0,05) para el porcentaje de carbohidratos de las semillas crudas y cocidas; mientras que los valores de extracto etéreo, fibra cruda y ceniza no presentaron diferencias significativas (p > 0,05).
Estudios de crecimiento
Los resultados sobre la respuesta alimenticia de las dietas basadas en semillas cocidas se presentan en la Tabla 3, observándose resultados positivos para consumo de alimento, ganancia de peso y tasa de crecimiento específica.
Tabla 3 Performance del crecimiento y utilización de la dieta a base de semillas cocidas.
| Parámetros de evaluación | Valor1 |
|---|---|
| Consumo de alimento (g/rata) | 25,89±2,16 |
| Ganancia de peso (g/rata) | 2,97±1,17 |
| Tasa de crecimiento específica (%) | 45,56±21,34 |
| Eficiencia alimenticia | 0,12 |
| Tasa de supervivencia (%) | 100 |
1Resultados expresados como el promedio ± DS.
Se obtuvo un valor de 0,12 para eficiencia alimenticia con las semillas cocidas y una tasa de supervivencia de 100%, lo que significa que todos los animales experimentales sobrevivieron.
Se observó una correlación positiva entre el consumo de alimento y la ganancia de peso, así como en el consumo de proteína y ganancia de peso de los animales experimentales, tal como se muestra en la Figura 2.
Estudios de balance de nitrógeno, PDCAAS - teórico y DIAAS - teórico
Los resultados correspondientes y derivados del balance de nitrógeno, así como los que implican la composición de aminoácidos, presentaron resultados positivos (Tabla 4).
Tabla 4 Bio-utilización de las semillas de pajuro cocidas
| Mediciones | Valores1 |
|---|---|
| Ingesta Ingesta de alimento (g) Nitrógeno ingerido (g) | 25,89±2,16 0,43±0,03 |
| Heces Excreción fecal (g) Nitrógeno fecal (g) | 6,06±1,48 0,14±0,03 |
| Orina Excreción urinaria (ml) Nitrógeno urinario (g) | 15,74±5,67 0,10±0,03 |
| BN (g) VBap (%) | 0,19 65,52 |
| Dap (%) | 67,44 |
| Dv (%) | 76,74 |
| CAAS- teórico PDCAAS - teórico (%) | 0,36 28 |
| DIAAS - teórico (%) | 26 |
BN: Balance de nitrógeno; VBap: Valor biológico aparente; Dap: Digestibilidad aparente; Dv: Digestibilidad verdadera; CAAS - teórico: Cómputo teórico de aminoácidos; PDCAAS- teórico: Cómputo teórico de aminoácidos corregido por la digestibilidad de la proteína; DIAAS - teórico: Cómputo teórico de aminoácidos esenciales digestibles.
1Resultados expresados como el promedio ± DS.
El valor correspondiente a la Dv de las semillas cocidas, refleja una diferencia respecto a los valores de Dap, tras realizar la corrección de los resultados considerando el nitrógeno endógeno generado por el grupo de ratas alimentadas con la dieta aproteica.
Discusión
Análisis proximal
Los valores reportados se encuentran dentro de los rangos mencionados por Velásquez et al. (2019) para semillas de pajuro.
Alimentos con alto contenido proteico sometidos a tratamientos térmicos, conducen a la formación de enlaces cruzados covalentes isopeptídicos, reacción de Maillard, oxidación de aminoácidos y desaminación, afectando así el valor nutricional y el contenido de nitrógeno total, lo que pudo reflejarse para el caso de las semillas cocidas (da Silva Teba et al. 2017). De igual forma, teniendo en cuanta los valores de proteína cruda, se puede calificar a las semillas de pajuro como "excelente fuente de proteínas" bajo el sistema empleado en la Unión Europea, cuyo principal requisito exige que más del 20% de la energía provenga de la proteína cruda (Nosworthy et al., 2017).
Estudios de crecimiento
Respecto a la ganancia de peso, Apaza (2019) determinó valores de -4,40, 10,63, 12,77 y 24,75 en galletas cuya fuente de proteínas provenía de harinas de trigo, quinua, cañihua y tarwi, respectivamente, en un experimento de 42 días de duración; teniendo en cuenta estos valores, la ganancia de peso obtenida por las semillas de pajuro cocidas (2,97±1,17), puede ser considerada como buena, considerando que este valor se obtuvo en un período de siete días.
Aunque los valores presentaron una correlación positiva entre el consumo de alimento y ganancia de peso, se determinó un bajo coeficiente de determinación (R2 = 0,3659), lo que sugiere que la variabilidad de 36,59% en la ganancia de peso puede ser explicada por el valor de alimento consumido. Del mismo modo entre el consumo de proteína y la ganancia de peso, donde las semillas cocidas presentaron un coeficiente de determinación bajo (R2 = 0,3756), lo que sugiere que la variabilidad del 37,56% en la ganancia de peso pueden ser explicadas por los valores de proteína consumida.
Estudios de balance de nitrógeno
Teniendo en cuenta el nitrógeno ingerido, nitrógeno fecal y nitrógeno urinario (Tabla 4), se puede observar un BN positivo. Como se mencionó anteriormente, se dispone de poca información sobre la calidad biológica de una dieta complementada con semilla de pajuro; por lo tanto, los resultados se comparan con otros granos y legumbres que tienen similitud en términos de composición, como los frejoles. Al respecto, Santoro et al. (1999) señalan que la faseolina, principal proteína de almacenamiento en los frejoles, estimula la secreción de nitrógeno en ratas.
El VBap obtenido fue superior a 58,1% reportado por Frias et al. (2011) en muestras de alverjas crudas y 50,6% en alverjas extruidas a 129 °C.
La Dap presentó un valor cercano al determinado por Díaz (1999) quien reportó valores de 64,7% y 62,8% en muestras de frejol blanco y frejol negro, respectivamente, remojadas y cocidas previamente.
La Dv muestra un valor cercano al reportado por la FAO/WHO/UNU (2007), quienes indican un valor de 78% para frejoles y cercano a lo reportado por Nosworthy et al. (2017) quienes determinaron un valor de 76,23% en muestras de frejol pinto sometido a cocción.
PDCAAS - teórico y DIAAS - teórico
El cómputo de aminoácidos teórico presenta como primer aminoácido limitante a los aminoácidos azufrados (metionina y cisteína) con una puntuación de 0,36; valor que resulto inferior a los determinados por Nosworthy et al. (2018) quienes reportaron valores entre 0,66 a 0,92 en muestras de frejol y haba sometidas a cocción y extrusión, respectivamente.
Desde un punto de vista nutricional, las proteínas de almacenamiento como albúminas y globulinas solubles en agua, que representan el 40 - 50% de la proteína total en las legumbres crudas y cocidas, presentan un bajo contenido de aminoácidos azufrados y una mala digestión, lo que se traduce en un valor nutritivo limitado y bajo valor biológico en condiciones crudas; además, es posible que el procesamiento térmico interactúe con las fracciones proteicas de una manera única, lo que resulta en diferentes composiciones de aminoácidos en el producto final (Nosworthy et al., 2018).
El valor obtenido en PDCAAS - teórico, resultó inferior a lo determinado en otras legumbres como 66% en muestras de alverjas (Frias et al., 2011) y 53% en frejoles negros (Nosworthy et al., 2017).
Respecto al DIAAS - teórico, se obtuvo un valor inferior a 39% reportado por Nosworthy et al. (2017) para harina de frijol pinto horneado. Las diferencias entre estos estudios destacan aún más el impacto potencial de la variedad y lugar de procedencia en la calidad general de la proteína de las legumbres. En general, los valores de PDCAAS son mayores que valores de DIAAS, porque este último requiere el uso de un patrón de referencia diferente, es así que un aumento en el requerimiento de aminoácidos azufrados de 25 mg/g de proteína en PDCAAS a 27 mg/g de proteína en DIAAS resultará en valores de DIAAS más bajos en comparación con los valores obtenidos en PDCAAS para aquellas fuentes de proteínas que presenten a los aminoácidos azufrados como limitantes.
Teniendo en cuenta lo descrito por Escobar-Mamani et al. (2020), los resultados aportan de manera significativa al desarrollo tecnológico sobre el aprovechamiento de un recurso oriundo de los Andes Amazónicos; lo que a su vez, de acuerdo a lo mencionado por Haller y Branca (2020) puede estar considerado como montaña.
Conclusiones
La cocción tradicional no modifica significativamente la composición proximal de las semillas de pajuro.
Las semillas cocidas presentaron balance de nitrógeno similares a otras legumbres; sin embargo, presentaron valores inferiores al realizar la valoración teórica de la proteína en función de los aminoácidos limitantes corregidos por digestibilidad.
La cocción tradicional sigue siendo una buena alternativa para facilitar el consumo de las semillas; asimismo, para mejorar su calidad proteica se recomienda la complementación con otras fuentes alimentarias proteicas o la incorporación de aminoácidos sintéticos en la formulación de alimentos para consumo humano y/o animal.
Finalmente, el conocimiento generado permitirá fortalecer el desarrollo de tecnologías de aprovechamiento industrial de las semillas de pajuro producido en los Andes Amazónicos del Perú, con el fin de consolidar e incrementar su cultivo y el desarrolle de productos en el marco de actividades sostenibles y sustentables que no afecten las condiciones ambientales de la región consolidando las cadenas de valor.
