1

¿Puede la tecnología de alimentos apoyar a la salud pública produciendo panes y tortillas de granos enteros y bajo

costo? Dr. Sergio O. Serna Saldivar

2

Definitivamente Si!!!!!!!

Granos

Enteros

Mejoramiento de Valor Nutritivo • Calidad Proteica

• Aporte de Micronutrientes

• Fibra Dietaria

Enfermedades Crónico -

Degenerativas

Cáncer y Estrés Oxidativo

Mejoramiento

de Calidad y

Expectativa

de Vida

3

1994 2025 2050

5.6 billones 8.5 billones 7.8 billones 10 billones 12.5 billones

Baja Proyección

Media Proyección

Alta Proyección

Proyección de la Población Mundial

4

Población Mundial - Ingresos

• Aproximadamente el 50 y 80% de la humanidad vive con menos de $2.5 y 10 por día. Los cereales y leguminosas son el sostén de estas personas. Estos granos llegan en ocasiones a aportar el 75% de la ingesta calórica diaria.

5

Los granos que mantienen a la humanidad

Cereales

Productividad

Producción Total 7180 millones

ton

Rendimiento/Ha 4 Ton

Superficie 718 millones de Has

Aporte Promedio

403 g/día

1292 kcal/día

31.8 g proteína/día

Leguminosas

Productividad

Producción Total 81.8 millones

ton

Rendimiento/Ha 1 Ton

Superficie 81.17 millones de Has

Aporte Promedio

19.76 g/día

68 kcal/día

4.23 g proteína/día

6

0

100

200

300

400

500

600

Consumo

Diario

Kcalorías/día Proteína/día

Maiz

Trigo

Consumo de maíz y trigo en el mundo Y MEXICO

0

200

400

600

800

1000

1200

Maíz

Trigo

MUNDO

MEXICO

7

Aporte de los Principales Granos en la Alimentación de los Mexicanos

Grano Consumo Diario

Promedio (g)

Calorías (kcal) Proteína (g)

Maíz 318.7 986 25.4

Trigo 96.5 255 6.9

Arroz 15 59 1.7

Frijoles 28 100 5.4

Total 458.2 1400 39.4

8

• Maíz nixtamalizado es considerado como alimentos semintegral debido a las perdidas en el nejayote.

• La mayoría de los productos de trigo son elaborado con harinas refinadas (74-76% de extracción) y por lo tanto son bajos en fibra, proteína, micronutrientes y fitoquímicos.

• Prácticamente todo el arroz consumido en México es arroz blanco pulido que contiene menos del 50% de las vitaminas y minerales presentes en el arroz café o moreno. Además es muy bajo en fibra, fitoquímicos y adolece de buena calidad proteica.

• El frijol es consumido como grano entero pero desafortunadamente el consumo per cápita se ha reducido mucho en los últimos 25 años (de 24 a 10.2 kg/año).

9

Los Cereales que Mantienen a la Humanidad • El 80% de la producción total de cereales son

maíz, trigo y arroz.

• Esfuerzos de mejoramiento genético tradicional y

biotecnológico se deben de enfocar en estos tres

cereales.

• Productividad

• Efectos positivos en salud

10

Partes Anatómicas de los Cereales • Glumas o envolturas florales. Cubiertas fibrosas ricas en

lignina y otros componentes de fibra. Protección del grano.

• Pericarpio: protección del grano. Rico en compuestos fenólicos.

• Germen: rico en vitaminas nutracéuticas, tocoferoles y fitoesteroles.

• Endospermo (2/3 hembra): • Capa de aleurona: rica en ACN en cereales pigmentados,

vitaminas y minerales

• Endospermo almidonoso: puede contener carotenos y xantófilas.

11

Harinas de Cereales

Harina de Grano Entero

Harina Integral

Harina Refinada

Remoción de

Germen, Capa de

Aleurona y Testa

Remoción de

Salvado o

Pericarpio

Perdida de Aceite,

Vitaminas, Minerales,

Proteína y Fitoquímicos

Liposolubles e

Hidrosolubles (AOX)

Perdida de Fibra Dietética,

Minerales, y Fitoquímicos

AOX (fenólicos, ACN)

12

• La producción de harinas de granos enteros es muy factible y económicamente viable ya que los subproductos salvado, salvadillo etc) bajan el rendimiento y se venden a menor precio que las harinas refinadas.

• Los EUA inicio un programa agresivo de uso de productos de granos enteros (53% o mas) en programas escolares y militares con el objetivo de mejorar salud y educar el paladar de los niños para que acepten sensorialmente a los productos nutricionalmente y nutracéuticamente mejorados.

13

Efecto de Procesamiento de Granos en Perfil Fitoquímico, Nutricional y Valor Nutracéutico

Perfil

Fitoquímico

Valor Nutricional Valor

Nutracéutico

Calidad

Proteica

Almidón Micro-

nutrientes

Molienda (Decorticación) Negativo Negativo Positivo Negativo Negativo

Molienda (Refinación de Harinas) Negativo Negativo

Positivo Negativo Negativo

Nixtamalización Negativo Positivo

Intermedio Intermedio Negativo

Extrusión Termoplástica Negativo Positivo Positivo Negativo Intermedio

Germinación o Malteo Positivo Positivo Positivo Positivo Positivo

Fermentación Positivo Positivo

Positivo Positivo Positivo

14

Papel de las Tortillas y Pan en México

• Entre más bajo es el status socioeconómico de las personas mayor dependencia hay hacia la tortillas y el pan.

• El consumo per cápita anual de tortillas en algunos grupos poblacionales sobrepasa 120 kg.

• El consumo per cápita de pan asciende a 33.5 kg anuales, de los cuales entre 70 a 75 % es de pan blanco y entre el 25 a 30 por ciento es de pan dulce, galletas y pasteles. • La FAO estima que un Mexicano consume diariamente 96 g de

productos de trigo que provee 255 kcal y aproximadamente 7 g de proteína.

15

Valor Nutrimental de las Tortillas

• Excelente fuente de calorías prácticamente libre de grasa o aceite.

• 94% digestibilidad de la energía

• Buena fuente de calcio debido a la cal añadida durante la nixtamalización

• Estudios con animales de laboratorio indican que el calcio de la cal es altamente biodisponible (Serna Saldivar et al 1991, 1992).

• El cocimiento alcalino también incrementa la biodisponibilidad de la niacina.

16

Valor Nutritivo de Tortillas

• Las tortillas adolecen de buen balance de amino ácidos o calidad proteica y de niveles adecuados de hierro, zinc y vitaminas A, D, E y B12.

• Desde el punto de vista práctico el consumo de una dieta rica en tortillas sin alimentos de buena calidad proteica conlleva al Kwashiorkor en niños. Esto es debido a los bajos niveles de lisina y triptófano.

17

Tortillas con Propiedades Nutraceuticas Mejoradas Tipo de

Tortilla

Componente

Nutracéutico

Propiedades

Maíz Azul Antocianinas Previenen el estrés oxidativo y enfermedades crónico-degenerativas (Fimognari

et al 2004, Shih et al 2005, Tsuda et al 2003, Wang and Stoner 2008).

Enriquecida con

Soya

Fitoquímica y

proteína de la soya.

Previenen el cáncer, síndrome metabólico por la interacción entre fitoquímicos

de la soya (flavonoides, isoflavonas, triterpenos o soyasaponinas) y maíz. La

soya mejora muy significativamente la calidad proteica, el contenido de fibra

dietaria y el acido fólico (Amaya Guerra et al 2004, 2006, Birt et al 2004,

Kerwin 2004, Setchell 1998)

Enriquecida con

amaranto

Fitoquímica y

proteína del

amaranto.

Tortillas producidas por los Aztecas. El amaranto provee proteína

complementaria, micronutrientes y nutraceuticos (Sanchez Marroquin and

Maya 1985) que decrementan el índice glicémico (Islas-Hernandez et al 2007).

Enriquecida con

nopal

Fitoquímica y fibra

dietaria del nopal

Tortilla que decrementa el índice glicémico y previene enfermedades crónico

degenerativas. El nopal contiene altos niveles de fibra dietética soluble e

insoluble que previene diabetes y hipercolesterolemia (Medina Torres et al

2011, Santos Zea et al 2011).

18

Tipo de Tortilla Componente

Nutracéutico

Propiedades

Enriquecida con

frijol

Antocianinas El frijol es rico en almidón resistente, fibra dietaria, ácido fólico y una gama de

fitoquímicos (fenólicos, antocianinas, flavonoides, triterpenos) que previenen el

cáncer y las enfermedades crónico degenerativas. Las tortillas bajan la difusión

de glucosa e índice glicémico (Hernandez-Salazar et al 2006, Mora-Aviles et al

2007, Noriega et al 2000, Tovar et al 2003).

Enriquecida con

quinoa, linaza o

chia

Quinoa, linaza, chia. La linaza previene al cáncer, inflamación y baja el colesterol y glucosa

sanguínea previniendo a las ECV y diabetes (Rendon Villalobos et al 2009). La

chía provee excelente proteína, lípidos (ricos en linolenico) y fibra dietaria

(Rendon Villalobos et al 2012). La quinoa contiene de 12-18% proteína que

complementa a la del maíz. Además provee cantidades adicionales de fibra

dietaria que reduce al índice glicémico, hierro, y fitoquímicos como

polifenoles, fitoesteroles y flavonoides..

19

Valor Nutrimental del Pan

• Excelente fuente de calorías debido a su alto contenido de almidón gelatinizado.

• >90% digestibilidad de la energía

• La mayoría de los panes tienen bajos niveles de fibra dietaria principalmene soluble.

• El pan adolecen de un buen balance de amino ácidos o calidad proteica y de niveles adecuados de micronutrientes y vitaminas A, D, E y B12.

• Desde el punto de vista práctico el consumo de una dieta rica en trigo sin alimentos de buena calidad proteica conlleva al Kwashiorkor en niños. Esto es debido a los bajos niveles de lisina.

20

Programa de Enriquecimiento de Harinas Micro-

Nutriente

Nivel Recomendado

(mg/kg)

Forma

Min. Optimo Max.

Hierro 24 30 40 Hierro reducido

Zinc 16 20 26 Oxido de zinc

Tiamina 4 5 8 Mononitrato de tiamina

Riboflavina 2.4 3.0 5.0 Hidrocloridrato de

Riboflavina

Niacina 28 35 45 Nicotinamida

Acido Fólico 0.4 0.5 0.8 Acido Fólico

21

Objetivos Programa de Enriquecimiento

Hierro. Prevenir anemia y enfermedades infecciosas.

Zinc. Promover crecimiento y reforzar sistema inmune.

Tiamina. Buen metabismo de CHO. Reducir incidencia de Beriberi.

Riboflavina: Buen metabolismo de CHO.

Niacina. Buen metabolismo de CHO y reducir incidencia de pelagra.

Acido fólico. Prevenir malformaciones fetales y bajo peso al nacimiento. Ayuda al desarrollo cerebral..

22

Los Principales Leguminosas que Impactan Nutrición Humana • La soya, diferentes tipos de frijol, chicharos y garbanzo son la principales leguminosas

y las principales aportadores de proteína en los pobladores de países en vías de

desarrollo.

• Definitivamente el frijol común es la principal leguminosa consumida por los

Mexicanos.

• Las leguminosas son la mejor estrategia para mejorar el valor de tortillas, panes y

productos de amplio consumo basados en cereales.

23

Partes Anatómicas de las Leguminosas

• Testa. Recubrimiento o cascara de los cotiledones ricas en fibra y mayoría de los fenólicos, ACN, taninos. Protección del grano.

• Cotiledones: tejidos de reserva del grano. Ricos en proteína, carbohidratos y lípidos. Fuente de almidones de lenta digestión y resistente, proteínas con potencial de generar péptidos bioactivos, aceite, fosfolípidos, fitoesteroles y otros importantes nutraceuticos

• Hilum o embrión. Parte más pequeña pero la que contiene las mayores concentraciones de algunos fitoquímicos como isoflavonas

•

24

Perfil Nutricional y Fitoquímico de Leguminosas • La mayoría contienen agentes antinutrimentales (v.gr. IT, actividad ureática,

lectinas o hemaglutininas etc). • Cocción

• Germinación

• Fermentación

• Almidón de mas lenta digestión (SDS) que favorece IG

• Proteínas ricas en globulinas, idóneas para complementar el perfil de amino ácidos de maíz, trigo y arroz.

• Fibra dietética insoluble y soluble mas balanceada

• Fitoquímicos diferenciados • Isoflavonas

• Saponinas o triterpenos

• Taninos condensados

• Oligosacáridos (prebióticos)

25

Almidón Resistente • Algunos procesos alimentarios crean almidón resistente

(AR3 en productos de extrusión y nixtamalización).

• Los pasos secuenciales de nixtamalización crean almidón resistente tipo 3 (almidón retrogradado). • La masa y la tortilla contienen de 0.7 a 0.9% y de 1.1 a 1.8% de

almidón resistente tipo 3 respectivamente.

Endospermo

Almidonoso

El almidón resistente no provee energía utilizable y previene

obesidad. Además previene la constipación y mejora la microbiota

del intestino grueso. Decrementa los niveles de glucosa sanguínea y

la resistencia a la insulina beneficiando a diabéticos tipo II. Su

principal virtud es que es altamente prebiótico generando ácidos

grasos volátiles incluyendo al butirato que causa catabolismo de

tejido adiposo.

26

Fibra Dietaria

• Importante componente de los granos asociado con importantes fitoquímicos preventivos de enfermedades crónico-degenerativas y cáncer.

• Hay importantes diferencias entre cereales y leguminosas en términos de cantidad, fracciones y componentes químicos de las fracciones.

• La mayoría de la fibra dietaria de los cereales esta en el pericarpio mientras que en leguminosas en la testa.

27

Compuestos Nutraceúticos – Fibra

Compuesto Nutracéutico Estructura

Anatómica

Efecto Preventivo o Terapéutico

Fibra Soluble como

arabinoxilanos, B

glucanos y

hemicelulosas

solubles.

Principalmente

asociada al

pericarpio de

cereales y testa de

leguminosas.

Mejora función gastrointestinal, incrementa la viscosidad

del bolo alimenticio y reduce el índice glicémico. Por lo

tanto, reduce el riesgo de diabetes e hipercolesterolemia.

La mayoría de las fibras solubles son prebióticas debido

a que se fermentan rápidamente en el tracto

gastrointestinal posterior generando ácidos grasos

volátiles que a su vez inhiben a la enzima hepática HMG

Co-A reductasa.

Insoluble como

celulosa y lignina

Principalmente

asociada al

pericarpio de

cereales y testa de

leguminosas.

Mejora función gastrointestinal, incrementa el ligado de

ácidos biliares y el volumen y peso de las heces

reduciendo la constipación, hemorroides, diverticulosis y

cáncer.

28

Arabinoxilanos, B-glucanos • Fibra soluble presente en granos.

• Efectos fisiológicos positivos en salud intestinal • Fomentan bacterias benéficas de la microbiota

• Decrementan niveles de colesterol y glucosa

• Previene cáncer y mejora sistema inmunológico

• Investigación de extracción de arabinoxilanos de maíz y sorgo.

• B-glucanos se encuentran en cantidades significativas solo en avena y cebada

29

Efecto Hipocolesterolémico de la Fibra Soluble

Intestino Grueso

Acidos Grasos Volátiles Higado

Torrente Sanguíneo

Microbiota

Fibra Soluble Bacterias

AGV

Fibra

Insoluble

Fibra

Soluble e

Insoluble

epith

elia

l ce

lls

SOLUBLE AND INSOLUBLE FIBER (COMPLEX CARBOHYDRATES)

O OH

OHHO

OH

HO

O

HO

OH

OH

OH

OH

O

HO OH

HO OH

HO

SIMPLE CARBOHYDRATES

MICROBIOTA

O

HO

OH

OH

OH

HO

T

T

cholesterol

DIET

bile acids

CHOLmicelles

CH2OHOH

HO

O

CH2OH

HO

HO

CH2OHOH

HO

O

O

CH2OH

OH

OH

O

CH2OH

OHOH

CH2OH

OH

OH

OO

HOH2C

OH OH

O

HOH2COH

OH

HOH2C

OH OH

O

O

CHOL

CHOL

CHOLHOH2COH

OH

O

HOH2C

OH

OH

HOH2COH

OH

O

O

CH2OH

OHHO

O

CH2OHHO

HO

CH2OH

OHHO

O

O

CH2OH

OH

OH

O

CH2OH

OHOH

CH2OH

OH

OH

OO

CHOLESTEROL ANDBILE ACIDS FECAL EXCRETION

CHOL

BILE ACIDS + CHOLESTEROL

LIPASE

HO

H

H H

H

H

HO OHH

H

H H

HOH

O

OH

CHOLESTEROL

CHOLESTEROL

PROPIONIC ACID

ACETYL CoA

CH2OH

OHOH

O

CH2OH

OH

OH

CH2OH

OHOH

CH2OH

OH

OH

O O

CH2OH

OH

OH

CH2OH

OHOH

O O

CH2OH

OH

OH

CH2OH

OHOH

CH2OH

OH

OH

O

CH2OH

OH

OH

O

CH2OH

OHOH

OO OOO

TMA

TMA

TMAO

BILE ACIDS

SOLUBLE AND INSOLUBLE FIBER

DECONJUGATION

LOWABSORPTION

SHORT CHAIN FATTY ACIDS

(GEL FORMING PROPERTIES DECREASES FAT ABSORPTION)

bile acids

ATHEROSCLEROSIS

30

Enfermedades Crónico-Degenerativas y Cáncer

31

Enfermedades Crónico-Degenerativas • Responsables de mas del 65% de las muertes en el mundo y un

decremento en calidad y expectativa de vida. • Mayor prevalencia en países desarrollados

• Fuertemente asociadas a la obesidad y estrés oxidativo

Enfermedades Crónico-Degenerativas

Diabetes ECV Inflamación y

Fibrosis

Hipertensión Hiperlipidemia y

colesterolemia

Síndrome

Metabólico

y

Estrés

Oxidativo

32

Obesidad y Síndrome Metabólico

• Eje central de las enfermedades crónico-degenerativas.

• Exceso de consumo calórico aunado a estrés oxidativo.

• Muy asociado con factores de predisposición genética.

• Expresión de genes

• Disbiosis en microbiota intestinal

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

Ataques al

Corazon

Embolias Hipertensión

Normal

Sobrepeso

Obeso

Superobeso

33

Fitoquímica y Propiedades Nutracéuticas de Cereales y Leguminosas

34

Comparación en Contenido de Fenólicos entre Frutas, Vegetales y

Granos

35

Compuestos Nutraceúticos – Vitaminas

Compuesto

Nutracéutico

Estructura

Anatómica

Efecto Preventivo o Terapéutico

Vitamina Tocoferoles Principalmente

asociados al

germen.

Los tocoferoles son antioxidantes. El α-tocoferol o vitamina E

es considerado como la segunda línea de defensa contra el

estrés oxidativo previniendo enfermedades cardiovasculares

alto colesterol y todo tipo de cáncer. Además ayudan a

mejorar la capacidad mental y función cerebral.

Acido Fólico Principalmente

asociados a la

capa de aleurona

en cereales y

cotiledones en

leguminosas.

Previene abortos y los defectos de tubo neural y

malformaciones en bebes. Ayuda a decrementar los niveles

de homocisteína y por lo tanto prevenir enfermedades

cardiovasculares.

36

Compuestos Nutraceúticos Compuesto Nutracéutico Estructura

Anatómica

Efecto Preventivo o Terapéutico

Fenólicos Simples como el

Ferúlico

Principalmente

asociados al

pericarpio y testa.

Previenen el estrés oxidativo, cáncer, alto colesterol,

arterioesclerosis y envejecimiento.

Antocianinas y

Flavonoides

Antocianinas

Flavonoles

Flavan-3-ols

Isoflavonas

Principalmente

asociados a la

aleurona y cotiledones

.

Previenen el estrés oxidativo, cáncer, alto colesterol,

arterioesclerosis y envejecimiento .

Carotenoides Carotenos Principalmente

asociados al

endospermo amarillo

de cereales.

Los Β-carotenos son convertidos en vitamina A o retinol.

Previenen el cáncer, las enfermedades cardiovasculares y

refuerzan al sistema inmunológico.

Xantofilas:

Luteína

Zeaxantina

Criptoxantina

Principalmente

asociados al

endospermo amarillo

de cereales.

.

Previenen a la degradación macular y formación de

cataratas (opacidad del cristalino ocular). Retarda

aparición de síntomas relacionados con la retinitis

pigmentosa. Previenen a las ECV.

37

Compuesto Nutracéutico Estructura

Anatómica

Efecto Preventivo o Terapéutico

Ácidos grasos

polinsaturados

Ácidos Linoleico

(18:2 ω6) y

Linolenico (18:3 ω3)

Principalmente

asociada al

germen y

esferosomas de

leguminosas.

Ayudan a reducir triglicéridos y colesterol

sanguíneo. Estos ácidos grasos son convertidos en

prostaglandinas y otros ácidos grasos como el EPA

y DHA.

Fosfolípidos Fosfatidil colina,

etanolamina,

inositol, serina

Principalmente

asociados al

germen y

esferosomas de

leguminosas.

.

La lecitina, etanolamina, inositol y serina son

esenciales para el apropiado funcionamiento de las

membranas celulares y de las neuronas. Por

consiguiente, previenen el envejecimiento celular y

el alto colesterol. La colina es esencial para producir

acetil colina considerada como el principal

neurotransmisor.

Fitoesteroles Sitosterol

Estigmasterol

Campesterol

Principalmente

asociados al

germen y

esferosomas de

leguminosas..

Compiten con los sitios de absorción del colesterol y

por consiguiente son considerados como

hipocolesterolemicos y previsores de enfermedades

cardiovasculares.

38

Compuesto Nutracéutico Estructura

Anatómica

Efecto Preventivo o Terapéutico

Policosanoles o

ceras

Octacosanol,

Tricontanol,

Hexacosanol,

Dotriacontanol

Principalmente

asociados al

germen y

pericarpio de

maíz y sorgo.

Reducen lípidos séricos, colesterol y la

agregación de plaquetas

Acido Fítico

Inositol

Inositol Principalmente

asociado al

pericarpio y

aleurona y

cotiledones de

leguminosas.

Considerado como antioxidante y con

propiedades anticancerígenas de mama,

colon, hígado, leucemia, próstata y sarcomas.

39

Gracias por su atención