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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA “CUANTIFICACIÓN DE HIERRO BIODISPONIBLE MEDIANTE UN MÉTODO in vitro EN ALIMENTOS DE ORIGEN ANIMAL Y VEGETAL (CRUDOS Y COCIDOS).” T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE QUÍMICO DE ALIMENTOS P R E S E N T A ALBERTO TREJO MENESES MÉXICO, D.F. 2006 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. Jurado asignado: Presidente: Prof. Ángela Sotelo López. Vocal: Prof. Lucia Gabriela Bascuñan Termini. Secretario: Prof. Leticia Gil Vieyra. 1er. Suplente: Prof. Rosa Maria Argote Espinosa 2do. Suplente: Prof. Iliana E. González Hernández. Sitio donde se desarrolló el tema: Laboratorio 111, Departamento de Farmacia Conjunto E. Facultad de Química. U.N.A.M Asesora: M. en C. Ángela Sotelo López. Supervisor: Q. A. Argelia Sánchez Chinchillas. Sustentante: Alberto Trejo Meneses. Agradecimientos. A Dios por darme salud, una magnífica familia y por llenarme de bendiciones que me permitieron poder alcanzar esta meta. Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología-Sistema Nacional de Investigadores por el apoyo económico otorgado en la realización de este proyecto. A la Universidad Nacional Autónoma de México y a la distinguida Facultad de Química, por darme la oportunidad de crecer profesional y personalmente. A la Maestra Ángela Sotelo López por brindarme su confianza y apoyo para realizar este trabajo de investigación; muchas gracias por compartir sus conocimientos y brindarme sus valiosos consejos, su ayuda fue invaluable para poder realizar esta investigación. A Arge por creer en mi en todo momento así como por ser una guía invaluable para poder realizar este proyecto, eres parte fundamental de esta meta tanto intelectual como personalmente, muchas gracias por brindarme tu sincera amistad te quiero mucho. A Ili y Lety por su incondicional apoyo, sus enseñanzas, críticas, consejos, confidencias y magnificas pláticas que tuve durante mi instancia en el laboratorio, pero sobre todo por darme la oportunidad de ser su amigo, las quiero mucho son dos grandes mujeres de las que he aprendido mucho. A Rosita por tu paciencia, amistad y ayuda que me brindaste durante el tiempo de mi estancia en el laboratorio. A la Sra. Vicky por su agradable compañía, sus gratas conversaciones y por sus múltiples detalles que tuvo conmigo muchísimas gracias por todo. A todos mis compañeros del laboratorio 111, me llevo recuerdos muy especiales de cada uno de ustedes. A mis amigos de la carrera los cuales estuvieron cerca de mi ofreciéndome su amistad y apoyo para lograr este objetivo, no quisiera omitir a ninguno de ellos, aunque ustedes bien saben quines son....... Dedicatorias. A toda mi familia por su incondicional apoyo en todas mis decisiones, su cariño y nuestra unión es parte fundamental en mi vida los quiero mucho. A mis padres Graciela Meneses Robles y Pedro Trejo Becerril por estar ahí en todos y cada uno de los momentos importantes de mi vida, por brindarme una familia tan unida, por los valores que me han enseñado y que me han ayudado a formar mi carácter, por darme su incondicional y total apoyo en todas mis decisiones, por la absoluta confianza que me han tenido; por estas y por otras tantas razones, este triunfo es de ustedes. Los quiero mucho y les agradezco infinitamente todo lo que han hecho por mi. “Gracias”. A mi hermanita Lety por ser una gran hermana mayor, amiga, confidente y todo un ejemplo a seguir, estoy muy orgulloso de ti. No tengo palabras para agradecerte todo lo que has hecho por mi, solo puedo decirte que estoy muy agradecido con Dios por ser tu hermanito. Te quiero muchísimo. A mi brother Pedro por ser un ejemplo de bondad, confianza, apoyo y hermandad, eres una persona increíble que me muestra día a día la capacidad de crecer y ser mejor, muchas gracias por todo el cariño que me has dado a lo largo de mi vida es algo que valoro mucho y que me hace muy feliz. Índice ÍNDICE Páginas Introducción…………………………………………………………………………………….. 1 1. Objetivos………………………………………………………………………………………… 3 1.1 General…………………………………………………………………………………… 3 1.2 Específicos……………………………………………………………………………….. 3 2. Hipótesis………………………………………………………………………...……………… 4 3. Antecedentes……………………………………………………………………………………. 5 3.1 Generalidades……………………………………………………………………………. 5 3.2 Hierro…………………………………………………………………………………….. 6 3.2.1 Dosis Diarias Recomendadas……………………………………………………… 7 3.3 Absorción………………………………………………………………………………… 7 3.3.1 Proceso de absorción del hierro…………………………………………………….. 7 3.3.2 Transporte y almacenamiento del hierro…………………………………………… 9 3.4 Biodisponibilidad del hierro……………………………………………………………... 10 3.4.1 Concepto……………………………………………………………………………. 10 3.4.2 Factores que influyen en la biodisponibilidad del hierro…………………………… 11 3.4.3 Biodisponibilidad de hierro…………………………………………………………. 13 3.4.4 Métodos de estimación de la biodisponibilidad de un mineral……………………... 14 3.4.5 Clasificación de las dietas de acuerdo a la biodisponibilidad.……………………… 16 3.5 Deficiencia de hierro……………………………………………………………………... 17 3.5.1 Consecuencias de la deficiencia de hierro…………………………………………. 18 3.5.2 Anemia ferropénica………………………………………………………………… 19 3.5.3 Efecto sinergista entre la vitamina A y el hierro…………………………………… 21 3.6 Toxicología del hierro……………………………………………………………………. 22 3.7 Factor Antinutricional……………………………………………………………………. 23 3.8 Taninos…………………………………………………………………………………… 23 3.8.1 Generalidades……………………………………………………………………… 23 3.8.2 Composición química de los taninos……………………………………………… 24 Índice 4. Metodología……………………………………………………………………………………... 26 4.1 Diagrama General de investigación……………………………………………………… 4.2 Selección y preparación de las muestras…………………………………………………. 4.3 Determinación de Humedad……………………………………………………………… 26 27 29 4.4 Determinación de Hierro Total …………………………………………………………... 4.5 Determinación de Hierro Biodisponible………………………………………………….. 31 35 4.6 Determinación de Taninos………………………………………………………………... 4.7 Análisis Estadístico………………………………………………………………………. 42 48 5. Resultados y Discusiones……………………………………………………………………….. 49 5.1 Determinación de hierro total en alimentos crudos y cocidos.…………………………… 49 5.2 Determinación de hierro biodisponible en alimentos crudos y cocidos…………………... 57 5.3 Determinación de taninos en alimentos de origen vegetal crudos y cocidos……………... 64 6. Conclusiones y Recomendaciones……………………………………………………………... 65 Anexos……………………………………………………………………………………………… 68 Bibliografía…………………………………………………………………………………………71 Introducción 1 Introducción Los elementos minerales inorgánicos importantes son aquellos que tienen una función en el organismo; algunos de ellos no ocasionan problemas nutricionales ya sea por la abundancia o al ser asimilados fácilmente por el organismo, los que son causa de problemas nutricionales son el hierro, el calcio y el yodo. La deficiencia de hierro es prevalente en los problemas nutricionales y la principal causa de anemia a nivel mundial. Esta carencia se debe principalmente a una ingesta baja de hierro biodisponible en la dieta, incremento de los requerimientos por parte del organismo (crecimiento, embarazo) y aumento de las pérdidas por la menstruación en el caso de la mujer. En México el consumo de hierro total en los diferentes grupos y zonas del país es alto, especialmente el proveniente de alimentos de origen vegetal. Sin embargo, algunos estudios epidemiológicos han demostrado que existe un gran porcentaje de anemia el cual se considera un problema de salud pública. Es importante hacer la distinción entre el hierro de alimentos de origen vegetal, el cual se encuentra en forma no hemo, y el proveniente de alimentos de origen animal denominado hemo, el cual es más absorbible. Una dieta completa y balanceada es muy importante para satisfacer los requerimientos diarios de hierro, pero es aún de mayor relevancia conocer la cantidad y biodisponibilidad de este mineral en los alimentos. Introducción 2 La biodisponibilidad de este mineral, depende de un gran número de factores entre los que destacan: la eficiencia de la absorción del hierro en el intestino delgado, el estatus del hierro en el organismo, la composición de la dieta así como las complejas interacciones que ocurren entre el hierro y los potenciadores (vitamina C) e inhibidores de la absorción como ácido fítico y taninos. Actualmente se emplean distintos métodos para determinar la biodisponibilidad del hierro en los alimentos, los cuales se clasifican en: “in vitro” e “in vivo”. Los primeros ofrecen una alternativa interesante y muy viable con respecto a los métodos “in vivo” por el hecho de ser métodos simples, rápidos y de un bajo costo. Además de que han mostrado resultados satisfactorios para predecir la biodisponibilidad de determinados minerales en los alimentos como es el caso del hierro. Por estas razones es que el método utilizado para determinar el hierro biodisponible en el presente trabajo es un método “in vitro” basado en simular las condiciones de digestión gastrointestinal. Los resultados obtenidos en el presente trabajo permitieran conocer el contenido de hierro biodisponible y hierro total en los alimentos estudiados, así como la cuantificación de uno de los inhibidores de la absorción del hierro como lo son los taninos (compuestos polifenólicos), los cuales forman complejos con el citado mineral, disminuyendo la biodisponibilidad del mismo. La cuantificación de hierro biodisponible realizada en los distintos alimentos trabajados es de gran importancia, debido a que en la actualidad son escasos los datos reportados en la literatura sobre el contenido de hierro biodisponible en los diversos alimentos de consumo cotidiano. Objetivo 3 Capítulo 1 Objetivos 1.1 General • Cuantificar el contenido de hierro biodisponible mediante un método in vitro en alimentos de origen animal y vegetal así como evaluar el efecto de la cocción en los alimentos en la biodisponibilidad de este mineral. 1.2 Específicos • Cuantificar el contenido de hierro total en los alimentos estudiados crudos y cocidos. • Cuantificar el contenido de hierro biodisponbile en los alimentos estudiados. • Evaluar el efecto que tiene el tratamiento de cocción en la cuantificación de hierro total, hierro biodisponible en las muestras estudiadas. • Determinar el contenido de taninos en los alimentos de origen vegetal. • Evaluar el efecto que tiene el tratamiento de cocción en el contenido de taninos en las muestras de origen vegetal estudiadas. Objetivo 4 Capítulo 2 Hipótesis Si el hierro en la forma hemo es más biodisponible que en la forma no hemo; entonces se espera que los alimentos de origen animal que poseen el hierro en forma hemo presenten una mayor biodisponibilidad de éste, que los alimentos de origen vegetal que lo presentan en forma de sales inorgánicas. Asimismo se espera la disminución de ciertos inhibidores de la absorción del hierro por el tratamiento de cocción lo que ocasionará un incremento en la biodisponibilidad del mineral. Antecedentes 5 Capítulo 3 Antecedentes 3.1 Generalidades. En la corteza terrestre se encuentran de modo natural noventa elementos químicos. Se sabe que unos 25 de ellos son esenciales para la vida y que por ello están presentes en las células vivas. Puesto que nuestros alimentos se derivan en última instancia de animales o vegetales vivos, podemos esperar encontrar estos 25 elementos también en los alimentos. Aunque no existe una definición universal de mineral en lo que ha alimentos y nutrición se refiere, este término suele referirse a los elementos distintos de C, H, O y N que se encuentran presentes en los alimentos. [1] Los minerales son nutrimentos indispensables para el organismo, los cuales se presentan en compuestos orgánicos como fosfolípidos, hemoglobina, tiroxina, compuestos inorgánicos como NaCl y fosfatos de calcio, elementos estructurales del esqueleto (P y Ca) y cofactores en sistemas enzimáticos. Podemos clasificar a los minerales de acuerdo con sus funciones, aunque algunos minerales tienen funciones que caen dentro de más de una clase. • Minerales con una función estructural: calcio, magnesio, fosfato, sodio y potasio. • Minerales que funcionan como grupos prostéticos de enzimas: cobre, hierro, molibdeno, selenio y zinc. Antecedentes 6 • Minerales que juegan un papel regulador (en la neurotransmisión, como activadores de enzimas u hormonas): calcio, cromo, yodo, magnesio, manganeso, sodio y potasio. [2] Algunos de los minerales no ocasionan problemas nutricionales al ser asimilados fácilmente por el organismo, otros como el hierro y el calcio no tienen esta ventaja y son causa de graves problemas de salud. [3] 3.2 Hierro. El hierro fue reconocido como constituyente del cuerpo en 1713; junto con otros minerales comenzó a estudiarse por H. C. Sherman a principios del siglo. El hierro es un elemento esencial para la vida, es un micronutrimento indispensable para el organismo humano ya que participa en una gran variedad de procesos biológicos, tales como: la eritropoyesis, en donde interviene en procesos de división celular y síntesis de hemoglobina, [4] en el ciclo de Krebs donde lo podemos hallar formando parte de las enzimas y en la respiración celular como transportador de electrones en los citocromos; [5] Por lo que es fundamental para ciertos procesos metabólicos y enzimáticos además de que desempeña un papel vital en la estructura de la molécula de la hemoglobina, (ya que participa en la formación de ésta) así como en la mioglobina. [6] El contenido total de hierro de un individuo normal es aproximadamente de 3.5 a 4 g en la mujer y de 4 a 5 g en el hombre. [7,8] Antecedentes 7 3.2.1 Dosis Diarias Recomendadas. El aporte recomendado de hierro para un adulto sano en condiciones normales es entre10 a 15 mg al día; la recomendación para un hombre adulto es de 10 mg/día, para una mujer adulto es de 15 mg/día; mientras que para una mujer embarazada la recomendación se incrementa a 30 mg/día. [9,10] 3.3 Absorción. En un individuo sano, las necesidades diarias de hierro son muy bajas en comparación con el hierro circulante, por lo que sólo se absorbe una pequeña proporción del total ingerido. Esta proporción varía de acuerdo con la cantidad y el tipo de hierro presente en los alimentos ingeridos, el estado de los depósitos corporales del hierro y una serie de factores que facilitan o interfieren la absorción del mineral. [9] En individuos sanos, la absorción de hierro por lo general varía entre el 5 y 10 por ciento mientras que en quienes padecen deficiencia aumenta de 10 a 20 por ciento aunque estas cifras son muy variables. [11] 3.3.1 Proceso de absorción del hierro. Para que este nutrimento se absorba es necesario que tenga forma soluble y para ello debe encontrarse en estado reducido (es decir Fe2+ o sales ferrosas), pues la forma férrica (Fe3+) al ser insoluble, es menos absorbible por la mucosa intestinal. [11] La absorción intestinal del hierro constituye un paso clave en la regulación de los contenidos corporales del mismo; esto se debe a que el ser humano no cuenta con un mecanismo fisiológico para eliminar el exceso de hierro como medio de regulación. [7] Como ya se mencionó con anterioridad el hierro contenido en los alimentos existe en dos formas: hierro hemo (o hierro hemínico), y hierro no hemo. El primero forma parte Antecedentes 8 del grupo prostético hemo de proteínas como la hemoglobina y la mioglobina, se encuentra presente en la carne, el hígado, la moronga y las vísceras. Se caracteriza por absorberse en una proporción más o menos constante de 10 al 15 %, sin que existan factores que ayuden o impidan que esto suceda, sin embargo es importante señalar que no todo el hierro proveniente de fuentes animales es de tipo hemo, por ejemplo: el hierro contenido en la leche y el huevo es del tipo no hemo y por la tanto la biodisponibilidad de este mineral en estos alimentos es menor; ya que el hierro en forma no hemo se absorbe menos que el hierro hemo en el organismo. Por otro lado, el hierro conocido como no hemo se encuentra predominante en alimentos vegetales (cereales, leguminosas y vegetales) este tipo de hierro se encuentra sujeto al control de los factores que facilitan o impiden que se absorba en mayor o menor proporción. La absorción de hierro es muy baja en el organismo de 1 – 5 % en alimentos vegetales y de 10 a 15 % en hígado, carnes y vísceras; por lo que en las dietas predominantemente vegetales siempre tendrán una menor biodisponibilidad de hierro. [12] El hierro se absorbe mayoritariamente en el duodeno y en la parte proximal del yeyuno. [13] y su velocidad de absorción también depende de determinadas sustancias como se menciono anteriormente que la favorecen o la inhiben así como de las reservas de hierro en el organismo. [14] El hierro hemo, es de alta biodisponibilidad debido a que la molécula hemo es absorbida intacta dentro de la célula de la mucosa intestinal y no es, por lo tanto, susceptible a los efectos de los inhibidores de la dieta, los cuales actúan en el tracto gastrointestinal e impiden la absorción del hierro no hemo. [15] Antecedentes 9 El hierro hemo es fácilmente absorbible, aproximadamente 30 a 40% del hierro en la carne de puerco, hígado y pescado y 50 a 60% del hierro de la carne de res, cordero y pollo que se encuentra en dicha forma. [16] La absorción del hierro no hemo es baja, en ocasiones menos de 3%, y varía notablemente en cada alimento por la presencia de factores nutrimentales que aumentan o inhiben su absorción, por lo que puede elevarse hasta 3 veces más su biodisponibilidad con un adecuado balance de estos factores. 3.3.2 Transporte y almacenamiento del hierro. Cuando el hierro es absorbido por el intestino delgado, se combina inmediatamente con una globulina beta para formar el compuesto transferrina, el que es transportado por el plasma sanguíneo. El hierro de este compuesto está combinado con la molécula de globulina; en consecuencia, puede ser puesto en libertad para cualquiera de las células tisulares en cualquier lugar donde se requiera. El exceso de hierro presente en la sangre es depositado en todas las células del cuerpo especialmente del hígado, donde se almacena más del 60% del exceso. Allí se combina con la proteína apoferritina para formar la ferritina. El hierro almacenado en la ferritina se llama hierro de depósito. Cuando la cantidad total de hierro en el cuerpo es mayor que la que puede acomodar el depósito de apoferritina, parte del mismo se acumula en la forma menos soluble denominada hemosiderina. Cuando la cantidad de hierro del plasma alcanza valores muy bajos, el hierro es absorbido de la ferritina muy fácilmente, pero más difícilmente de la hemosiderina. Antecedentes 10 La cantidad total de hierro en el cuerpo humano es, en promedio de 4 g aproximadamente el 65% de este hierro se halla en forma de hemoglobina, el 4% aproximadamente se halla en forma de mioglobina, el 1% en forma de diversas enzimas de hemo; el 0.1% forma la transferrina en el plasma sanguíneo; el 15 al 30% aproximadamente, es almacenado principalmente en forma de ferritina. [6] Se sabe que diariamente se eliminan unos 0.6 mg de hierro, principalmente por las heces. Además se pierden cantidades adicionales de hierro siempre que se produce una hemorragia. Así en la mujer la pérdida menstrual de sangre lleva a la pérdida media de hierro hasta un valor aproximado de 2.1 mg al día. [4] 3.4 Biodisponibilidad 3.4.1 Concepto. El concepto de biodisponibilidad varía en función del área de trabajo, en estudios nutricionales en seres humanos el concepto de biodisponibilidad se define como la eficiencia con la cual los nutrimentos son utilizados por el organismo y depende de los procesos de digestión de los alimentos, absorción de los nutrimentos y disponibilidad de los mismos para las funciones metabólicas. Dentro de las definiciones de biodisponibilidad que se utilizan en relación con los minerales se encuentran: [13] • El porcentaje del elemento mineral que es metabolizable. • La medida del porcentaje de elemento mineral en un alimento o en la dieta que es digerido, absorbido y metabolizado por vía normal. • El porcentaje del elemento mineral ingerido que es disponible para el metabolismo. Antecedentes 11 • La biodisponibilidad se define como la proporción de nutrimento en el alimento ingerido que resulta accesible para su utilización en procesos metabólicos. En el caso de los nutrimentos minerales, la biodisponibidad esta determinada en primer instancia por la eficiencia de la absorción desde el lúmen intestinal a la sangre. [1] 3.4.2 Factores que influyen en la biodisponibilidad del hierro. Dentro del organismo hay tres factores principales que afectan el balance y el metabolismo del hierro: el consumo, el almacenamiento y las pérdidas. En cuanto al consumo, éste se determina por la cantidad que se consume, su biodisponibilidad en la dieta y la capacidad de absorción del hierro. [17] Entre los factores que influyen en la biodisponibilidad de hierro se pueden incluir la procedencia y forma química de este nutrimento contenidoen los alimentos, las características generales de la dieta y las secreciones intestinales, así como otros compuestos que pudieran estar presentes en la luz intestinal. La mayoría del hierro contenido en los alimentos vegetales está en forma de sales inorgánicas, para que este nutrimento se absorba es necesario que tenga forma soluble y para ello debe encontrarse en estado reducido (es decir Fe2+ o sales ferrosas), pues la forma férrica (Fe3+) al ser insoluble, no puede ser absorbida por la mucosa intestinal. [11] La biodisponibilidad mineral es el resultado de 3 etapas: [18] • La digestibilidad y solubilidad del elemento mineral en el tracto gastrointestinal. • La absorción y transporte a la circulación • Una vez que el elemento mineral está en la circulación, su incorporación en una entidad funcional. Antecedentes 12 El proceso de absorción de los minerales y los factores que influyen en él son extremadamente complejos. [7] No obstante, los resultados de cientos de estudios han permitido identificar los factores que influyen en la biodisponibilidad de los minerales. Algunos de ellos se resumen a continuación: [1, 19] 1.- Forma química del mineral en el alimento - Las formas muy insolubles se absorben mal. - Las formas queladas insolubles se absorben poco si el quelato es muy estable. - El hierro hémico se absorbe más eficazmente que el no hémico. 2.-Ligandos del alimento. - Los ligandos que forman quelatos solubles con metales pueden potenciar la absorción de algunos alimentos. - Los ligandos de elevado peso molecular poco digestibles pueden reducir la absorción. - Los ligandos que forman quelatos insolubles con minerales pueden reducir la absorción. 3.-Actividad redox de los componentes del alimento. - Los reductores como el ácido ascórbico favorecen la absorción del hierro. - Los oxidantes inhiben la absorción del hierro. 4.-Interacciones mineral-mineral. - Las concentraciones altas de un mineral en la dieta pueden inhibir la absorción de otro. Antecedentes 13 3.4.3 Biodisponibilidad del hierro. La biodisponibilidad del hierro está determinada casi totalmente por la eficiencia de la absorción de hierro en el intestino delgado sin embargo, se ve influenciada por la ingesta total de hierro, el estatus de hierro del individuo y la composición de la dieta que se consume debido a las complejas interacciones que ocurren entre el hierro y los potenciadores e inhibidores que también se encuentran presentes en la dieta. [1] Entre los principales promotores e inhibidores de la absorción del hierro están: [11] Promotores de la absorción • Ácido ascórbico. • Ácido cítrico. • Ácido málico. • Ácido tartárico. Inhibidores de la absorción: • Taninos. • Fitatos. • Calcio. En los ensayos con harina de trigo, maíz y arroz se registró una absorción de hierro relativamente baja, debido a la presencia en esas harinas de un inhibidor natural, el fitato, que reduce considerablemente la absorción de las sales de hierro. [14] El ácido fítico, actúa como factor antinutricional, al impedir la normal absorción de algunos minerales como el calcio, hierro, cobre y zinc. Este ácido forma complejos de baja constante de disociación con los citados metales, disminuyendo la disponibilidad de los mismos. Antecedentes 14 3.4.4 Métodos de estimación de la biodisponibilidad de un mineral. Los métodos utilizados en los estudios de biodisponibilidad pueden clasificarse en dos grandes grupos: “in vivo” e “in vitro”. [19] Como etapa previa a la estimación de la biodisponibilidad de los elementos minerales en seres humanos los métodos “in vitro” son de gran utilidad. Estos métodos pueden constituir una buena alternativa para estudiar los efectos de los factores dietéticos sobre la biodisponibilidad de los elementos minerales. [13] Los métodos “in vitro”, en los que se simulan las condiciones de digestiones gastrointestinales y se mide la cantidad de elementos disponibles para la absorción a través de una membrana, han mostrado resultados satisfactorios para predecir la biodisponibilidad de determinados minerales en ciertos alimentos. [20] Los métodos “in vitro” ofrecen una alternativa con respecto a los métodos “in vivo” en humanos y ratas, ya que los métodos “in vitro” son simples, rápidos y de bajo costo. [21] La biodisponibilidad de los nutrientes es preferiblemente determinada por métodos “in vivo” sin embargo, son muy laboriosos, necesitan gran cantidad de tiempo y algunas veces no son considerados éticos. Por ejemplo: Los métodos “in vivo” que utilizan isótopos, aunque de extraordinaria utilidad, son costosos, requieren de instrumental sofisticado y se aplican a grupos restringidos de poblaciones. Las investigaciones de absorción de hierro iniciaron en 1955 cuando se aprendió a usar radioisótopos en humanos. [15] Antecedentes 15 Aunado a las razones anteriores en los ensayos “in vivo” con animales, surgen dudas sobre si los resultados obtenidos pueden ser predicciones fiables de la absorción de elementos en los seres humanos. [13] La mayor parte de los experimentos realizados “in vitro” han mostrado resultados confiables en la cuantificación de hierro biodisponible, se basan en el método propuesto por Miller et al., (1981) ya que este método constituye un avance en la estimación de la solubilidad del mineral. Consta de una digestión de la muestra con pepsina y HCl, a continuación se introduce una bolsa de diálisis que contiene NaHCO3- tras incubación, se adiciona pancreatina-sales biliares (pH 6-7), se incuba de nuevo y finalmente se determina el contenido del elemento mineral del dializado. Se determina la fracción del elemento que dializa, o sea el elemento mineral presente en la fracción soluble, cuyo peso molecular es inferior al tamaño de poro de la membrana de diálisis utilizada. Los métodos que estiman la fracción mineral soluble o dializable son útiles, pero hay que considerar que no todo el elemento soluble puede ser absorbido, por lo tanto se evalúa únicamente la primera etapa del proceso de biodisponibilidad; por lo que en un intento de avanzar y conseguir reproducir al máximo posibles condiciones que ocurren “in vivo”, desde hace algunos años se ha propuesto la introducción en los sistemas “in vitro” de los cultivos celulares. La línea celular más utilizada son las células Caco-2 procedentes de adenocarcinoma de colon humano y que presentan muchas de las características propias del entericito, sin embargo el uso de esta línea celular es complicado debido a las condiciones especiales y equipo que se necesitan para su crecimiento y control ya que son muy delicadas y vulnerables, aunado a estas razones se encuentra el elevado costo de esta línea celular por lo que su uso no es tan accesible. [5,13,21] Antecedentes 16 3.4.5 Clasificación de las dietas de acuerdo a la biodisponibilidad. Debido a que no se conoce a ciencia cierta la proporción de absorción de hierro y su biodisponibilidad en una dieta mixta, un comité de expertos para América Latina recomendó dividir las dietas en tres categorías: [11] Dietas con biodisponibilidad baja en hierro. Son dietas simples y monótonas basadas casi de modo exclusivo en el consumo de cereales, raíces y tubérculos.La ingestión de carnes, pescados o fuentes de vitamina C es insignificante. Son dietas frecuentes en las clases socioeconómicas más pobres de casi toda América Latina. El promedio de absorción de la mezcla de hierro hemo y no hemo es de alrededor de 5%. Dietas con biodisponibilidad intermedia de hierro. Son dietas basadas sobre todo en cereales, raíces tubérculos, pero que incluyen algunos alimentos de origen animal y fuentes de ácido ascórbico. Estas dietas son comunes en las clases socioeconómicas medias de muchos países y en ellas el promedio de absorción de la mezcla de hierro hemo y no hemo es de alrededor de 10 %. Dietas con biodisponibilidad alta de hierro Son dietas variadas en las que además de los cereales y tubérculos se consumen carne, pollo, pescado o alimentos ricos en vitamina C de manera frecuente y abundante. Estas dietas son comunes en países y regiones donde se consumen grandes cantidades de carne, así como en las clases socioeconómicas altas de América Latina este tipo de dientas implican algunos riesgos para la salud por su elevado contenido de colesterol. El promedio de absorción de la mezcla de hierro hemo y no hemo es de alrededor de 15%. [11] Antecedentes 17 Aspectos favorables y desfavorables involucrados en la absorción de hierro en las dietas. Aspectos favorables: • La dieta incluye productos de origen animal y estos productos contienen hierro en forma hemo (carnes vísceras, moronga) • La dieta incluye leguminosas y otras fuentes vegetales de hierro y éstas contienen fuentes de vitamina C (pimientos, abundancia de frutas y verduras). • La persona consume suplementos de hierro o de vitamina C. Aspectos negativos: • La dieta se basa en forma casi exclusiva en semillas secas, cereales, leguminosas y el consumo de frutas y verduras es limitado. • La dieta contiene habitualmente en los tiempos de comida: café, té, cerveza o vino tinto. • La dieta es muy abundante en leche, mientras el consumo de carne y de alimentos ricos en vitamina C es limitado. [11] 3.5 Deficiencia de hierro. La deficiencia de hierro (y su consecuencia la anemia ferropénica) es la deficiencia nutrimental más ampliamente diseminada en el mundo. De acuerdo con estimaciones de la OMS/UNICEF. [11] La carencia de hierro es la principal causa de anemia en el niño, el adolescente y la mujer en edad fértil, tanto en países industrializados como en menos industrializados. [16] Sin embargo su frecuencia es mayor en los países pobres y en vías de desarrollo, estimándose que en América Latina afecta alrededor de 100 millones de personas. Los lactantes son uno de los grupos más susceptibles de padecer este tipo de carencia. Se Antecedentes 18 calcula que entre el 12 y el 69 % de los niños menores de 6 años sufren de anemia en América Latina. La carencia de hierro puede prevenirse mediante modificaciones de la dieta, la fortificación de los alimentos y la suplementación medica. [22] Con el objetivo de disminuir la incidencia de anemia por deficiencia de hierro, diversos países han establecido la política de fortificar sus principales alimentos, las sales solubles que utilizan para esta fortificación son: sulfato ferroso, fumarato ferroso entre otras. [12] La absorción de hierro "fortificado" probablemente será mucho menor cuando el hierro adicionado a los alimentos se encuentre en la forma de polvo de hierro metálico o sales de hierro que son insolubles en el agua. Afortunadamente hay cereales para lactantes "fortificados" con fumarato ferroso que están disponibles en el mercado, además de alimentos que parecen estar "fortificados" con sulfato ferroso, cuyo hierro es más absorbible. [16] 3.5.1 Consecuencias de la deficiencia de hierro. La deficiencia de hierro se relaciona no sólo con los síntomas más evidentes como: fatiga, debilidad muscular, irritabilidad y palidez sino también con una menor resistencia a infecciones, retardo psicomotriz, retraso en el crecimiento, problemas de aprendizaje y un menor desempeño escolar y laboral. [12] Las manifestaciones de la carencia de hierro derivan de aquellas propias de la anemia, y de otras no hematológicas causadas por una mala función de las enzimas hierro dependientes. Se han descrito alteraciones de la capacidad de trabajo físico y de la actividad motora espontánea, alteraciones de la inmunidad celular, una mayor susceptibilidad a las infecciones especialmente del tracto respiratorio, alteraciones funcionales e histológicas del Antecedentes 19 tubo digestivo, falla en la movilización de la vitamina A hepática, mayor riesgo de parto prematuro y de morbilidad perinatal, menor transferencia de hierro al feto, disminución de la velocidad de crecimiento, alteraciones conductuales y del desarrollo mental y motor, velocidad de conducción más lenta de los sistemas sensoriales auditivo y visual. 3.5.2 Anemia ferropénica. Este tipo de anemia se caracteriza por eritrocitos pequeños y pálidos así como la disminución de los niveles de hemoglobina en sangre. El factor causal es la depleción de los depósitos de hierro por una discrepancia entre los requerimientos y la ingesta. [3] En adultos, la pérdida crónica de sangre es la causa más frecuente de anemia ferropénica; ésta puede ser fisiológica, por ejemplo, la menstruación o los embarazos múltiples, o patológica como las pérdidas gastrointestinales por ulceraciones o neoplasias. Las alteraciones del tracto gastrointestinal o la diarrea crónica, pueden también producir anemia ferropénica por una alteración en el mecanismo de absorción del hierro. Asimismo, durante el embarazo existe un cierto grado de anemia causado por un aumento de la demanda por parte el feto acompañado de un incremento del volumen sanguíneo circulatorio. Ante cualquier tipo de sangrado las pérdidas de hierro se vuelven considerables. Dentro de este rubro se incluyen la merma a través del sangrado menstrual, las hemorragias accidentales, las enfermedades crónicas que se acompañan de hemorragias (tuberculosis, úlceras y otros padecimientos gastrointestinales) y la presencia de algunos parásitos intestinales en particular el Necator americanus, la Anquilostoma duodenale, el T. Trichiura y el S. Haematobium. [11] Antecedentes 20 Los niños, a menudo, presentan anemia ferropénica en los periodos de rápido desarrollo por un aumento de las demandas debido al constante crecimiento de los tejidos. [23] Sintomatología Los síntomas de la anemia ferropénica son similares a los de los otros tipos de anemias. Existe debilidad, cansancio, palidez, síntomas vagos gastrointestinales. El comienzo suele ser insidioso. La piel, las mucosas y las uñas están pálidas por la disminución de la hemoglobina circulante. Si la anemia es de larga duración puede encontrarse la atrofia de las papilas linguales. Tratamiento. Para integrar el diagnóstico y el tratamiento a seguir ante la anemia por deficiencia de hierro se utilizan pruebas de laboratorio y manifestaciones clínicas. [11] El tratamiento principal de la anemia ferropénica es la administración oral de hierro inorgánico en forma ferrosa. Se dispone de hierro oral en una amplia gama de preparados comerciales en forma de sulfato ferroso, lactato, fumarato y gluconato. [24] Antecedentes21 3.5.3 Efecto sinergista entre la vitamina A y el hierro. Estudios anteriores han demostrado que al suplementar las dietas con vitamina A en personas que presentan anemia da como resultado un incremento en los niveles de hemoglobina, [25] por lo que el porcentaje de saturación de la transferrina también se veía aumentado. La magnitud de los cambios en estos parámetros de hierro se ve potenciado cuando las dietas se suplementan con hierro y vitamina A. En otros estudios se encontró que la vitamina A y los B-carotenos, precursores de la vitamina A, juegan un papel muy importante en la absorción de hierro, especialmente en los alimentos que tenían un alto contenido de inhibidores como fitatos y polifenoles, pues la vitamina A inhibe el efecto de los polifenoles y parcialmente el de los fitatos sobre la absorción de hierro. Estudios espectrofotométricos y de HPLC demostraron que ocurren interacciones entre la vitamina A y el hierro, la presencia de vitamina A aumenta la absorción hasta 3 veces para el arroz, 2.4 veces para el trigo y 1.8 veces en el maíz. Esta información sugiere que la vitamina A forma complejos con el hierro manteniéndolo soluble en el lumen intestinal evitando el efecto inhibitorio de fitatos y polifenoles sobre la absorción de hierro. Sin embargo no se conoce con exactitud el mecanismo de acción de la vitamina A. [26] Antecedentes 22 3.6 Toxicología del hierro. El potencial tóxico del hierro deriva principalmente de su propiedad biológica, la habilidad de existir en dos formas de oxidación Fe2+ (ferrosa) y Fe3+ (férrica). El hierro sirve como catalizador en muchas reacciones redox, donando o aceptando electrones, cuando no están moduladas correctamente por antioxidantes o sustancias quelantes de hierro o este mineral se encuentra en exceso, pueden provocar daños en los componentes celulares. La toxicidad aguda por hierro es casi siempre debido a la ingestión accidental de medicamentos que contiene hierro y ocurre frecuentemente en niños; la intoxicación severa ocurre después de la ingestión de 0.5 g de hierro o 2.5 g de sulfato ferroso. [7] La intoxicación se manifiesta con vómito ensangrentado debido a la ulceración del tracto gastrointestinal, esto seguido de signos de shock y daño hepático. [27] Exceso de hierro. Se ha indicado que un aumento en la reserva de hierro pudiera estar relacionado con un incremento en la cantidad de hierro libre y éste a su vez con una mayor generación de radicales libres. La presencia de radicales libres aumenta los procesos oxidativos y por esta vía el hierro puede ser responsable de un mayor riesgo cardiovascular. Sin embargo aún hacen falta estudios bien controlados. [7] Antecedentes 23 3.7 Factor Antinutricional. El concepto de factor antinutricional se refiere a toda aquélla sustancia presente en el alimento, que tiene la capacidad de reaccionar o interferir con un nutrimento, disminuyendo su biodisponibilidad y a largo plazo es capaz de producir una anormalidad fisiológica y/o anatómica. Sin embargo, el propio nutrimento puede actuar como antagonista; por lo cual, una fortificación de éste, en la etapa inicial del efecto dañino, puede atenuar o eliminar el problema. [28] Los agentes que afectan el aprovechamiento de hierro y que son llamados factores antinutrimentales de mayor relevancia son: los taninos y los fitatos (acido fítico). 3.8 Taninos. 3.8.1 Generalidades. El uso de los taninos data del siglo XVII en el que se utilizaban para curtir pieles; [29] el término tanino, se refiere originalmente a las sustancias que tienen la habilidad de curtir pieles, esto es debido a la propiedad general de los fenoles, de unirse y precipitar ciertas proteínas, en donde convierten a las fibras de colágeno, presentes en la piel, en estructuras impenetrables a ataques microbianos, haciéndola resistente a la degradación en condiciones extremas de humedad y temperatura, fundamentos del curtido de piel. Son los causantes de la sensación astringente producida al ingerir fruta verde, vino ó té, debido a la formación de enlaces cruzados entre las proteínas ó glicoproteínas de la saliva y los taninos, como consecuencia de esto se produce una pérdida de la lubricación en la boca. [30] Antecedentes 24 Así como disminuyen el valor nutricional del alimento ingerido debido en parte a la afinidad de los taninos por las proteínas, pueden otorgar beneficios a la industria y a la salud. En cuanto a los beneficios que otorgan a la salud, se aprovechan su capacidad antioxidante para neutralizar radicales libres. [31,32] En lo que se refiere a la industria, son utilizados para la producción de algunas bebidas, tales como la fabricación de vinos, empleados principalmente en el proceso de clarificación, fundamento que se basa en la misma propiedad de los taninos: su afinidad por las proteínas y su capacidad para precipitarlas. [33] Los taninos se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza [34] están presentes en los tejidos de las plantas (cereales, leguminosas algunas frutas y verduras) y están concentrados en las cáscaras, se ha observado que entre mayor colorido tenga la cáscara mayor será el contenido de taninos. [35] 3.8.2 Composición química de los taninos. Químicamente los taninos son compuestos orgánicos, no nitrogenados, heterogéneos, [36] que van desde monómeros hasta polímeros. Son compuestos que tienen un peso molecular entre 500-3000 daltons. [37] Además contienen una gran cantidad de grupos hidroxilo, los cuales sugieren, que son los responsables de la interacción con las proteínas y otras moléculas, mediante un mecanismo que implica la formación de puentes de hidrógeno entre el oxígeno del grupo carbonilo del enlace peptídico de las proteínas y los grupos hidroxilo de los polifenoles.[38] Antecedentes 25 De acuerdo a su estructura, propiedades fisicoquímicas y a su reactividad a diversos agentes hidrofílicos, los taninos se han dividido en dos grupos: los taninos hidrolizables y los taninos condensados. [39] A) Taninos Hidrolizables. Su estructura consiste en un centro de azúcar al cuál se unen moléculas de ácido gálico mediante enlaces éster, formados entre el grupo hidroxilo del carbohidrato y el grupo carbonilo del compuesto fenólico. Son poliésteres que resultan fácilmente hidrolizables por ácidos ó enzimas para dar como producto de reacción azúcares ó alcoholes polihídricos y ácido fenol carboxílico. B) Taninos condensados. Son flavonoides derivados de la proantocianidina. Polímeros de 2 o más unidades flavonoides unidas por enlaces carbono carbono en la posición 4 de una unidad con la posición 6 u 8 de otra adyacente. La estabilidad de estos enlaces es mucho mayor que los enlaces éster de los taninos hidrolizables, por lo que éstos tienen mayor impacto en la nutrición. Metodología 26 Capítulo 4 Metodología 4.1 Diagrama General de investigación Selección de las muestras. Acondicionamiento de las muestras. Molienda. Cocidas. Crudas. Preparación de las muestras. Determinación de humedad. (Método oficial AOAC 1990). Determinación Hierro total (Método oficial AOAC 1990). Determinación de hierro biodisponible modificación al Método “in vitro” (Miller 1981). Análisis y discusión de losresultados. Conclusiones. Determinación de taninos. (Método ISO 9648- 1988) Secado (55-60°C). Metodología 27 4.2 Selección y acondicionamiento de las muestras. La selección de las muestras fue teniendo como base los siguientes criterios: Alimentos de origen vegetal y animal de alto consumo por la población y que el contenido de hierro total en cada uno fuera significativo; (consultando en las tablas de composición de los alimentos del Instituto Nacional de Nutrición Salvador Zubirán). Las muestras seleccionadas fueron las siguientes: • Hojas verdes comestibles: Acelgas, Berros, Espinacas y Verdolagas. • Cereales: Maíz, Nixtamal, Tortilla y Sorgo. • Leguminosas: Frijol, Lenteja y Garbanzo. • Raíz: Rábano pequeño rojo. • Origen animal: Hígado de pollo, Hígado de res, Carne de res, Carne de pollo y Pescado. Las muestras se trabajaron tanto crudas como cocidas a excepción del rábano, esto con el objetivo de observar cual es el efecto de la cocción en las determinaciones realizadas. El tratamiento térmico utilizado fue un tratamiento de cocción, en el cual se buscó evaporar toda el agua, es decir llevar hasta sequedad. Dependiendo del tipo de muestra fue la cantidad de agua que se utilizó para llevar acabo la cocción, para el grupo de las leguminosas y el sorgo se utilizó la relación de 2 volúmenes de agua por 1 volumen de muestra (2:1). Para las hojas verdes comestibles y las muestras de origen animal se utilizó la relación de 1 volumen de agua por 1 de muestra (1:1). Metodología 28 En el caso del maíz, el nixtamal y la tortilla no se realizó ningún tratamiento de cocción en la preparación de la muestra, esto debido a que se buscó un lugar en donde se proporcionara el maíz, el nixtamal y la tortilla de una misma materia prima para de esta forma observar el efecto del tratamiento térmico y la nixtamalización en el contenido de hierro total y hierro biodisponible. Una vez realizado el tratamiento de cocción en los alimentos, se realizó el secado de las muestras en una estufa a 55-60 °C hasta lograr la sequedad total. Cuando las muestras tanto crudas como cocidas se encontraban secas se procedió a la molienda la cual tiene como objetivo obtener un tamaño homogéneo de partícula en las muestras, para esto fue necesario utilizar el molino y el mortero dependiendo del tipo de muestra, pero siempre buscando obtener una muestra homogénea. Nota: Se entiende por proceso de cocción a someter a los alimentos a una temperatura de ebullición del agua adicionada para dicho proceso, buscando evaporar toda el agua, es decir llevar hasta sequedad. Metodología 29 4.3 Determinación de Humedad. AOAC, Official Methods of Analysis of AOAC International, 15 a Ed. Published by AOAC. 1990. [40] Fundamento. Se basa en la pérdida de agua de la muestra problema por efecto de la temperatura. La importancia de esta determinación es conocer la humedad presente en la muestra problema con la finalidad de poder reportar el resto de las determinaciones en base seca o base húmeda. Material y equipo. • Estufa. BLUE M • Estufa al vacío LAB-LINE. • Balanza analítica digital. SARTORIUS • Desecador. • Charolas de aluminio. Procedimiento: Pesar de 2 a 3 gramos de la muestra problema en una charola (la cual ha sido previamente puesta a peso constante en un estufa a 130° C ± 3°C). Secar la muestra que se encuentra en la charola, en la estufa al vacío que se encuentra a 55°C, durante el tiempo que sea necesario hasta que dos pesadas sucesivas no registren una diferencia de 0.0001 g. Para realizar las pesadas es necesario sacar la charola que contiene la muestra de la estufa, dejarla enfriar en el desecador y pesar tan pronto como se equilibre con la temperatura ambiental. Metodología 30 Cálculos: % 100 A B Humedad C − = × Donde: A = Peso de la charola con muestra B = Peso de la charola más muestra después de secar. C = Peso de muestra Metodología 31 Diagrama de flujo de la determinación de hierro total. Agregar 0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 4.0, 5.0 y 6.0 mL de la solución estándar de hierro en cada tubo de precipitado. Ajustar cada uno de los tubos a 10 mL con H2O desionizada Agregar a cada tubo 1 mL de Clorhidrato de hidroxilamina y agitar. Posteriormente agregar a cada tubo 5 mL de Buffer de acetatos y agitar. Por ultimo agregar a cada tubo 1 mL de o- fenantrolina y agitar. Dejar reposar de 10 a 15 minutos. Leer a λ= 530 nm, usando el tubo con 0.0 mL de solución estándar patrón como blanco. Pesar en un crisol 3.5 g de la muestra, calcinar e introducir el crisol a la mufla (550°C) hasta obtener cenizas homogéneas Sacar el crisol de la mufla y dejar enfriar Al crisol frío agregar en la campana 2 mL de HCl concentrado para disolver las cenizas y evaporar a sequedad. Enfriar y añadir 1 mL de HCl concentrado y 3.5 mL de agua desionizada, agitar hasta disolver las cenizas en su totalidad. Pasar cuantitativamente el líquido a un matraz aforado de 50 mL. Volver a lavar el crisol con agua por dos o tres veces más y después aforar. Filtrar y del filtrado tomar dos alícuotas de 10 mL. Preparación de la curva estándar. Preparación de la muestra. Metodología 32 4.4 Determinación de hierro total. AOAC, Official Methods of Analysis of AOAC International, 15 a Ed. Vol. 11 pag. 778-779. 1990. [41] Fundamento. La materia orgánica es incinerada hasta su completa degradación para obtener las cenizas (conjunto de minerales), después se aprovecha la solubilidad de las mismas en ácido clorhídrico y agua. El hierro férrico presente se reduce con clorhidrato de hidroxilamina. El hierro ferroso reacciona con la o-fenantrolina para dar un complejo anaranjado rojizo [(C12H8N2)3Fe] ++ , la intensidad de la coloración no depende del pH en el intervalo de pH 2 – 9 y es estable durante largo tiempo. El complejo formado se lee a una longitud de onda de λ= 530 nm. Material y equipo. • Crisoles de porcelana. • Desecador. • Mechero Fisher. • Tripie. • Triangulo de porcelana. • Pipetas graduadas de 1, 5, y 10 mL • Propipeta. • Matraces aforados de 50 mL • Embudo de tallo corto. • Agitador de vidrio. • Papel filtro. Metodología 33 • Pinzas para crisol. • Mufla HERAE W. • Balanza analítica digital. SARTORIUS • Espectrofotómetro SEQUOIA-TURNER, mod 430. • Vortex. Reactivos. • Solución de o-fenantrolina. • Solución de clorhidrato de hidroxilamina. • Buffer de acetatos. • Estándar de hierro. Fe(NH4)2(SO4)2 6H2O • Ácido Clorhídrico concentrado. Nota: La preparación de los reactivos se muestra en el Anexo A. Procedimiento. - Preparación de la curva estándar. Tomar 0.0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 4.0, 5.0 y 6.0 mL de la solución estándar de hierro, ajustar cada uno de los tubos a 10 mL con agua desionizada y añadir los reactivos en el siguiente orden: 1mL de clorhidrato de hidroxilamina, agitar; 5 mL de buffer de acetatos, agitar y 1 mL de o-fenantrolina y agitar. Dejar reposar de 10 a 15 minutos. Leer a una longitud de onda de λ= 530 nm, usando el tubo con 0.0 mL de solución estándar patrón como blanco. - Preparación de la muestra. Se pesa en un crisol por triplicado 3.5 g de la muestra, se obtienen las cenizas primero calcinando la muestra con un mechero Fisher y posteriormente introduciendo el crisol en la Metodología 34 mufla que se encuentra a 550°C hasta obtener cenizas de color blanco a grisáceo homogéneas y sin puntos negros. Al crisol frío se le añade en la campana 2 mL de HCl concentrado para disolver las cenizas. Evaporar en la campana en baño maria, dejar enfriar y añadir 1 mL de HCl concentrado y 3.5 mLde agua destilada, con un agitador de vidrio tratar de disolver las cenizas en su totalidad. Pasar cuantitativamente el líquido a un matraz aforado de 50 mL. Volver a lavar el crisol con agua por dos o tres veces más y después aforar. Filtrar y del filtrado tomar dos alícuotas de 10 mL. Desarrollar color agregando 1mL de clorhidrato de hidroxilamina, agitar; 5 mL de buffer de acetatos, agitar y 1 mL de o-fenantrolina y agitar. Dejar reposar de 10 a 15 minutos. Leer a λ= 530 nm. Cálculos. Leer la absorbancia del problema en la cuerva estándar, considerar el aforo y la alícuota utilizados. Reportar los miligramos de hierro por cada 100 g de muestra. De la curva patrón obtenemos la ecuación de la recta bmxy += Donde: y= Absorbancia. x= mg de Hierro m= Pendiente. b= Ordenada al origen Para obtener los mg de hierro tenemos: m by x − = Metodología 35 Diagrama de flujo determinación de hierro biodisponible. *La acidez titulable se determina en una alícuota de 30 g del digerido con pepsina al cual se le adiciona 5 mL de la solución de pancreatina-bilis, la acidez titulable se define como el número de equivalentes de KOH 0.5 N requeridos para titular la alícuota a un pH de 7.5 Pesar 10 g de muestra seca, adicionar de 50 a 100 mL de agua desionizada (dependiendo del tipo de muestra) en un matraz Erlenmeyer de 250 mL Llevar a pH 1.8-2.0 con HCl 6 N. *Tomar una alícuota de 30 g del digerido para medir acidez titulable Tomar una alícuota de 30 g del digerido, adicionar 50 a 70 mL de agua desionizada (dependiendo de la viscosidad de la muestra) y transferir a un vaso de precipitado de 150 mL. Adicionar 5 mL de solución de pepsina por cada 10 g de muestra e incubar a 37°C por 2 horas. Sellar con Parafilm el vaso e incubar a 37° C hasta alcanzar pH 5 (aproximadamente 30 minutos). Introducir al vaso de precipitado la bolsa de diálisis que previamente se le adicionó el NaHCO3 equivalente a la acidez titulable y 20 mL de agua desionizada Verificar que se alcance el pH 7.5. Transferir el contenido de la bolsa de diálisis a un vaso de precipitado de 50 mL enjuagar la bolsa con 1.5 mL de HCl 1 N y agua desionizada Agregar 5 mL de la solución de pancreatina-bilis e incubar por 2 horas Aforar a 25 mL y tomar dos alícuotas de 10 mL. (en caso de que la muestra presente color se necesitara desarrollar un blanco de la muestra.) Desarrollar color de la misma forma que en hierro total. Metodología 36 4.5 Determinación de Hierro biodisponible. Miller D.D ; Schricker B.R ; Rasmussen B.S ; Van Campen D. “An in vitro method for estimation of iron availability from meals. The American Journal of Clinical Nutrition 34, 2248-2256. Oct. 1981 [15] Narisinga Rao BS, Prabhavathi “An in vitro Method for predicting the bioavailability of iron from foods. American Journal of Clinical Nutrition 31: 169-165. 1978. [40] Nota Aclaratoria: El método “in vitro” que se utiliza para la cuantificación de hierro biodisponible esta basado en el descrito por Miller et al (1981) sin embargo en la metodología que se realizó se hicieron las siguientes modificaciones: • La forma de cuantificar el contenido de hierro después de las digestiones; en el método original se realiza por medio de absorción atómica y en la modificación realizada se determina espectrofotométricamente. • La cantidad de muestra utilizada en el método realizado es de 10 gramos, en el método original la cantidad de muestra es menor. • El volumen de la solución de pepsina agregado en la primera digestión del ensayo es de 5 mL por cada 10g muestra; de tal forma que se alcance las unidades de actividad reportadas. • La última modificación realizada es la cantidad de muestra utilizada en las alícuotas para determinar la acidez titulable. (30 g del digerido). Metodología 37 Fundamento: El método aplicado se fundamenta en una simulación gastrointestinal que incluye un proceso de diálisis, (el cual simula al intestino delgado, ya que la bolsa de diálisis utilizada tiene un tamaño del poro similar al del intestino); con un tratamiento enzimático en dos etapas, el primero con pepsina a pH 1.8-2.5 y el segundo, con pancreatina-extracto biliar, a pH neutro; en ambos tratamientos enzimáticos la temperatura es controlada a 37ºC ±1ºC. Material y equipo: • Vasos de precipitado de 30, 100, 250 mL. • Matraz aforado de 100 mL. • Matraz aforado de 1 L. • Termómetro. • Agitadores. • Balanza analítica. SARTORIUS • Membranas de diálisis de Celulosa, SPECTRUM 8,0000 daltons. • Pipetas de 5 y 10 mL. • Pipeta automática de 1 mL. • Matraz erlenmeyer 250 mL. • Parrilla de calentamiento y agitación CORNING. Nota: Todo el material de cristal que se utilice para el estudio debe ser lavado con agua destilada y desionizada y remojado la noche anterior a su uso en HCl 1 N. Después se vuelve a enjuagar con agua destilada y desionizada y se deja secar. Metodología 38 Reactivos: • Ácido Clorhídrico 0.1 N • Ácido Clorhídrico 1 N • Agua destilada y desionizada. • Mezcla de extracto pancreatina-bilis. • Suspensión de pepsina. • Ácido Clorhídrico 6 N • Solución de o-fenantrolina. • Solución de clorhidrato de hidroxilamina. • Buffer de acetatos. • Estándar de hierro. Fe(NH4)2(SO4)2 6H2O Nota: La preparación de los reactivos se muestra en el Anexo B. Acondicionamiento de la bolsa de diálisis. La bolsa de diálisis que se utiliza en esta determinación es de la marca Specta/Por 7 MWCO: 8,000, una característica importante de esta bolsa es que contiene una mínima cantidad de metales pesados. Antes de usar la bolsa es necesario lavarla con abundante agua desionizada, después del lavado es necesario dejarla en un recipiente que contenga agua desionizada por espacio de 1 hora, después de este tiempo se enjuaga y se anuda en uno de sus extremos, para posteriormente agregar el NaHCO3 equivalente a la acidez titulable y 20 mL de agua desionizada por último se anuda el otro extremo de la bolsa. Metodología 39 Procedimiento: Se pesa 10 g de muestra seca y se adiciona de 50 a 100 mL de agua desionizada (dependiendo de la viscosidad de la muestra) en un matraz Erlenmeyer de 250 mL se lleva a pH 1.8-2.0 con HCl 6 N. Adicionar 5 mL de la solución de pepsina por 10 g de muestra e incubar a 37°C por 2 horas con agitación constante. Trascurrido el tiempo tomar una alícuota de 30 g del digerido para medir acidez titulable.* * La acidez titulable se determina en una alícuota de 30 g del digerido con pepsina, al cual se le adiciona 5 mL de la solución de pancreatina-bilis, la acidez titulable se define como el número de equivalentes de NaOH 0.5 N requeridos para titular la alícuota a un pH de 7.5 Se toma otra alícuota de 30 g del digerido, adicionar 50 a 70 mL de agua desionizada la cantidad de agua depende de la viscosidad de la muestra) y se transfiere a un vaso de precipitado de 150 mL. Introducir en el vaso de precipitado la bolsa de diálisis que previamente se le adicionó el NaHCO3 equivalente a la acidez titulable y 20 mL de agua desionizada; sellar con parafilm el vaso e incubar a 37° C con agitación hasta alcanzar pH 5 (aproximadamente 30 minutos). Una vez alcanzado el pH adicionar 5 mL de la solución de pancreatina-bilis e incubar por 2 horas; se debe verificar que se alcance el pH 7.5. Transferir el contenido de la bolsa de diálisis a un vaso de precipitado de 50 mL enjuagar la bolsa con 1.5 mL de HCl 1 N y agua desionizada. Aforar a 25 mL y tomar dos alícuotas de 10 mL. (Es necesario desarrollar un blanco de la muestra.) Metodología 40 Desarrollar color agregando 1mL de clorhidrato de hidroxilamina, agitar; 5 mL de buffer de acetatos, agitar y 1 mL de o-fenantrolina y agitar. Dejarreposar de 10 a 15 minutos. Leer a λ= 530 nm. (En el caso del blanco de la muestra el único reactivo que no se agrega es la o-fenantrolina en su lugar se agrega 1 mL de H2O desionizada). Desarrollar la curva patrón de la misma forma en que se desarrolló para determinar el hierro total. Cálculos. Para determinar la acidez titulable tenemos que: La acidez titulable se determina en una alícuota de 30 g del digerido con pepsina al cuál se le adiciona 5 mL de la solución de pancreatina-bilis, la acidez titulable se define como el número de equivalentes de NaOH 0.5 N requeridos para titular la alícuota a un pH de 7.5 Se calculan el # eq. de NaOH 0.5 N para alcanzar pH 7.5 0.5 # . 1000 eqNaOH eq mLgastados mL = Si el NaOH = 1 equivalente y NaHCO3 = 1 equivalente. 3 3 3 1 84 # . 1 . 1 molNaHCO g gNaHCO eq eq molNaHCO = El resultado de esta fórmula (g NaHCO3) son los gramos de bicarbonato de sodio que se adicionan en la bolsa de diálisis. El valor obtenido de hierro de la curva patrón equivale a los mg de hierro presentes en la alícuota de 10 mL que se obtuvo del aforo de 25 mL, se tiene que considerar las alícuotas y la cantidad de muestra para de esta forma obtener los mg de hierro ionizable/100 g de muestra. Metodología 41 Se hace la siguiente relación: mg hierro total 100% mg hierro ionizable X% Para obtener el hierro biodisponible se utiliza el siguiente modelo matemático con el cual se puede obtener el hierro biodisponible. [40] 0 .4 8 2 7 0 .4 7 0 7y x= + Los valores: 0.4827 y 0.4707 son factores obtenidos experimentalmente para obtener la equivalencia de Fe biodisponible del total. Donde: y = hierro biodisponible. x = hierro ionizable % Metodología 42 Diagrama de flujo determinación de taninos. *Se ajusta a cero el espectrofotómetro con un tubo que contiene 5 mL de agua, 1 mL de DMF al 75%, 1 mL de la solución de citrato férrico amoniacal y 1 mL de la solución de hidróxido de amonio. Agregar 20 mL de solución de DMF al 75% Agitar por 60 minutos El sobrenadante se lleva a un aforo de 25 mL con DMF al 75%. Centrifugar por 10 minutos Pesar 1 g de muestra, pesada al mg más cercano en un tubo para centrifuga. Agregar 1 mL de la solución a un tubo de ensaye para obtener el blanco de la muestra Agregar 1 mL de la solución a un tubo de ensaye para obtener la muestra problema Agregar 6ml de H2O destilada (agitar). Agregar 1 mL de citrato férrico amoniacal (agitar) Agregar 5ml de H2O destilada (agitar). Agregar 1 mL de la solución de hidróxido de amonio. (agitar) *Leer en el espectrofotómetro a 525 nm. Después de 10 min. Agregar 1 mL de la solución de hidróxido de amonio. (agitar) Metodología 43 Diagrama de elaboración de la curva patrón de taninos. *Se ajusta a cero el espectrofotómetro con un tubo que contiene 5 mL de agua, 1 mL de DMF al 75%, 1 mL de la solución de citrato férrico amoniacal y 1 mL de la solución de hidróxido de amonio. Rotular 7 tubos de ensaye, a cada tubo de ensaye agregar 1 mL de cada uno de los Rotular 7 matraces volumétricos de 25 mL y agregar 0, 1, 2, 3, 4, 5 y 6mL de la solución de ácido tánico (2mg/mL). Aforar a la marca con la solución de DMF al 75%. Agregar a cada tubo 5 mL de agua y agitar Agregar 1 mL de citrato férrico amoniacal por tubo y agitar Agregar 1 mL de hidróxido de amonio a cada uno de los tubos y agitar *Dejar reposar los tubos por 10 minutos. Leer la absorbancia a una longitud de onda de 525 nm. Metodología 44 4.6 Determinación de Taninos. Método ISO 9648-1988 para la determinación de taninos totales. Fundamento: El método se basa en la reducción del ion férrico debido a la presencia de los polifenoles (taninos) con la posterior formación de un complejo en condiciones alcalinas, dicho complejo es cuantificando espectrofotométricamente a una longitud de onda de 525nm. Material y equipo: • Centrifuga DYNAC. • Tubos para centrífuga 50 mL. • Pipetas automáticas 1mL, 5mL. • Pipeta graduada 10 mL. • Matraz aforado 25 mL. • Vortex. • Balanza analítica digital. SARTORIUS. • Espectrofotómetro SEQUOIA-TURNER, mod 430. Reactivos: • Solución estándar de ácido tánico. • Solución de hidróxido de amonio. • *Solución de citrato férrico amoniacal. • Solución de dimetilformamida DMF. (75%). *(Preparada 24 horas antes de su uso) Nota: La preparación de los reactivos se muestra en el Anexo C. Metodología 45 Procedimiento: Se pesa 1 g de muestra en un tubo de centrifuga de 50 mL, se agrega 20 mL de solución de DMF al 75% y un agitador magnético, se cierra el tubo y se agita por 60 minutos, posteriormente se centrifuga por 10 minutos. El sobrenadante se lleva a un aforo de 25 mL con DMF al 75%. Rotular 3 tubos (uno de ellos será el blanco y dos de la muestra problema) agregar los reactivos de acuerdo a la siguiente tabla: Reactivos Tubo Blanco Tubo Problema Muestra. (mL) 1 1 Agua destilada. (mL). 6 5 Solución de citrato férrico amoniacal. (mL). - 1 Solución de hidróxido de amonio. (mL) 1 1 Agitar después de cada solución agregada. Al tubo blanco no se le agrega citrato férrico para no desarrollar color. Se ajusta a cero el espectrofotómetro con un tubo que contiene 5 mL de agua, 1 mL de DMF al 75%, 1 mL de la solución de citrato férrico amoniacal y 1 mL de la solución de hidróxido de amonio. Leer la absorbancia a 525 nm después de 10 minutos. Metodología 46 Preparación de la curva patrón. Rotular 7 matraces volumétricos de 25 mL y agregar 0, 1, 2, 3, 4, 5 y 6 mL de la solución de ácido tánico (2mg/mL). Aforar a la marca con la solución de DMF al 75%. La escala de concentración corresponde a la concentración de ácido tánico 0, 80, 160, 240, 320, 400 y 480 µg/mL. Rotular 7 tubos de ensaye, a cada tubo de ensaye agregar 1 mL de cada uno de los matraces correspondientes. Añadir a cada tubo 5 mL de agua y 1 mL de citrato férrico amoniacal, agitar por unos segundos haciendo uso del vortex, posterior a la agitación agregar 1 mL de la solución de hidróxido de amonio a cada uno de los tubos, agitar nuevamente por unos segundos. Dejar reposar los tubos por 10 minutos. Leer la absorbancia a una longitud de onda de 525 nm. Se ajusta a cero el espectrofotómetro con un tubo que contiene 5 mL de agua, 1 mL de DMF al 75%, 1 mL de la solución de citrato férrico amoniacal y 1 mL de la solución de hidróxido de amonio Cálculos. Trazar una gráfica de absorbancia contra mg de ácido tánico. Nota: No ajustar el cero de la curva. Se traza la gráfica de absorbancia en función de los mg de ácido tánico, interpolar el valor de absorbancia de la muestra y multiplica por el factor de dilución. El valor de absorbancia de la muestra se obtiene restando el valor de absorbancia del blanco de la muestra a la absorbancia de la muestra problema. Los resultados se expresan como porcentaje de masa de ácido tánico en relación a la muestra base seca. Metodología 47 De la curva patrón obtenemos la ecuación de la recta bmxy += Donde: y= Absorbancia. x= mg de ácido tánico m= Pendiente. b= Ordenada al origen Para obtener los mg de ácido tánico tenemos: m by x − = Nota: Es necesario considerar el aforo y la alícuota para los cálculos. Metodología 48 4.7 Análisis Estadístico. Los análisis estadísticos aplicados se recopilan en el programa Statgraphics Plus para Windows (Manugistics Inc, 1997) Análisis de la varianza (Anova) Serealizó mediante la aplicación de la F de Snédecor para un factor (por ejemplo tipo de Método de análisis), y para t niveles (Tipo de tratamiento), y para el nivel de significancia se ha escogido α=0,05. También se realizó la Prueba LSD (Least Significant Difference) que muestra las medidas que pueden ser consideradas estadísticamente diferentes. Resultados y discusiones 49 Capítulo 5 Resultados y discusiones. 5.1 Determinación de Hierro total en alimentos crudos y cocidos. Los valores obtenidos en el contenido de hierro total en alimentos crudos y cocidos se presentan en las siguientes tablas; las muestras trabajadas se dividieron en grupos con la finalidad de observar similitudes o diferencias entre la naturaleza de las muestras Los grupos en que se dividieron las muestras son: Hojas verdes comestibles, cereales, leguminosas y alimentos de origen animal. (El rábano se analizo por separado.) En la tabla 1 se presentan los valores obtenidos del contenido de hierro total en las muestras de hojas verdes comestibles crudas y cocidas. Tabla 1.Contenido de hierro total en las muestras de hojas verdes comestibles crudas y cocidas (mg hierro/100 g muestra base seca). 1 Muestras: Hojas verdes comestibles. mg hierro total/100 g muestra Cruda. Cocida. Acelga a 32.13 ± 0.82 a 31.76 ± 0.84 Berros c 35.07 ± 0.28 b 34.36 ± 0.28 Espinaca d 67.86 ± 1.98 d 67.49 ± 0.72 Verdolaga b 33.95 ± 0.95 a 32.04 ± 0.51 1 Análisis realizado por triplicado. Promedio ± Desviación Estándar. C.V.<5% Letras distintas entre columnas indican diferencias significativas en los tratamientos α=0.05 Resultados y discusiones 50 Los resultados obtenidos en este grupo presentan los valores más altos en el contenido de hierro de todos los grupos. La espinaca es la muestra que presento el valor mas alto tanto cruda como cocida. Por otro lado los berros y las acelgas presentan valores muy similares tanto crudos como cocidos, pero muy por debajo comparados con la espinaca, sin embargo cuando se compara el contenido de hierro total de estas dos muestras con los otros grupos de origen vegetal se observa que dichos valores son altos con respecto al resto de los vegetales. En el análisis estadístico realizado se encontró que existe diferencia significativa en el contenido de hierro total en los berros y las verdolagas al comparar las muestras crudas y cocidas, este resultado puede justificarse debido a la forma química en que se encuentra presente el hierro en los vegetales dicha forma es en sales inorgánicas, algunas de las cuales pueden ser solubles en agua y por lo tanto pueden llegar a perderse en el tratamiento de cocción que se realizó. En la tabla 2 se presentan los resultados obtenidos de las muestras de cereales trabajadas, observamos que el contenido de hierro total es menor comparado con las muestras de hojas verdes comestibles y con las leguminosas, esto se corroboró al comparar los valores obtenidos con las tablas de composición de los alimentos del Instituto Nacional Nutrición Salvador Zubirán en donde se observa que el contenido de hierro en los cereales es el mas bajo de todos los grupos de origen vegetal. Resultados y discusiones 51 Tabla 2.Contenido de hierro total en las muestras de cereales crudos y cocidos (mg hierro/100 g muestra base seca). 1 Muestras: Cereales. mg hierro total/100 g muestra Cruda. Cocida. Maíz a 3.39 ± 0.16 - Nixtamal - b 4.25 ± 0.06 Tortilla - c 4.54 ± 0.17 Sorgo b 5.81 ± 0.18 a 5.54 ± 0.07 1 Análisis realizado por triplicado. Promedio ± Desviación Estándar. C.V.<5% Letras distintas entre filas y columnas indican diferencias significativas en los tratamientos α=0.05 Respecto al maíz, nixtamal y la tortilla se encontró que existe diferencia significativa en el contenido de hierro total, esto se puede deber a varias razones: 1) A que probablemente se utilizaron distintos granos de maíz para elaborar el nixtamal así como las tortillas, 2) A que en el proceso de lavado al eliminar la cascarilla del maíz se incrementa el hierro que esta en el endospermo y 3) A que en el comal se pierde parte de carbohidratos y se concentra hierro. Lo anterior se fundamenta con los datos reportados en las tablas de composición de los alimentos del Instituto Nacional de Nutrición Salvador Zubiran, en donde se reporta que existen una gran variedad de granos de maíz en los que el contenido de hierro total varía según el tipo de grano y la zona donde fue cultivado. El sorgo presentó el valor mas alto en el contenido de hierro total (crudo y cocido) de este grupo, pero al comparar dicho valor con los obtenidos en los grupos de las hojas Resultados y discusiones 52 verdes y las leguminosas nos damos cuenta que este valor es muy bajo. Asimismo se observa una disminución en el contenido de hierro total después del tratamiento de cocción utilizado. En la tabla 3 se muestran los valores obtenidos del contenido de hierro total de las leguminosas trabajadas. Tabla 3.Contenido de hierro total en las muestras de leguminosas crudas y cocidas (mg hierro/100 g muestra base seca). 1 Muestras: Leguminosas. mg hierro total/100 g muestra. Cruda. Cocida. Frijol Negro Jamapa d 12.80 ± 0.51 c 11.25 ± 0.41 Lenteja c 10.10 ± 0.21 b 9.18 ± 0.22 Garbanzo b 8.18 ± 0.81 a 7.84 ± 0.29 1 Análisis realizado por triplicado. Promedio ± Desviación Estándar. C.V.<5% Letras distintas entre columnas indican diferencias significativas en los tratamientos α=0.05 En cuanto a los resultados de las leguminosas en el contenido de hierro total tenemos que este grupo presenta valores de hierro que se encuentran por debajo del grupo de las hojas verdes comestibles y por encima de los cereales. En las leguminosas se observa la misma tendencia que en muestras anteriores de disminuir el contenido de hierro total después del tratamiento de cocción utilizado, esto se corroboró al realizar el análisis estadístico en donde se encontró que existe una diferencia significativa en el contenido de hierro total en las muestras después del tratamiento de cocción utilizado. Resultados y discusiones 53 El frijol negro jamapa presenta el valor más alto en el contenido de hierro total en el grupo de las leguminosas tanto crudo como cocido. La última muestra de origen vegetal reportada es el rábano, esta muestra es analizada por separado debido a la naturaleza y sus características que presenta por los que no se incluyo en ninguno de los grupos anteriores. Tabla 4.Contenido de hierro total en el rábano crudo. (mg hierro/100 g muestra base seca). 1 1 Análisis realizado por triplicado. Promedio ± Desviación Estándar. C.V.<5% Las determinaciones del rábano realizadas fueron solo al producto crudo, debido a que en forma cotidiana se consume de esta forma. El contenido de hierro total del rábano podría ser comparado con el grupo de las leguminosas, ya que el valor que presenta ( 8.54 mg/100 g muestra) se encuentra dentro del intervalo de los valores presentados por las leguminosas. Es decir el contenido de hierro del rábano es mayor al contenido de los cereales y del garbanzo pero menor que el del frijol y la lenteja. Muestras: Hojas comestibles. mg hierro total/100 g muestra. Cruda. Rábano 8.54 ± 0.21 Resultados y discusiones 54 Los valores obtenidos en el contenido de hierro total en los alimentos de origen animal se presentan a continuación en la tabla 5. Tabla 5.Contenido de hierro total en las muestras de origen animal crudas y cocidas (mg hierro/100 g muestra base seca). 1 Muestra:
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