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ESTADO DEL ARTE DE LA QUINUA

en el mundo en 2013

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Secretaría del Año Internacional de la Quinua: Salomón Salcedo (FAO) Coordinación General del Año Internacional de la Quinua: Tania Santivañez (FAO) Coordinación científica y técnica: Didier Bazile (CIRAD) Edición científica: Didier Bazile, Daniel Bertero y Carlos Nieto Revisión de textos y estilo: Raúl Miranda Diseño: Marcia Miranda Colaboradores: Sara Granados y Gonzalo Tejada

Para citar el libro completo:BAZILE D. et al. (Editores), 2014. “Estado del arte de la quinua en el mundo en 2013”: FAO (Santiago de Chile) y CIRAD, (Montpellier, Francia), 724 páginas

Para citar solo un capitulo:AUTORES, (2014). Título del capítulo. Capitulo Numero XX. IN: BAZILE D. et al. (Editores), “Estado del arte de la quinua en el mundo en 2013”: FAO (Santiago de Chile) y CIRAD, (Montpellier, Francia): pp. XX-YY

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Las opiniones expresadas en este producto informativo son las de su(s) autor(es), y no reflejan necesariamente los puntos de vista o políticas de la FAO.ISBN 978-92-5-308558-3 (PDF)

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317

CAPÍTULO: 3.3

TÍTULO: Saponinas*Autor para correspondencia: Jacopo TROISI <laboratorio.troisi@na.camcom.it >.

J. TROISIa*, R. DI FIOREa, C. PULVENTOb, R. D’ANDRIAb, ANTONIO VEGA-GÁLVEZc, MARGARITA MIRANDAc, ENRIQUE A. MARTÍNEZd , A. LAVINI b

a Laboratorio Chimico Merceologico, Az. Spec. CCIAA, Corso Meridionale 58, I-80134 Napoli, Italia. b CNR – Institute for Agricultural and Forest Mediterranean System (ISAFoM)), Ercolano (NA), Italiac Universidad de La Serena, Facultad de Ingeniería, Av. Raúl Bitrán s/n, Box 599, La Serena, Chile.d Centro de Estudios Avanzados en Zonas Áridas, CEAZA, Avda. Raúl Bitrán s/n, La Serena, Chile.

Resumen:

El término saponina se deriva de la palabra Latina sapo, que significa “jabón”, lo que refleja su disposición para formar espumas estables parecidas al jabón en soluciones acuosas. El rol biológico de las saponinas no es comprendido completamente, pero generalmente son consideradas como parte del sistema de defensa de las plantas contra patógenos y herbívoros, especialmente debido a su sabor amargo. Las saponinas consisten de aglicona y azúcar, cada uno representando aproximadamente el 50% del peso total de la molécula. En la quinua, las saponinas son una mezcla compleja de glucósidos triterpénicos que se derivan de siete agliconas: ácido oleanólico, hederagenina, ácido fitolacagénico, ácido serjánico, ácido 3β-Hidroxi-23-oxo-olean-12-en-28-oico, ácido 3β-Hidroxi-27-oxo-olean-12-en-28-oico, y ácido 3β,23α,30β-Trihidroxi-olean-12-en-28-oico, mientras que los azúcares mejor representados pueden ser la arabinosa, glucosa, y galactosa. Las saponinas han sido consideradas un grave factor antinutricional debido a su actividad hemolítica, que ha contribuido a una larga controversia sobre sus funciones en los alimentos. Se cree que las saponinas pueden formar complejos con esteroles de la membrana eritrocitaria, provocando un aumento en su permeabilidad y consiguiente pérdida de hemoglobina. Los últimos estudios de su actividad biológica in vitro e in vivo han asociado

las saponinas con diversos beneficios para la salud. Las numerosas actividades biológicas asociadas a las saponinas incluyen efectos antiinflamatorios, anticancerígenos, antibacteriales, antifúngicos, y antivirales. También son de interés como valiosos adyuvantes, y las primeras vacunas basadas en saponinas han sido introducidas comercialmente. Tradicionalmente, las semillas de quinua son desgastadas mecánicamente para retirar el salvado, donde se sitúan predominantemente las saponinas, o son lavadas con agua para quitar amargura antes de su uso. Durante los procesos de lavado para eliminar las saponinas amargas, también se pierden valiosos nutrientes y se puede cambiar la composición química y el perfil de los aminoácidos de las semillas de quinua. El nivel final del contenido de saponinas en semillas de quinua para consumo sigue siendo una gran preocupación en términos de su amargura y posibles efectos biológicos negativos. Se ha creado un modelo matemático basado en la segunda ley de Fick para optimizar el proceso de lixiviación de saponinas de las semillas de quinua durante el lavado con agua.

Muchos estudios se han enfocado en los efectos de las diferentes variables agronómicas, como irrigación y salinidad, en los perfiles de la saponina de quinua. Se ha observado que las saponinas disminuyen en las muestras que han sido expuestas a sequía y regímenes salinos. Estos resultados sugieren que la irrigación y salinidad pueden

318 regular el contenido de saponinas de la quinua, influenciando su valor nutricional e industrial.

Los estudios actuales evalúan las diferentes composiciones del contenido de saponina en siete variedades de semillas de quinua cultivada en Italia y seis variedades de quinua cultivada en Chile bajo condiciones de secano o baja irrigación. Las semillas de localidades chilenas más áridas o estresantes tienen un contenido de saponina más alto.

1. Introducción

1.1 Química de las saponinas.

Las saponinas son compuestos que se encuentran en muchas plantas (Sparg et al. 2004). Deben su nombre a la característica distintiva de formar espuma. Su nombre probablemente proviene de la planta Saponaria, cuyas raíces se han usado históricamente para formar jabón (del latín sapo

=jabón) (Augustin et al. 2011). Químicamente, son glucósidos con una aglicona (porción libre de glucósido) policíclica que puede ocurrir en la forma de un esteroide o colina triterpenoide ligada a través del carbono C3 por medio de un enlace etéreo a una cadena lateral de azúcares. Comúnmente también se refiere a la aglicona como sapogenina, mientras que también se refiere comúnmente al subconjunto de saponinas esteroides como sarapogenina. Las saponinas son anfipáticas debido a su función aglicona liposoluble y su cadena de sacáridos que, a su vez, es hidrosoluble. Esta característica es la base de su capacidad para formar espuma. Las saponinas son percibidas como amargas, y esto reduce las características organolépticas y palatabilidad de los productos ricos en ellas. Sólo algunas (generalmente aquellas con aglicona triterpenoica) tienen un buen sabor, que recuerda a la raíz de regaliz.

Figura 1: Estructuras de las saponinas: Ácido 3B-hidroxi-23-oxo-olean-12-en-28-oico; ácido 3b-hidroxi-27-oxo-olean-12-en-28-oico; ácido serjánico; ácido oleanólico; ácido fitolacagénico; hederagenina; ácido 3b,23,30-trihidroxi olean-12-en-28-oico.

La figura 1 resume las 7 agliconas identificadas hasta el momento en distintas partes de la quinua (flores, frutos, cubierta de las semillas, y semillas) (Kuljanabhagavad et al. 2008). Estas estructuras se han obtenido por medio de extensivas

caracterizaciones de RMN y espectrometría de masas. La mayor parte de la variabilidad es generada por las cadenas laterales de sacáridos; de hecho las 7 agliconas dan luz a más de 20 saponinas, según se indica en la cuadro 1.

319Cuadro 1: Saponinas derivadas de las 7 agliconas encontradas en la quinua.

Compuesto Cadena lateral de azúcar Aglicona

1

β-D-Glc(1→3)-α-L-Ara

I

2 II

3 III

4 IV

5 V

6 VI

7 VII

8

α-L-Ara

III

9 V

10 VI

11

β-D-GlcA

III

12 IV

13 VI

14

β-D-Glc(1→2)-β-D-Glc(1→3)-α-L-Ara

III

15 IV

16 V

17 β-D-Xyl(1→3)-β-D-GlcA IV

18β-D-Glc(1→3)-β-D-Gal

V

19 VI

20 β-D-Glc(1→4)-β-D-Glc(1→4)-β-D-Glc V

1.2 Biosíntesis de la Saponina.

La evidencia de que la sobreexpresión de la escualeno sintasa puede inducir un alza en la regulación de saponinas y fitoesteroles (Lee et al. 2004) sugiere que esta enzima está involucrada en la ramificación de las vías biosintéticas que conducen a la síntesis de fitoesteroles y saponinas. A partir de esta información se consolida la idea de que las saponinas derivan del mismo proceso anabólico que lleva a la formación de fitoesteroles. Todos los terpenoides derivan de la condensación de elementos esenciales de cinco carbonos llamados IPP (3-isopentenil-pirofosfato) y DMAPP (dimetilalil pirofosfato). En plantas, los IPP y DMAPP derivan desde la condensación de actil-CoA en la vía del mevalonato o a partir de piruvato y fosfogliceraldehidos. La biosíntesis terpenoide en las plantas está ampliamente compartimentada: los esteroides, triterpenos y saponinas se sintetizan

principalmente en el citosol, utilizando IPP de la vía del mevalonato.

Flores-Sanchez et al. (2002) llevaron a cabo experimentos en los que fue inhibida la actividad de la HMG-CoA reductasa, una enzima clave en la síntesis de mevalonato y escualeno, lo que llevó a una reducción de los fitoesteroles y la biosíntesis de ácido ursólico/oleanólico, confirmando la hipótesis de que la vía biosintética de las saponinas está ligada a la de los esteroles vegetales por medio de la síntesis de escualeno.

Los IPP y DMAPP son sometidos a la condensación por un intermediario de diez carbonos GPP (geranil pirofosfato), y la adición de una segunda unidad de IPP produce FPP (farnesil pirofosfato, C15), el precursor común de la gran variedad de sesquiterpenos producidos por las plantas. La vinculación de dos unidades de FPP conduce a la formación de

320 escualeno (C30), que posteriormente se epoxidiza en 2,3-oxidoescualeno (C30). El 2,3-oxidoesqualeno es considerado el último precursor común de las saponinas triterpenoides, los fitoesteroles y las saponinas esteroidales. Aun no se esclarecen los pasos donde diverge la biosíntesis de saponinas esteroidales y los fitoesteroles, aunque Kalinoswska et al. (2005) sugirieron al colesterol como precursor de las saponinas esteroidales.

El primer paso en la biosíntesis de saponinas triterpenoides y fitoesteroles es la ciclización de 2,3-oxidoescualeno. Durante este proceso se introducen enlaces internos en la estructura del oxidoescualeno, resultando en la formación de moléculas predominantemente policíclicas que contienen diversos números de anillos de 5- y 6- miembros. El alto número de posibilidades para establecer diferentes enlaces internos durante la ciclización da lugar a una amplia gama de estructuras diversas, y en la naturaleza se han encontrado más de 100 distintos esqueletos de triterpeno. Sin embargo, de toda esta diversidad, al parecer sólo se utiliza un número limitado de posibles ciclizaciones en la biosíntesis de saponina.

Luego de la formación de estructuras basales de sapogenina, estos precursores comunes generalmente son sometidos a diversas modificaciones previas a la glicosilación. Las modificaciones más comunes de la sapogenina son pequeños grupos funcionales tales como grupos hidroxilo-, keto-, aldehído-, y carboxilo en diversas posiciones de la estructura de base.

Los patrones de glicosilación de las saponinas a menudo son considerados cruciales para su actividad biológica. Los patrones típicos de glicosilación de saponinas triterpenoides consisten en cadenas de azucares oligoméricos, 2-5 unidades monosacáridas, que más a menudo están enlazadas en las posiciones C3 y/o C28. Menos a menudo, se ha informado que 1-2 unidades monosacáridas ocurren en las posiciones C4, C16, C20, C21, C22, y/o C23. La glucosa, galactosa, ácido glucorónico, ramnosa, xilosa y arabinosa son las hexosas y pentosas más abundantes en las cadenas de sacáridos. La glicosilación de saponinas presumiblemente involucra la actividad secuencial de distintas enzimas pertenecientes a la familia de multigenes de la familia uridina difosfato glicosiltransferasa (UGTs).

1.3 Papel Biológico.

Las saponinas tienen diferentes actividades bioquímicas: en particular, Francis et al. (2002) revisaron estas características, informando, entre otras, una fuerte actividad hemolítica, antimicrobial, fungicida, alelopática, insecticida, y molusquicida, además de efectos como coadyuvante de vacunas, según examinado por Vega-Gálvez et al. (2010). Por ende, a pesar de que el verdadero significado biológico de las saponinas en la quinua aún no ha sido determinado en su totalidad, la idea actual es que son parte del aparato de defensa vegetal contra depredadores.

1.3.1 Actividad hemolítica.

Uno de los sistemas utilizados para probar la presencia de saponinas en un extracto vegetal o en una droga se basa en la incubación del extracto con glóbulos rojos y en la verificación del grado de hemólisis de la muestra. La capacidad de las saponinas para romper la membrana de los eritrocitos está vinculada a la capacidad de las saponinas para fijar los esteroles de la membrana (Khalil et al. 1994). Como resultado de ello, la membrana estalla, provocando un aumento en la permeabilidad y una pérdida de hemoglobina. Baumann et al. (2000) han investigado el efecto de las saponinas en la estructura de la membrana por medio de la hemólisis de eritrocitos humanos. Sus resultados indican que los eritrocitos lisados por saponinas no vuelven a sellarse, y por lo tanto indican que el daño a la bicapa lipídica inducido por saponinas es irreversible. El nivel de actividad hemolítica ha sido atribuido al tipo de aglicona y a la presencia de cadenas laterales de azucares.

1.3.2 Actividad anti-inflamatoria.

En el ensayo de edema inducido por carragenano, muchas saponinas aisladas de fuentes vegetales han producido una inhibición de la inflamación. Kim et al. (1999) sugirieron que la actividad anti-inflamatoria de estas saponinas se relaciona con una acción anticomplementaria a través de la vía clásica de la inflamación. El ácido oleanólico y el ginsenósido Ro mostraron la mayor actividad anticomplementaria.

1.3.3 Actividad antifúngica y antilevaduras.

Se ha informado que las saponinas triterpenoides de las semillas de Chenopodium quinoa Willd. (Chenopodiaceae) tienen actividad antifúngica (Woldemichael y Wink, 2001). En un estudio realizado

321por Bader et al. (2000) se demostró que la actividad antifúngica de las saponinas frente a diferentes cepas de Candida albicans puede ser influenciada por la variación de las unidades de carbohidratos enlazados eterglicosídicamente y el oligosacárido enlazado acilglicosídicamente en C-28 de la aglicona. Sin embargo, sólo una mezcla de saponinas crudas inhibió el crecimiento de Candida albicans. Los compuestos puros demostraron poca o ninguna actividad, lo que sugiere un posible efecto sinérgico entre estas saponinas. Saponinas modificadas en laboratorio tienen efecto contra el hongo Botrytis cinerea (Stuardo y San Martín 2008).

1.3.4 Actividad antibacterial/antimicrobiana.

También se ha reportado que las saponinas tienen actividad antimicrobiana (Killeen et al., 1998). Las saponinas solubles en alcohol han demostrado tener actividad antimicrobiana tanto en organismos procariotas como eucariotas, pero sólo en bajas densidades celulares. Las saponinas no inhibieron el crecimiento microbiano de poblaciones densas. Extractos de semillas de quínoas procedentes de Chile han mostrado efecto antibacteriano (Miranda et al., 2014).

1.3.5 Citotoxicidad y actividad antitumoral.

Numerosos informes resaltan las propiedades altamente citotóxicas de muchas saponinas (Musende et al. 2009; Hombre et al. 2010). En particular, los oleananos demuestran un efecto antitumoral a través de distintas vías, tales como anticancerígenos, anti-metástasis, inmunoestimulación, quimioprevención, y así sucesivamente. Los mecanismos detallados son complejos, pero involucran la desfosforilación de Stat3 en una variedad de líneas de células tumorales humanas y llevan a una disminución en la actividad transcripcional de Stat3, que regula proteínas como c-myc, ciclina D1, Bcl2, survivina y VEGF. Más aún, se han informado varias actividades inmunoestimulantes, tales como el crecimiento inducido de linfocitos T humanos, promover la apoptosis y desencadenar la muerte de células autofágicas. Mientras tanto, disminuyen la actividad respiratoria e inducen el eflujo de ATP tras la inhibición del canal aniónico dependiente de voltaje en la membrana mitocondrial externa.

2. Eliminación de saponinas.

Las saponinas suelen ser amargas, así que deben

ser eliminadas de la quinua antes de su consumo. Tradicionalmente, las semillas de quinua son desgastadas mecánicamente para retirar el salvado, donde se sitúan predominantemente las saponinas, y/o son lavadas con agua para quitar amargura antes de su uso. Durante los procesos de lavado para eliminar las saponinas amargas, Wright et al. (2002) informan que también se pierden valiosos nutrientes y se puede cambiar la composición química y el perfil de los aminoácidos de las semillas de quinua. El nivel final del contenido de saponinas en semillas de quinua para consumo sigue siendo una gran preocupación en términos de su amargura y posibles efectos biológicos negativos.

2.1 Cinética.

La eliminación de saponinas de las semillas de quinua durante un proceso de lavado con agua puede ser descrito en función de las reglas imperantes de la extracción sólido-líquida, y aplicando modelos matemáticos comúnmente usados para evaluar la cinética de procesos.

La concentración de saponina total dentro de las semillas de quinua rápidamente tiende a un valor asintótico después de una lixiviación inicial. Fuentes et al. (2013) demuestran que este valor asintótico disminuye con un aumento en la temperatura de lavado.

La proporción de saponinas (SR, del inglés Saponin Ratio) definido según la ecuación 1 es el parámetro más utilizado para modelar la cinética de la lixiviación de saponinas de las semillas de quinua. SR representa una concentración adimensional utilizada para estudiar la cinética de lixiviación, suponiendo un mecanismo de difusión dentro del sólido y una transferencia de masa externa insignificante bajo condiciones de intensa remoción.

Ec.1

donde Xst es el contenido de saponina en tiempo real (g/100 gdm), Xs0 y Xse son los contenidos de saponina inicial y residual. A continuación, el cuadro 2, representa las ecuaciones más comunes utilizadas para modelar SR en la eliminación de saponinas.

322 Cuadro 2: Modelos matemáticos seleccionados para describir la cinética de lixiviación de saponinas.

Modelo Ecuación ReferenciaMidilli–Kuçuk Vega-Gàlvez et al.

(2011)Weibull Corzo et al.

(2008)

Logarítmico Akpinar (2006)

Henderson–Pabis (Modifiicado)

Sacilik & Elicin (2006)

Dos términos Lahsasni et al. (2004)

Page (modificado) Tog˘ rul& Pehlivan (2003)

2.2 Usos de las saponinas.

Las saponinas son explotadas por la industria como aditivos para alimentos y cosméticos. Potencialmente, pueden ser utilizadas para otras aplicaciones industriales (Yang et al. 2010; Chen et al. 2010; Price et al., 1987; Hostettmann y Marston, 1995) como, por ejemplo, conservantes, modificadores del sabor, detergentes (debido a sus propiedades químicas y su capacidad como agentes espumantes) y agentes para eliminar el colesterol de productos lácteos.

Notablemente, las saponinas también pueden activar el sistema inmune mamífero, lo que ha conllevado a un importante interés en su potencial como adyuvantes de vacunas. Su capacidad única para estimular tanto la respuesta inmune Th1 y la producción de linfocitos T citotóxicos (LTCs) frente a antígenos exógenos las hace ideales para su uso en vacunas de subunidades y vacunas dirigidas contra patógenos intracelulares, además de para vacunas terapéuticas contra el cáncer.

3. Contenido de saponinas en la quinua.

3.1 Métodos analíticos.

Varios métodos analíticos han sido desarrollados para la determinación de saponinas de diversas matrices, incluyendo las semillas de quinua. Los métodos más sencillos prevén la detección de algunas características típicas de las saponinas, como su capacidad de formar espuma o su

capacidad hemolítica. Los métodos más utilizados, sin embargo, son cromatográficos. Se ha usado tanto la cromatografía líquida (con detección por espectrometría de masas, DAD, y ELSD) como la cromatografía de gases (con detección por espectrometría de masas y FID). La cromatografía de gases ha sido ampliamente utilizada, a pesar de requerir un protocolo de extracción más largo y una delicada reacción de sinalización. Los primeros trabajos incluidos en una determinación por cromatografía de gases fueron los de Ridout et al. (1991) y Price et al. (1986). En la cromatografía de gases, las saponinas generalmente son extraídas después de la hidrólisis ácida de la muestra degrasada con un solvente apolar; luego de la sinalización el extracto es analizado con columnas no-polares o ligeramente polares y eluido a altas temperaturas. El análisis en HPLC, en su lugar, proporciona una preparación más simple que consiste en la extracción con alcoholes y purificación con una SPE C18. La separación suele lograrse con fases estacionarias C18 y eluciones en gradiente de agua-acetonitrilo, tanto para la detección fotométrica (DAD, ELSD) y espectrometría de masas.

3.2 Evaluación de saponinas en ecotipos chilenos de quinua.

3.2.1 Ecotipos presentes en las regiones agroecológicas chilenas de quinua .

Se describen cinco ecotipos de quinua para la región andina. Estas proceden de los valles inter-andinos

323de Colombia, Ecuador, y Perú, quinua del altiplano de Perú y Bolivia, quinuas de Yungas en el bosque subtropical boliviano, quinuas de salares en Bolivia, Chile y Argentina, y quinuas costeras o del nivel del mar (Chile). Sus orígenes y posibles rutas de expansión han sido revisadas por Fuentes et al. (2012). De los ecotipos en Chile hemos encontrado sólo dos (de los salares y costeros). Sin embargo, dentro de estos dos ecotipos se encuentran muchas variedades criollas o variedades de agricultores locales a lo largo del país. En el Altiplano, a 4 mil metros de altura (y 19ºS), los agricultores tienen por lo menos doce de estas variedades criollas (Alfonso 2008; Alfonso & Bazile 2009). Estas variedades criollas son conocidas por los Aymara locales con nombres como Pandela (semillas rojas), Jankú (semillas blancas), Churi (semillas amarillas), Chullpe (semillas marrones), Khánchi (semillas rosado oscuro), Chalé (colores mixtos). En el centro (34ºS) y sur (39ºS) de Chile las variedades criollas parecen menos abundantes debido a la menor diversidad de colores de las semillas, siendo en su mayoría blanquecinas, amarillentas, beige, y grises, con esta última siendo más abundante en latitudes meridionales (39ºS), como también se observa en las colecciones de los bancos de semillas utilizados para comprobar rendimientos relativos (Martínez et al. 2007).

En estas tres regiones, encontramos las condiciones climáticas más estresantes en la región andina alta del norte de Chile, donde llueve 100-200 mm/año (Lanino 2006), mientras que en el centro y sur de Chile llueve más de 400 mm/año (Miranda et al. 2013).

3.2.2 Contenido de saponinas.

El contenido total de saponinas evaluado en las semillas enteras de las variedades criollas de Chile y en una variedad híbrida (Regalona) ha demostrado valores sobre el 1%. Por lo tanto, son todas amargas (es decir, saponinas>0.11%) pero con importantes diferencias entre ellas. Inesperadamente, las variedades criollas Salares de los altos Andes no siempre contienen valores más altos de saponinas (2%). Aquellas de Chile central tienen los valores más altos, llegando incluso al 4% (Miranda et al. 2012). Cuando las semillas son sembradas en una localidad diferente, especialmente al ser cultivadas bajo las condiciones más secas del Chile árido (a 30ºS sin precipitaciones entre Octubre y Mayo), las semillas cosechadas aumentaron su contenido de saponinas,

por lo menos en el híbrido Regalona, de 2.2% a 3.2%. Sin embargo, no se observó este fenómeno en otra variedad criolla de Villarrica, en el sur de Chile. Esta mantuvo su contenido de saponinas entre 2.11% y 2.38% al ser cultivada en el árido norte de Chile (Miranda et al. 2013). El contenido más alto de saponinas en variedades criollas de Chile central puede deberse a las condiciones particulares de estrés de la alta salinidad de algunos suelos costeros. Estos suelos a veces son irrigados naturalmente durante la época de invierno con aguas salobres de los ríos vecinos bajo la influencia de las mareas altas del Océano Pacífico (Orsini et al. 2011).

3.2.3 Conclusiones en el caso chileno.

1. El contenido de saponinas ha sido estudiado hasta el momento a partir de variedades criollas chilenas de quinua pertenecientes a los ecotipos de los salares y costeros andinos. Estos contenidos de saponinas son altos (>2%), respecto a algunas quinuas dulces del altiplano (<0.11%).

2. Inesperadamente, el contenido de saponinas es más alto en las variedades costeras de Chile central.

3. Algunas semillas de quinua cambian su contenido de saponinas al cultivarse en distintas condiciones, generalmente aumentando sus valores al cultivarse en un clima más estresante (sequía).

3.3 Actividad de investigación italiana.

A partir del 2006, se han llevado a cabo distintas pruebas en terreno en ISAFoM-CNR para probar los cultivos de quinua. El objetivo estratégico de estos estudios ha sido evaluar las respuestas cuantitativas y cualitativas de las accesiones de quinua bajo condiciones de estrés abiótico combinado (estrés por sequía y sal) y su adaptabilidad al ambiente Mediterráneo del sur de Italia (ver capítulo sobre Italia en este libro); mejorar la producción de alimentos al introducir la quinua como un posible cultivo alternativo para el área (potencial cultivo comercial de alto valor alimenticio) y revisar las oportunidades de utilizar las semillas, harinas de quinua y sus derivados en líneas de productos para niños y para personas con enfermedad celíaca, posiblemente abriendo interesantes perspectivas para el crecimiento incluso en segmentos especializados.

En la estación experimental del Consejo Nacional

324 de Investigación (CNR) - Instituto para los Sistemas Agrícolas y Forestales en el Mediterráneo (ISAFoM) en Vitulazio (CE) (14º50’ E y 40º07’ N; 25 m sobre el nivel del mar), se ha llevado a cabo una prueba en terreno de dos años (2006-2007) para comparar dos genotipos de quinua: Titicaca (KVLQ52) y Regalona Baer (RB), bajo condiciones de secano (Pulvento et al., 2010). También se han realizado comparaciones entre dos fechas de sembrado (Abril y Mayo) para KVLQ52 (KVabril y KVmayo). Durante estos años la quinua ha sido estudiada en el marco del proyecto “CO. Al.Ta. II” (Cultivos Alterativos al Tabaco), fundada por la Comunidad Europea (CE), para explorar las posibilidades de diversificación de las áreas tradicionales de cultivo de tabaco en Italia y para evaluar la calidad de las semillas, en particular su contenido de saponinas, en colaboración con el Departamento de Tecnología de los Alimentos (DISTAAM) de la Universidad de Molise.

Los resultados muestran que Abril es la mejor época para sembrar quinua en la región mediterránea (Etiqueta 2). De los dos genotipos, RB registra un mejor crecimiento y productividad, aparentemente siendo más tolerante al estrés abiótico (altas temperaturas asociadas con el estrés hídrico).

En este trabajo se ha llevado a cabo la evaluación cuantitativa/cualitativa de las saponinas. El análisis de cromatografía de gases muestra que las dos variedades de quinua se colocan en una posición intermedia entre el genotipo “dulce” y el genotipo

“amargo”. En particular, se ha obtenido el contenido total de saponinas de 238.9 y 213.8 mg/100 gdm respectivamente para el genotipo KVabril (sembrada en abril) y KVmayo (sembrada en mayo). Para el genotipo RB, el contenido de saponinas es de 328 mg/100 gdm. Desde un punto de vista cualitativo, también confirmado por datos bibliográficos (Ridout et al., 1991), el ácido oleanólico es el principal componente de las saponinas con un porcentaje de 76-85%. Le sigue la hederagenina con 10-18%, y la fitolacagenina con 4-5%. Ya que las saponinas esta ubicadas principalmente en las capas exteriores de la semilla, estos componentes han sido eliminados por medio del proceso de perlado. El proceso fue llevado a cabo utilizando un perlador de laboratorio (molino de pruebas modelo TM-05-Takayama) con un rodillo abrasivo (40P). Mediante el análisis de cromatografía de gases fue observado que con un grado de perlado del 20%, hubo una reducción del 50% de las saponinas totales en comparación con el valor inicial para el producto. Sin embargo, el producto obtenido aun contuvo una cantidad de saponinas detectables a nivel sensorial. La aplicación de un grado de perlado de 30% redujo el contenido de saponinas por aproximadamente 80% del valor inicial. De hecho, los valores de las saponinas pasaron de 238.9 mg/100 gdm a 33.47 mg/100 gdm en el producto perlado (Etiqueta 4). El contenido relativo de ceniza, proteína y lípidos en Titicaca es mayor después de la abrasión del pericarpio que antes de ella. En particular, el ácido graso omega linoleico es muy alto en las semillas y harina Titicaca.

Cuadro 3: Contenido de saponinas (mg/100 gdm) en las dos accesiones (Tabla en inglés)Accesión, Saponina total mg 100g-1 de peso seco, Acido oleanolico, Hederagenina % de saponina total, Fitolacagenina.

Accession Total saponin Oleanolic ac. Hederagenin Phytolaccagenin

mg 100 g -1 of DW % of total saponin

KVapril 238.9 ± 10.87 78.2 16.7 5.1

KVmay 213.8 ± 7.52 76.3 18.9 4.8

RB 329.0 ± 6.78 85.3 10 4.7

Accesión, Saponina total mg 100g-1 de peso seco, Acido oleanolico, Hederagenina % de saponina total, Fitolacagenina.

325La abrasión de las semillas también tiende a aumentar el contenido relativo de los ácidos grasos oleico, linoleico, y palmítico en Titicaca.

Desde el 2008 al 2013 ISAFoM-CNR ha participado como socio en el proyecto de la UE “Uso Sustentable del Agua Asegurando la Producción de Alimentos en Áreas Secas de la Región Mediterránea” (SWUP-MED).

El genotipo de quinua Q52 (Titicaca) ha sido cultivado en un ensayo de campo abierto en 2009 y 2010 para investigar los efectos del estrés salino e hídrico en los aspectos cuantitativos y cualitativos del rendimiento. Se han comparado tratamientos irrigados con agua de pozo (Q100, Q50, y Q25) y tratamientos correspondientes irrigados con agua salina (Q100S, Q50S, Y Q25S) con una conductividad eléctrica (ECw) de 22 dS m-1.

El estrés hídrico y salino en ambos años no provocó una reducción significativa del rendimiento, por lo que la quinua puede definirse como tolerante a la salinidad y la sequía (Pulvento et al., 2012).

La composición química de las semillas de quinua confirma un contenido más alto de proteínas y fibra en comparación con los cereales comunes, mientras que el nivel más alto de agua salina determina un peso promedio de la semilla más alto y, como consecuencia, el contenido total de saponinas y fibra en las semillas de quinua. Se ha observado que la irrigación con un 25% de la completa restitución de agua, con y sin la adición de sal, se asocia con un aumento en los compuestos fenólicos libres del 23.16% y 26.27% respectivamente. Por el contrario, los compuestos fenólicos ligados no se ven afectados por el estrés ambiental.

Se han analizado los efectos de las diferentes variables agronómicas, como el riego y salinidad, en los perfiles de saponinas de la quinua.

Las saponinas han sido evaluadas en términos de las sapogeninas (Gomez-Caravaca et al., 2012; Lavini et al., 2011) (Figura 2).

Figura 2: Diagrama esquemático para la extracción de saponinas (Letras en inglés)

Un procedimiento de cromatografía de gases ha sido aplicado a la evaluación de agliconas saponinas (sapogeninas) derivadas de la hidrólisis ácida de muestras (Ridout et al. 1991; Woldemichael, y Wink, 2001). Se han identificado tres principales agliconas de saponinas: ácido oleanólico (36-50% total), hederagenina (27-28%) y ácido fitolacagénico (21-36%) (Figura 3).

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Figura 3: Cromatograma GC de la saponina de Titicaca (1 ácido oleanólico, 2 hederagenina, 3 ácido fitolacagénico).

Al considerar la cantidad total de saponinas (Etiqueta 5), se ha observado que Titicaca es una variedad amarga. De hecho, las semillas de quinua con una concentración de saponinas > 0.11% generalmente son consideradas genotipos amargos (Vega-Gálvez et al., 2010).

Los valores más altos de saponinas han sido observados en muestras obtenidas sin tratamientos de déficit de irrigación (1633.3 mg/100 gdm para Q100S y 1140.1 mg/100 gdm para Q100, respectivamente). Las muestras tratadas con déficit hídrico (Q25 y Q50) han mostrado una disminución en el contenido de saponina en comparación con Q100. Las muestras Q50, comparadas con las Q100, han mostrado una disminución de las saponinas del 32%, mientras que las muestras cultivadas con un déficit de riego (Q25) han mostrado una disminución de las saponinas del 45%. Estos resultados están de acuerdo con el estudio publicado por Soliz-Guerrero et al. (2002), quienes informan que el contenido de saponinas se ve afectado por un déficit de agua del suelo, en la medida que altos déficits hídricos promueven bajos contenidos de saponinas. Las muestras tratadas con agua salina también muestran diferencias importantes a diferentes niveles de irrigación (Q100S, Q50S, y Q25S); la disminución de la saponina en las muestras Q50S y Q25S es muy alta comparada con Q100S (40% y

42% para Q25S y Q50S, respectivamente).

Desde el 2011 hasta el 2013 se han llevado a cabo otros ensayos de campo en Vitulazio con cultivos de quinua, y otras están en curso en ISAFoM dentro del proyecto “CISIA”, fundado por el Consejo Nacional de Investigación, y el proyecto “Quinua felix” - Introducción de la quinua (Chenopodium quinoa Willd.) en la región de Campania para la producción de alimentos de alto valor nutricional y funcional, en colaboración con la Universidad de Molise y CNR- Instituto de las Ciencias de los Alimentos (ISA) de Avellino. El objetivo de estas actividades es evaluar el rendimiento y calidad de las semillas de variedades de Chenopodium quinua cultivadas bajo condiciones de secano en el sur de Italia y el impacto del perlado sobre el rendimiento de proteínas, cenizas, lípidos y saponinas de la semilla.

Todos los análisis han sido llevados a cabo en semillas enteras y en granos “perlados”, después de retirar el pericarpio, para definir las potenciales características nutricionales de cada variedad de quinua. Ya que no hay recursos genéticos de una variedad domesticada de quinua en Italia, los estudios se realizan utilizando semillas recibidas de instituciones extranjeras y de orígenes diferentes. Estamos probando los cultivares de quinua daneses Puno y Titicaca, seleccionados de material originario

327del sur de Chile proporcionado por la Universidad de Copenhague; cuatro cultivares bolivianos: “Kurmi”, “Janca grano”, “Blanquita”, y “Real”; el “Amarilla de Marangani” peruano, y el cultivar “Jujuy rosada” originado en Argentina. Los cultivares daneses Titicaca y Puno dan el mayor rendimiento mientras que los cultivares Janca grano, Real y Kurmi muestran los rendimientos más bajos, y Blanquita no produce bajo condiciones mediterráneas.

Se han analizado las 7 agliconas conocidas La variedad Jujuy Rosada ha demostrado ser la más rica en saponinas, con un valor de 4.99%, mientras que la Real es la más pobre con tan sólo un 0.1%. A pesar de que los perfiles de concentración de las 7 agliconas es muy diferente entre las distintas variedades, en particular en la variedad Jujuy rosada, 72.5% de las saponinas contienen ácido 3β-hidroxi-23-oxo-olean-12-en-28-oico como aglicona, mientras que en la variedad Real el ácido oleanólico es la aglicona más representada, pero sólo con 24.80%, lo que demuestra una distribución más homogénea de las 7 agliconas. Sin embargo, el ácido 3β,23,30-trihidroxi olean-12-en-28-oico es la aglicona menos representada en todas las variedades estudiadas.

4. Conclusión y Perspectivas.

Las saponinas presentan tanto un obstáculo como una oportunidad. El despliegue y uso de muchos cultivos andinos como alimento, y especialmente la quinua, se ven obstaculizados por la presencia de estos elementos anti-nutricionales, tanto por la deterioración de la palatabilidad debido a su sabor amargo, como especialmente por los serios efectos que pueden tener en la salud humana. Por otro lado, estas moléculas están resultando muy interesantes en varios campos, desde la farmacéutica, como la base para el desarrollo de nuevas drogas contra el cáncer o nuevos antifúngicos o adyuvantes en vacunas, hasta la química, pero especialmente en el campo de la agronomía, donde han demostrado

ser excelentes y versátiles insecticidas. La actividad insecticida de las saponinas se basa en tres mecanismos distintos (Chaieb, 2010): interferencia con la conducta de alimentación, entomotoxicidad (diversas formas de toxicidad crónica, tales como reducción de la fertilidad en hembras y reducción de la tasa de eclosión de huevos, observables en muchas especies de insectos) y regulación del crecimiento (las investigaciones demuestran que las saponinas son capaces de regular el crecimiento de muchas especies de insectos). El efecto de las saponinas generalmente se caracteriza por la perturbación de las etapas de desarrollo, duración, e interrupción de la muda. Sin embargo, aún hay varios problemas por resolver sobre el uso de saponinas, en particular: problemas de estabilidad, porque la mayor parte de la actividad insecticida se debe a las cadenas laterales de azúcares que son muy susceptibles a los valores de pH y actividad enzimática, problemas respecto a la aplicación, problemas relacionados con la acción de saponinas residuales como un factor antinutricional, y finalmente, problemas relacionados con su difícil síntesis. Este último podría resolverse por medio de protocolos de extracción desde variedades que producen grandes cantidades de saponinas o que son cultivadas en condiciones que generan mayores cantidades (buen suministro de agua y alta salinidad del suelo). Por contraste, el conocimiento de los efectos edafoclimáticos en el contenido de saponinas puede permitir el desarrollo de variedades que requieran tratamientos agronómicos sostenibles para eliminar estos peligrosos agentes antinutricionales.

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