Inulina
Natural plant polysaccharides
Inulina
Identificadores
  • 9005-80-5 controlarY
Química biológica
  • ChEMBL1201646 controlarY
Araña química
  • ninguno
Banco de medicamentos
  • DB00638 controlarY
Tarjeta informativa de la ECHA100.029.701
BARRIL
  • D00171
Identificador de centro de PubChem
  • 24763
UNIVERSIDAD
  • JOS53KRJ01 controlarY
  • DTXSID70872610
Propiedades
C6nH10n + 2O5n + 1​​​​​​
Masa molarPolímero; depende de n
Farmacología
V04CH01 ( OMS )
Peligros
NFPA 704 (rombo cortafuegos)
NFPA 704 diamante de cuatro coloresHealth 1: Exposure would cause irritation but only minor residual injury. E.g. turpentineFlammability 1: Must be pre-heated before ignition can occur. Flash point over 93 °C (200 °F). E.g. canola oilInstability 0: Normally stable, even under fire exposure conditions, and is not reactive with water. E.g. liquid nitrogenSpecial hazards (white): no code
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Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para los materiales en su estado estándar (a 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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Chemical compound

Las inulinas son un grupo de polisacáridos naturales producidos por muchos tipos de plantas , [1] industrialmente extraídos con mayor frecuencia de la achicoria . [2] Las inulinas pertenecen a una clase de fibras dietéticas conocidas como fructanos . La inulina es utilizada por algunas plantas como un medio para almacenar energía y generalmente se encuentra en raíces o rizomas . La mayoría de las plantas que sintetizan y almacenan inulina no almacenan otras formas de carbohidratos como el almidón . En los Estados Unidos en 2018, la Administración de Alimentos y Medicamentos aprobó la inulina como un ingrediente de fibra dietética utilizado para mejorar el valor nutricional de los productos alimenticios manufacturados. [3] El uso de inulina para medir la función renal es el "estándar de oro" para la comparación con otros medios para estimar la tasa de filtración glomerular . [4]

Origen e historia

La inulina es un carbohidrato de almacenamiento natural presente en más de 36.000 especies de plantas, entre ellas el agave , el trigo , la cebolla , el plátano , el ajo , el espárrago , la alcachofa de Jerusalén y la achicoria . Para estas plantas, la inulina se utiliza como reserva de energía y para regular la resistencia al frío. [5] [6] Debido a que es soluble en agua, es osmóticamente activa. Ciertas plantas pueden cambiar el potencial osmótico de sus células modificando el grado de polimerización de las moléculas de inulina por hidrólisis . Al modificar el potencial osmótico sin modificar la cantidad total de carbohidrato, las plantas pueden soportar el frío y la sequía durante los períodos invernales. [7]

La inulina fue descubierta en 1804 por el científico alemán Valentin Rose . Encontró "una sustancia peculiar" a partir de las raíces de Inula helenium mediante extracción en agua hirviendo. [7] [8] En la década de 1920, J. Irvine utilizó métodos químicos como la metilación para estudiar la estructura molecular de la inulina y diseñó el método de aislamiento para esta nueva anhidrofructosa . [8] [9] Durante los estudios de los túbulos renales en la década de 1930, los investigadores buscaron una sustancia que pudiera servir como un biomarcador que no se reabsorbiera ni se secretara después de la introducción en los túbulos. [10] [11] AN Richards introdujo la inulina debido a su alto peso molecular y su resistencia a las enzimas . [10] La inulina se utiliza para determinar la tasa de filtración glomerular de los riñones . [12]

Estructura y propiedades químicas

La inulina es una colección heterogénea de polímeros de fructosa . Consiste en fracciones de glucosilo que terminan la cadena y una fracción de fructosilo repetitiva, [13] que están unidas por enlaces β(2,1). El grado de polimerización (GP) de la inulina estándar varía de 2 a 60. Después de eliminar las fracciones con GP menor a 10 durante el proceso de fabricación, el producto restante es inulina de alto rendimiento. [5] [6] Algunos artículos consideraron las fracciones con GP menor a 10 como fructooligosacáridos de cadena corta , y solo llamaron inulina a las moléculas de cadena más larga. [7]

Debido a los enlaces β(2,1), la inulina no es digerida por enzimas en el sistema alimentario humano , lo que contribuye a sus propiedades funcionales: valor calórico reducido, fibra dietética y efectos prebióticos . Sin color ni olor, tiene poco impacto en las características sensoriales de los productos alimenticios. La oligofructosa tiene el 35% de la dulzura de la sacarosa , y su perfil edulcorante es similar al del azúcar. La inulina estándar es ligeramente dulce, mientras que la inulina de alto rendimiento no lo es. Su solubilidad es mayor que la de las fibras clásicas. Cuando se mezcla completamente con líquido, la inulina forma un gel y una estructura cremosa blanca, que es similar a la grasa. Su red de gel tridimensional, que consiste en partículas de inulina cristalinas submicrónicas insolubles, inmoviliza una gran cantidad de agua, asegurando su estabilidad física. [14] También puede mejorar la estabilidad de espumas y emulsiones. [6]

Usos

Cosecha y extracción

La raíz de achicoria es la principal fuente de extracción para la producción comercial de inulina. El proceso de extracción de la inulina es similar al de la obtención de azúcar a partir de remolacha azucarera . [5] Después de la cosecha, las raíces de achicoria se cortan en rodajas y se lavan, y luego se sumergen en un disolvente (agua caliente o etanol); [15] luego se aísla la inulina, se purifica y se seca por aspersión. La inulina también se puede sintetizar a partir de sacarosa . [5]

Alimentos procesados

La inulina recibió el estatus de no objeción como generalmente reconocida como segura (GRAS) de la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) [16] , incluida la inulina de cadena larga como GRAS. [17] A principios del siglo XXI, el uso de inulina en alimentos procesados ​​se debió en parte a sus características adaptables para la fabricación. [18] Está aprobada por la FDA como ingrediente para mejorar el valor de la fibra dietética de los alimentos manufacturados. [3] Su sabor varía de suave a sutilmente dulce (alrededor del 10% de la dulzura del azúcar/sacarosa). Se puede utilizar para reemplazar el azúcar, la grasa y la harina. Esto es ventajoso porque la inulina contiene entre el 25 y el 35% de la energía alimentaria de los carbohidratos (almidón, azúcar). [19] [20] Además de ser un ingrediente versátil, la inulina proporciona ventajas nutricionales al aumentar la absorción de calcio [21] y posiblemente la absorción de magnesio , [22] al tiempo que promueve el crecimiento de las bacterias intestinales . [18] Se ha informado que la inulina de achicoria aumenta la absorción de calcio en mujeres jóvenes con una absorción de calcio menor [23] y en hombres jóvenes. [1] En términos de nutrición, se considera una forma de fibra soluble y, a veces, se clasifica como un prebiótico. [18] Por el contrario, también se considera un FODMAP , una clase de carbohidratos que se fermentan rápidamente en el colon produciendo gas. [18] Aunque los FODMAP pueden causar ciertas molestias digestivas en algunas personas, producen alteraciones potencialmente favorables en la flora intestinal que contribuyen a mantener la salud del colon. [24] [25] [26]

Debido a la capacidad limitada del cuerpo para procesar fructanos, la inulina tiene un impacto mínimo en el aumento del azúcar en sangre y podría tener un uso potencial en el manejo de enfermedades relacionadas con el azúcar en sangre, como el síndrome metabólico . [27]

Médico

La inulina y su análogo sinistrina se utilizan para ayudar a medir la función renal determinando la tasa de filtración glomerular (TFG), que es el volumen de líquido filtrado desde los capilares glomerulares renales (riñón) hacia la cápsula de Bowman por unidad de tiempo. [28]

Si bien la inulina es el estándar de oro para medir la TFG, rara vez se utiliza en la práctica debido al costo y la dificultad de realizar la prueba; requiere acceso intravenoso (IV) para la infusión de inulina, así como hasta doce muestras de sangre tomadas del paciente en el transcurso de cuatro horas. [29] Para determinar la tasa de filtración glomerular en humanos, se inyecta una gran dosis inicial de inulina, a la que sigue una infusión constante de inulina a una velocidad que compensa su pérdida en la orina, manteniendo así un nivel razonablemente constante en el plasma. [30] : 228  En los Estados Unidos, el aclaramiento de creatinina se usa más ampliamente para estimar la TFG. [31]

Una revisión sistemática de 2017 de investigaciones de ensayos clínicos de calidad baja a moderada mostró que la suplementación dietética con fructanos de tipo inulina redujo los niveles sanguíneos de colesterol de baja densidad , un biomarcador de enfermedad cardiovascular . [27]

Posibles efectos secundarios

En dosis de 15-50 gramos al día, la inulina dietética aumenta la frecuencia de la defecación . [32] Los posibles efectos secundarios del uso regular de inulina en la dieta incluyen malestar gastrointestinal, hinchazón , flatulencia , diarrea e inflamación del estómago en personas con alergia a la inulina. [32] [33] [34]

Uso industrial

La inulina no hidrolizada también se puede convertir directamente en etanol en un proceso simultáneo de sacarificación y fermentación, lo que puede tener potencial para convertir cultivos con alto contenido de inulina en etanol para combustible. [35]

Bioquímica

Las inulinas son polímeros compuestos principalmente de unidades de fructosa ( fructanos ), y típicamente tienen una glucosa terminal . Las unidades de fructosa en las inulinas están unidas por un enlace glucosídico β(2→1) . La molécula es casi exclusivamente lineal, con solo un pequeño porcentaje de ramificación. [36] : 58  En general, las inulinas vegetales contienen entre 2 y 70 unidades de fructosa [36] : 58  o, a veces, hasta 200, [37] : 17  pero las moléculas con menos de 10 unidades se denominan fructooligosacáridos, siendo la más simple la 1- cestosa , que tiene dos unidades de fructosa y una unidad de glucosa. La inulina bacteriana está más ramificada (más del 15% de ramificación) y contiene del orden de decenas o cientos de subunidades. [37] : 17 

Las inulinas se nombran de la siguiente manera, donde n es el número de residuos de fructosa y py es la abreviatura de piranosilo :

  • Las inulinas con una glucosa terminal se conocen como alfa -D-glucopiranosil-[beta-D-fructofuranosil](n-1)-D-fructofuranósidos, abreviados como GpyFn .
  • Las inulinas sin glucosa son beta -D-fructopiranosil-[D-fructofuranosil](n-1)-D-fructofuranósidos, abreviados como FpyFn .

La hidrólisis de las inulinas puede producir fructooligosacáridos, que son oligómeros con un grado de polimerización (GP) de 10 o menos.

Cálculo de la tasa de filtración glomerular

La inulina es tratada de manera única por las nefronas , ya que se filtra completamente en el glomérulo , pero no se secreta ni se reabsorbe en los túbulos. Esta propiedad de la inulina permite que su depuración se utilice clínicamente como una medida muy precisa de la tasa de filtración glomerular (TFG), la tasa de plasma desde la arteriola aferente que se filtra hacia la cápsula de Bowman, medida en ml/min. [ cita requerida ]

Es informativo contrastar las propiedades de la inulina con las del ácido paraaminohipúrico (PAH). El PAH se filtra parcialmente del plasma en el glomérulo y no se reabsorbe en los túbulos, de manera idéntica a la inulina. El PAH se diferencia de la inulina en que la fracción de PAH que evita el glomérulo y entra en las células tubulares de la nefrona (a través de los capilares peritubulares ) se secreta completamente. La depuración renal de PAH es, por tanto, útil para calcular el flujo plasmático renal (RPF), que empíricamente es (1- hematocrito ) veces el flujo sanguíneo renal . Cabe destacar que la depuración de PAH refleja solo el RPF en las partes del riñón que se ocupan de la formación de orina y, por tanto, subestima el RPF real en aproximadamente un 10 %. [38]

La medición de la TFG mediante inulina o sinistrina todavía se considera el estándar de oro . Sin embargo, ahora ha sido reemplazada en gran medida por otras medidas más simples que son aproximaciones de la TFG. Estas medidas, que implican la depuración de sustratos como EDTA , iohexol , cistatina C , 125 I - iotalamato (radioyotalamato de sodio), el radioisótopo de cromo 51 Cr (quelado con EDTA) y creatinina , han confirmado su utilidad en grandes cohortes de pacientes con enfermedad renal crónica. [ cita requerida ]

Tanto en el caso de la inulina como de la creatinina, los cálculos implican concentraciones en la orina y en el suero. Sin embargo, a diferencia de la creatinina, la inulina no está presente de forma natural en el organismo. Esto es una ventaja de la inulina (porque se conocerá la cantidad infundida) y una desventaja (porque es necesaria una infusión). [ cita requerida ]

Metabolismoen vivo

La inulina es indigerible para las enzimas humanas ptialina y amilasa , que están adaptadas para digerir el almidón, y como resultado, pasa intacta por gran parte del sistema digestivo . Solo en el colon las bacterias metabolizan la inulina, con la liberación de cantidades significativas de dióxido de carbono , hidrógeno y/o metano . Los alimentos que contienen inulina pueden producir gases , especialmente para quienes no están acostumbrados a ella, y estos alimentos deben consumirse con moderación al principio. [ cita requerida ]

La inulina es una fibra soluble, uno de los tres tipos de fibra dietética que incluyen el almidón soluble , el insoluble y el resistente . La fibra soluble se disuelve en agua para formar un material gelatinoso. Algunas fibras solubles pueden ayudar a reducir los niveles de colesterol y glucosa en sangre. [39]

Debido a que la digestión normal no descompone la inulina en monosacáridos , no eleva los niveles de azúcar en sangre y, por lo tanto, puede ser útil en el tratamiento de la diabetes. La inulina también estimula el crecimiento de bacterias en el intestino . [5] La inulina pasa por el estómago y el duodeno sin digerir y está altamente disponible para la flora bacteriana intestinal . Esto la hace similar a los almidones resistentes y otros carbohidratos fermentables. [ cita requerida ]

Algunas dietas tradicionales contienen más de 20 g por día de inulina o fructooligosacáridos. Se ha estimado que la dieta de los cazadores-recolectores prehistóricos del desierto de Chihuahua incluía 135 g por día de fructanos de tipo inulina. [40] Muchos alimentos naturalmente ricos en inulina o fructooligosacáridos, como la achicoria, el ajo y el puerro , han sido considerados como "estimulantes de la buena salud" durante siglos. [41]

Hasta 2013, ninguna autoridad reguladora había permitido afirmaciones sobre la salud en la comercialización de prebióticos como clase. Los efectos de la inulina sobre la salud se habían estudiado en pequeños ensayos clínicos que demostraron que causa efectos adversos gastrointestinales como hinchazón y flatulencia y que no afecta los niveles de triglicéridos ni el desarrollo del hígado graso . También puede ayudar a prevenir la diarrea del viajero y puede ayudar a aumentar la absorción de calcio en adolescentes. [18]

Fuentes naturales

Las plantas que contienen altas concentraciones de inulina incluyen:

Referencias

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