COMPUESTOS FUNCIONALES PRESENTES EN LA CERVEZA Y …concentración final de polifenoles (Estruch,...

Artículo científico Ordoñez, et al.

Qualitas, Vol. 17, 105-125. Julio 2019. ISSN: 1390-6569 105

COMPUESTOS FUNCIONALES PRESENTES EN LA CERVEZA Y SU INFLUENCIA EN LA SALUD.

FUNCTIONAL COMPOUNDS PRESENT IN BEER AND ITS INFLUENCE ON

HEALTH. Ordoñez-Araque Roberto1, Rodriguez-Villacres Johnny2, Urresto-Villegas

Julio2 Narváez-Aldáz Christian1.

1Facultad de Salud y Bienestar. Escuela de Nutrición y Dietética. Universidad Iberoamericana del Ecuador, Quito, Ecuador.

2 Facultad de Ciencias Agrarias. Carrera de Ingeniería Agrícola mención Agroindustrial. Universidad Agraria del Ecuador, Guayaquil, Ecuador.

Autor corresponsal: [email protected]

Manuscrito recibido 03 de mayo de 2019.

Aceptado para publicación, tras proceso de revisión, el 02 julio de 2019

Resumen

La cerveza es una bebida milenaria elaborada a partir de varios procesos biotecnológicos a base de agua, cebada, lúpulo y levadura. Estos elementos otorgan a la cerveza una gran variedad de compuestos funcionales o bioactivos los cuales han sido de interés científico por su efectividad para el tratamiento de enfermedades causadas por estrés oxidativo como el cáncer y la ateroesclerosis. El presente artículo tiene como objetivo identificar los principales componentes bioactivos en la cerveza y su influencia en la salud humana. Se realizó una revisión sistemática consultando en 53 artículos de las principales bases de datos entre los años 2012-2019. Los resultados más importantes encontrados fueron que los compuestos funcionales en la cerveza provienen en un

Compuestos funcionales presentes en la cerveza y su influencia en la salud.


70% de la malta de cebada y el 30% del lúpulo, los principales son los compuestos fenólicos (Flavonoles, cumarinas, catequinas, proantocianidinas di y tri-oligoméricas, chalconas preniladas, isoxanthohumol, xanthohumol, desmetilxanthohumol, 6 y 8-prenilnaringenina. Ácido benzoico, cinámico, protocatecuico, gálico, sinápico, ferúlico y p-cúmarico). Conocer los compuestos funcionales presentes en la cerveza nos permitirá analizar las principales acciones terapéuticas de estos compuestos en la salud humana si se tiene una ingesta de la bebida con moderación. Palabras clave: Cerveza, compuestos bioactivos, compuestos fenólicos, xanthohumol.

Abstract

Beer is a millenary drink made from several biotechnological processes based on water, barley, hops and yeast. These elements give to the beer a wide variety of functional or bioactive compounds which have been of scientific interest for their effectiveness in the treatment of diseases caused by oxidative stress such as cancer and atherosclerosis. The present article aims to identify the main bioactive components in beer and its influence on human health. A systematic review was made by consulting 53 articles of the main databases between 2012-2019 years. The most important results found were that the functional compounds in beer come from 70% of barley malt and 30% from hops, the main ones are the phenolic compounds (Flavonoles, coumarins, catechines, di and tri-oligomeric proanthocyanidins, prenylated chalcones, isoxanthohumol, xanthohumol, desmetilxanthohumol, 6 and 8 prenylnaringenin. Benzoic, cinnamic, protocatechuic, gallic, sinapic, ferulic and p-coumaric acids). Knowing the functional compounds present in beer will allow us to analyze the main therapeutic actions of these compounds in human health if you have a moderate intake of the beverage. Key words: Beer, bioactive compounds, phenolic compounds, xanthohumol.



1. INTRODUCCIÓN La cerveza es una de las bebidas más antiguas y consumidas en el mundo, la principal operación en su elaboración es la fermentación alcohólica, mediante la acción de levaduras (generalmente Saccharomyces cerevisiae), transformando los azúcares contenidos en el mosto de malta en alcohol etílico y dióxido de carbono. Es una bebida rica en carbohidratos, aminoácidos, minerales, vitaminas y compuestos fenólicos, que se derivan principalmente de la malta y el lúpulo (Sohrabvandi, Mortazavian, y Rezaei, 2012; Denby et al., 2018; Kawa-Rygielska et al., 2019). Los compuestos bioactivos son constituyentes externos que se encuentran en pequeñas cantidades en los alimentos, aunque no son considerados esenciales para la salud humana (Conidi, 2014), estos generalmente son hidrófobos poco solubles en agua, entre los principales tenemos: compuestos fenólicos, carotenoides, aceites esenciales, ácidos grasos esenciales y vitaminas (Bazana, Codevilla, y de Menezes, 2019). La cerveza contiene ácidos fenólicos y flavonoides que se encuentran principalmente en la cebada y el lúpulo, estos compuestos pueden influir en las características sensoriales de la cerveza dándole un sabor amargo y astringente a la bebida, se han identificado algunos de estos compuestos, los más importantes son: antocianinas, derivados del flavonol, alfa ácidos (humulonas), ácidos carboxílicos aromáticos y ácidos fenólicos carboxílicos, chalconas, flavonoles, flavan-3-ol, procianidinas e isoflavonas (Leskošek-Čukalovid, 2016); Cheiran et al., 2019; Kawa-Rygielska et al., 2019; Machado, Faria, Melo, Martins, y Ferreira, 2019).

2. MÉTODOS Se realizó una revisión bibliográfica en las siguientes bases de datos: ProQuest, Scielo, Springer y ScienceDirect. Los descriptores utilizados en la búsqueda fueron los siguientes: compuestos bioactivos, compuestos



fenólicos, cerveza, lúpulo, bioactive compounds, phenolic compounds, beer, lupulus, y xanthohumol. La selección de la bibliografía citada tuvo en cuenta los siguientes criterios de inclusión:

1. Relevancia: Los artículos debían ser claros para la revisión según el título del mismo, relacionado con compuestos bioactivos de la cerveza.

2. Idioma: Solo artículos escritos en inglés o español.

3. Revista y año de publicación: Se seleccionaron los artículos publicados en los últimos 7 años en revistas indexadas.

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En total se identificaron 435 artículos científicos de los cuales 87 se excluyeron porque sus títulos no eran pertinentes para la revisión, de los 348 artículos en revisión, se excluyeron 81 escritos en otros idiomas que no eran inglés o español, de forma que 267 artículos siguieron en revisión, de los cuales se excluyeron 135 que no cumplían de con los requerimientos de revista y año, finalmente se excluyeron 79 artículos que se encontraban repetidos. Quedando un total de 53 artículos que cumplieron con los criterios de inclusión. Cerveza La cerveza es una bebida compleja, tanto por su elaboración como por sus componentes. Aparte del agua, que normalmente representa más del 90% y aproximadamente el 5% v / v de etanol, contiene alrededor de 800 compuestos orgánicos. Los efectos potencialmente beneficiosos para el cuerpo humano son el resultado de la pequeña cantidad de alcohol y la presencia de varios compuestos, como vitaminas, minerales, oligoelementos, fitoestrógenos y antioxidantes (Leskošek, 2016). Las vitaminas más abundantes en la cerveza son del grupo de la vitamina B,



el ácido fólico se encuentra en cantidades relativamente altas, independientemente de la variedad de cerveza (Koren, Orbán, y Galló, 2017). La cebada (Hordeum vulgare L.) es un grano de cereal altamente recomendable por su composición nutricional, de gran importancia industrial ya que posee alta concentración de carbohidratos, concentración moderada de proteínas, alto contenido de fibra en la dieta, especialmente β-glucano y es una buena fuente de compuestos bioactivos y antioxidantes que pueden ser de gran beneficio para el ser humano (Lahouar, Ghrairi, & El Arem, 2017; Ramakrishna, Sarkar, Schwarz, y Shetty, 2017). Los estudios han demostrado que el consumo moderado de cerveza puede estar asociado con un menor riesgo de enfermedades coronarias y con un efecto inhibidor sobre el crecimiento del cáncer de páncreas (Pai, Sawant, y Ghatak, 2015). Varios hallazgos revelaron que la cebada también contiene una gran variedad de componentes que promueven la salud, como vitaminas, minerales, ácidos grasos esenciales, y otros componentes bioactivos, que incluyen compuestos fenólicos (Šimid, Horvat, & DvojKovid, 2017). Es de conocimiento público los efectos nocivos que el alcohol provoca en nuestro organismo (cirrosis, hepatitis, pancreatitis, cardiopatía y alteraciones conductuales), se ha comprobado que el consumo ligero-moderado de bebidas con bajo índice de alcohol es un factor protector para enfermedades cardiovasculares, accidentes cerebrovasculares, algunos tumores, deterioro cognitivo, desarrollo de diabetes y osteoporosis (Monereo, Rodriguez, & Yoko, 2016). Compuestos bioactivos en la cerveza En la elaboración de cerveza, la finalidad del malteado es llegar a tener una adecuada transformación del endospermo para obtener la calidad deseada de malta; lo cual, además del proceso, depende del genotipo y las condiciones ambientales presentes durante el desarrollo fenológico de la cebada. Se ha observado que diferentes factores como temperatura



y la excesiva aplicación de nitrógeno y otros agroquímicos durante el manejo de este cultivo afectan los niveles de proteína, especialmente de las hordeínas (Huerta, Zamora, & Solano, 2014). Otro punto importante en el proceso de malteado del grano de cebada es el aumento de la actividad enzimática, formación de proteínas solubles y se da la descomposición del almidón en azúcares simples, junto con el desarrollo del color y sabor deseado según la variedad (Pao et al., 2015). Así mismo, durante el malteado, los compuestos de cebada y granos de malta muestran un cambio con el proceso de germinación. La germinación da como resultado la modificación estructural y la síntesis de nuevos compuestos, se produce aumento significativo de compuestos bioactivos, reacción de Maillard, sulfitos y mejora en el valor nutricional (Özcan, Aljuhaimi, & Uslu, 2018). La concentración de ácido fenólico en la cebada oscila aproximadamente entre 4,6 mg/g y 23 mg/g para la forma libre, entre 86 mg/g y 198 mg/g para la forma conjugada, y entre 133 mg/g y 523 mg/g para la forma unida. La concentración total de ácidos fenólicos oscila entre 604 mg/g a 1346 mg/g. Las formas libres de los principales ácidos fenólicos en la cebada son el ácido ferúlico (27% de materia seca), ácido vanílico (28%), ácido siríngico (17%) y ácido p-cumárico (22%) (Idehen, Tang, & Sang, 2017). Compuestos fenólicos de la cerveza El perfil de los compuestos fenólicos encontrados en la cerveza es muy ininteligible, debido a su lugar de origen o procedencia y sus transformaciones durante el proceso de producción. Se consideran los principales antioxidantes naturales en la elaboración de la cerveza, de los cuales el 70% proviene de la malta y el 30% del lúpulo (Humulus lupulus L.) (Mudura, Coldea, & Socaciu, 2018).



Los compuestos fenólicos presentes en la cerveza son de particular interés para los productores, debido a su capacidad para retrasar o prevenir los procesos de oxidación que se producen durante su elaboración por mecanismos que involucran tanto actividad de captación de radicales libres como la quelación de metales (Socha, Pająk, & Fortuna, 2017). Se ha demostrado a través de cromatografía líquida de alta resolución que la ebullición, la cantidad de lúpulo utilizada para fabricar cerveza y la fermentación influyen de manera significativa en la concentración final de polifenoles (Estruch, Sandoval-Ramírez, & Doménech, 2017). Las diferentes clases estructurales de compuestos fenólicos en cerveza incluyen fenoles simples, derivados de ácidos benzoicos y cinámicos, flavonoles, cumarinas, catequinas, proantocianidinas di y tri-oligoméricas y chalconas preniladas. Hay que recalcar que los compuestos fenólicos influyen en el sabor de la cerveza y están asociados con su estabilidad química y el mejoramiento de la vida útil. Debido a la atribución en la calidad y estabilidad sensorial de la cerveza, existe un gran interés en determinar los contenidos de compuestos fenólicos en todos los tipos y estilos por separado (Moura-Nunes, Brito, & Fonseca, 2016). Compuestos fenólicos de la malta Como ingrediente, la malta proporciona hidratos de carbono, proteínas, nitrógeno amino libre y enzimas que facilitan las reacciones de fermentación en la elaboración de cerveza (Bettenhausen, Barr, & Broeckling, 2018). La malta tambien es la principal fuente de elementos como magnesio y potasio. La malta suministra 130 mg/L de magnesio y 500 mg/L de potasio a la cerveza. El magnesio puede activar enzimas como las descarboxilasas, deshidrogenasas, quinasas, oxidasas, peroxidasas y peptidasas, que afectan negativamente la estabilidad coloidal de la cerveza. En contraste, los incrementos de potasio en más de 10 mg/L inhiben la actividad de las enzimas durante la maceración. Sin embargo,



por otro lado, el uso de concentraciones altas de potasio provoca un sabor salado de cerveza. El zinc es muy importante para la levadura como cofactor para muchos procesos enzimáticos (Styburski, Janda, & Baranowska, 2018). Aproximadamente el 80% de los antioxidantes fenólicos en la cerveza provienen de la malta de cebada, por lo que las cervezas producidas a partir de la malta con un alto contenido fenólico han demostrado tener una mejor calidad sensorial y estabilidad (Guo, Yu, & Zhang, 2018). La mayoria de los compuestos fenolicos en la malta pertenecen al grupo de no flavonoides, entre los que destacan la catequina, epicatequina y los ácidos galico, protocatecuico, vanilico, cafeico, p-cumárico, ferúlico y sinápico (Carvalho, Curto, & Guido, 2015). Ácido gálico El ácido gálico es un ácido 3,4,5-trihidroxibenzoico, es un ácido fenólico que se encuentra en varias plantas medicinales y productos alimenticios. Este tipo de compuestos contienen altos efectos antioxidantes. Los ácidos fenólicos exhiben sus efectos antioxidantes al eliminar directamente los radicales libres, al inactivar las enzimas responsables de la producción de especies reactivas de oxígeno y al aumentar la activación de las enzimas antioxidantes (Kilic, Sedat, & Nur, 2018). Ácido protocatecuico El ácido protocatecuico es un compuesto polifenólico, químicamente es un ácido 3,4-dihidroxibenzoico y está disponible en la cebada, este compuesto al igual que otros ácidos fenolicos se mantienen despúes que la cebada pasa por el proceso de malteado. Posee efectos antioxidantes, antibacterianos, anticancerígenos, antiulcerosos, antidiabéticoa y antiflamatorioa (Khairnar, Upaganlawar, & Upasani, 2016). Catequinas



La catequina inhibe eficazmente la peroxidación de lípidos y elimina radicales libres, además genera efectos preventivos para enfermedades cardiovasculares debido a su participación en el proceso oxidativo en la aterogénesis. La catequina que tiene antioxidantes puede modular las vías de señalización celular que conducen a la elevación de la reactividad vascular, la agregación plaquetaria y la reducción de inflamaciones (Sheikh, Siddiqui, & Naveed, 2016). Ácido ferúlico El ácido ferúlico es un fitoquímico fenólico natural presente en semillas y hojas, tanto en su forma libre como conjugada, genera enlaces covalentes con polisacáridos de la pared celular vegetal, glicoproteínas, poliaminas, lignina e hidroxiácidos. El ácido ferúlico desempeña un papel vital al proporcionar rigidez a la pared celular y en la formación de otros compuestos orgánicos importantes como el alcohol coniferílico, vainillina y los ácidos sinápico y diferúlico (Kumar & Pruthi, 2014). Ácido p-cúmarico El ácido p-cúmarico es un compuesto fenólico que se encuentra de manera ubicua en hongos, cereales (maíz, cebada, avena y trigo), frutas (manzanas, peras y uvas) y vegetales (zanahorias, papas, frijoles, cebollas y tomates). Posee una variedad de efectos farmacológicos beneficiosos como: antioxidante, antimicrobiano, antiviral, antiinflamatorio e inmunomodulador, anti-cancerígeno, anti-mutagénico y anti-diabético (Shen, Song, & Li, 2018).

Ácido sinápico

El ácido sinápico (ácido 3,5-dimetoxi-4-hidroxicinámico) es un fitoquímico biodisponible por vía oral, que se encuentra ampliamente en especias, cítricos, bayas, verduras, cereales y cultivos de semillas oleaginosas. Posee acción antioxidante, antiinflamatorio, anti-cancerígeno, anti-glicémicas y tiene propiedades neuroprotectoras y



antibacterianas (Chen, 2015). Compuestos fenólicos del lúpulo El lúpulo (Humulus lupulus L.) es un miembro de la familia Cannabaceae, es originario de Europa, Asia y América del Norte. Se sabe comúnmente que los conos de lúpulo se usaron en cervecerías durante siglos, debido a su aroma y amargor (Kaškonas, Stanius, & Kaškoniene, 2016). El papel principal de los lúpulos en la elaboración de cerveza es la conservación de los productos provenientes de la isomerización de resinas de cerveza por el lúpulo, el sabor de la cerveza por sus aceites esenciales y productos de isomerización y el aumento de los niveles de polifenoles en el mosto y la cerveza (Karabin, Hudcova, & Jelinek, 2015). Los flavonoides que más destacan en el lúpulo son de la subclase prenilflavonoides, estos son flavonoides con un grupo de prenilo unido a su anillo A, y se dividen en prenilcalconas y prenilflavanonas en función de si presentan una apertura de anillo (Hsu & Kao, 2019). Varios estudios indican que se han en encontrado alrededor de 13 derivados de esta subclase entre los que más se destacan: el Isoxanthohumol, xanthohumol, 6-prenilnaringenina, 8-prenilnaringenina, desmetilxanthohumol y deshidrocicloxanthohumol (Zołnierczyk, Mączka, & Grabarczyk, 2015). La capacidad de los compuestos fenólicos de plantas dietéticas (especialmente los prenilflavonoides) inhibe la peroxidación de lípidos inducida por el radical 1-hidroxietilo, lo que puede conducir al mantenimiento del homeostasis hepática redox y proteger las estructuras sensibles in vivo contra el daño oxidativo (Żołnierczyk, Baczyoska, & Potaniec, 2017). Xanthohumol Es un compuesto fenólico de clase flavonoide prenilado que se encuentra entre el 0,1-1% del peso seco del lúpulo, se puede aislar de las inflorescencias femeninas y también es un componente de la cerveza (Jiang, Sun, & Xiang, 2018). En las cervezas comerciales, se encuentran



menos de 0.2 mg/L, concentración que es discutida si realmente es beneficioso para la salud (Liu, Hansen, & Wang, 2015). Se ha comprobado la efectividad de pequeñas dosis de xanthohumol sobre la desregulación de glucosa y el metabolismo de los lípidos, además de ser beneficiosa para tratar o mitigar la obesidad, aterosclerosis y la enfermedad del hígado graso (Miranda, Elias, & Choi, 2016). Se ha demostrado que el xanthohumol posee propiedades anticancerígenas que se han asociado con la capacidad de eliminar los radicales libres e inducir apoptosis (Thongchot, Thanee, & Loilome, 2019). El xanthohumol también tiene propiedades antibacterianas y muestra una gran acción antibacteriana conjunta con varios antibióticos, pero es menos activo en combinación con otros compuestos del lúpulo, se ha comprobado su efectividad contra las bacterias grampositivas (Roehrer, Stork, & Ludwig, 2019). Isoxanthohumol El isoxanthohumol es el principal flavonoide de lúpulo encontrado en la cerveza. Su contenido se evalúa como 90 veces más alto que el contenido de xantohumol y puede alcanzar el nivel de 3.5 mg/ml (Bartmaoska, Tronina, & Popłooski, 2018). Durante la ebullición del mosto, el xanthohumol se convierte en gran parte en su flavanona isomérica, isoxantohumol, esta es una de las razones por la cual se puede encontrar un contenido bajo de xanthohumol en la cerveza (Guido, Carvalho, & Taborsky, 2015). Esta flavanona se ha considerado específicamente como prenilflavanona cervecera, ya que es el principal producto isomérico de la ciclación del xantohumol que se forma durante el procesamiento del lúpulo y la elaboración de cerveza (Kim, Yim, & Han, 2019). Se ha encontrado que posee numerosas actividades biológicas con efectos potencialmente beneficiosos para el ser humano. Las funciones a la salud incluyen propiedades antioxidantes, antiinflamatorias, antibacterianas, antivirales, antitumorales y proestrogénicas (Stompor, Świtalska, & Podgórski, 2017). El isoxanthohumol posee actividad estrogénica, aunque es débil, pero cuando esta se convierte en la 8-prenilnaringenina por acciones enzimáticas de la microbiota intestinal, su funcionalidad y poder



estrogénico aumenta considerablemente (Büchter, Havermann, & Koch, 2016). 8-prenilnaringenina La 8-prenilnaringenina (flavonona prenilada), es el fitoestrógeno más potente que se haya aislado y puede ser una alternativa a los regímenes de tratamiento con terapia de reemplazo hormonal (Bartmaoska, Tronina, & Huszcza, 2017). Recientemente se han comercializado varios suplementos farmaceuticos a base de lúpulo, para el aumento de senos que contienen hasta 1000 mg de 8-prenilnaringenina, lo que potencialmente amplifica la ingesta de este compuesto de muchas mujeres en edad fértil (Solak, Santos, & van den Berg, 2014). Su administración representa un nuevo enfoque terapéutico para el tratamiento de los síntomas menopáusicos y post-menopáusicos que se producen como consecuencia de una disminución progresiva de los niveles hormonales en las mujeres (Štulíková, Karabín, & Nešpor, 2018). 6-prenilnaringenina Este flavonoide prenilado se puede encontrar en lúpulos y cervezas en muy bajas concentraciones, los flavonoides, incluidos los prenilflavonoides, también muestran actividad contra el cáncer. A pesar del potencial conocido de 6 y 8-prenilnaringenina como agentes naturales contra el cáncer, los mecanismos celulares exactos siguen siendo desconocidos (Venturelli, Niessner, & Sinnberg, 2018).

Desmetilxanthohumol El desmetilxanthohumol, una hidroxichalcona prenilada, aislada de conos de lúpulo, posee bioactividades antiplasmodiales, antiproliferativas y antioxidantes (Teng, Li, & Yang, 2017). Beneficios de los polifenoles contenidos en la cerveza sobre la microbiota intestinal



El contacto de los polifenoles con la microbiota intestinal tiene lugar principalmente en el colon, donde la microbiota posee una mayor población, los polifenoles tienen un efecto sobre las bacterias disminuyendo su proliferación, por otro lado, la microbiota colónica actuará por medios enzimáticos sobre estos compuestos funcionales, dando como resultado metabolitos más con alto poder bioactivo, esta combinación está asociada con efectos cardioprotectores. (Moreno, 2017). La cerveza y la osteoporosis Estudios realizados indican a la cerveza como una fuente rica de silicio en la dieta que es importante para el crecimiento y el desarrollo de los huesos y el tejido conectivo. Sin embargo, aún se requiere mayores estudios clínicos sobre la asociación entre la ingesta de cerveza y la prevención de la osteoporosis. Además, como producto de la fermentación de los cereales, la cerveza incluye vitaminas del complejo B. La mayoría de ellos se envían en pequeñas cantidades, sin embargo, el contenido de folato y colina es significativo (de Gaetano, Costanzo, & Di Castelnuovo, 2016).

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 4.1 Conclusiones El consumo moderado de cerveza trae consigo beneficios para la salud humana, ya que esta posee una gran variedad de compuestos fenólicos con características funcionales muy importantes, estos compuestos bioactivos o funcionales siguen aún en constantes estudios experimentales, pero se ha demostrado su efectividad para el tratamiento de enfermedades causadas por estrés oxidativo como el cáncer, arterioesclerosis, osteoporosis y diabetes.



Los componentes fenólicos de la cerveza también poseen la capacidad de actuar como antimicrobianos naturales, lo que mejora la estabilidad de toda la microbiota intestinal. El componente funcional isoxanthohumol es una de la flavononas que se encuentra en mayor cantidad en la cerveza, tiene una función como fitoestrógeno, y se lo utiliza para el tratamiento de la menopausia.

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COMPUESTOS FUNCIONALES PRESENTES EN LA CERVEZA Y …concentración final de polifenoles (Estruch,...

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