Fibra dietética, microbiota y procesos tecnológicos innovadores

Un concepto al que se presta una creciente atención es la microbiota intestinal como una vía para mejorar la salud. La microbiota intestinal hace referencia al conjunto de microorganismos presentes en el aparato digestivo con funciones cruciales sobre la salud, tales como acciones metabólicas, inmunológicas y protectoras (Jumpertz et al., 2011).

La microbiota, nos ha provisto a los seres humanos desde tiempos ancestrales de funciones nutricionales esenciales como la digestión de la lactosa y la celulosa, la degradación de toxinas o la biosíntesis de vitaminas, moléculas señalizadoras y otros compuestos esenciales (Amato et al., 2019). Su composición está íntimamente ligada a la alimentación y el estilo de vida de manera que la alteración de la misma puede estar relacionada con una serie de enfermedades crónicas como la diabetes, obesidad, cáncer y enfermedades cardiovasculares (Goodrich et al., 2014; Wang et al., 2011).

Este conjunto de microorganismos presentes en el aparato digestivo, sus genomas y las condiciones ambientales en las que habitan constituyen el denominado microbioma. El impacto de la dieta y, más particularmente, de una dieta rica en fibra sobre el microbioma y la producción de metabolitos que tienen un efecto positivo en la salud ha despertado un gran interés en la población general.

La fibra dietética prebiótica actúa como alimento para estas bacterias beneficiosas en nuestro tracto intestinal, promueve el crecimiento microbiano e induce una serie de efectos beneficiosos sobre la salud. Desde hace décadas se está produciendo un descenso progresivo en la ingesta diaria de fibra en la población en general, debida al cambio en los estilos de vida que ha perjudicado a la microbiota y, por ende, ha favorecido la aparición de diversas patologías asociadas a esta disrupción.

Por esta razón, la promoción del consumo de frutas y verduras y el enriquecimiento de determinados productos de alimentación en fibra dietética es una estrategia que se viene realizando con mayor intensidad en el desarrollo de nuevos alimentos. Sin embargo, la incorporación de la fibra en la formulación de estos no siempre resulta sencilla desde el punto de vista tecnológico y es necesario explorar formas innovadoras para obtener mejores condiciones de aplicación de este ingrediente. 

Fibra dietética prebiótica 

El consumo regular de fibra dietética está asociado con una serie de beneficios sobre la salud entre los que se incluye la correcta función metabólica, la reducción del riesgo de padecer enfermedades cardiacas y la contribución al mantenimiento de un peso saludable (Sha et al., 2020).

Son diversas las definiciones del concepto de fibra dietética e, incluso, en ocasiones ha sido controvertido en relación a los componentes que se deben considerar incluir en la definición. Una de las más extendidas hace referencia a los polímeros de carbohidratos que incluyen 10 o más unidades monoméricas, que son resistentes a la hidrólisis por enzimas endógenas (por tanto, capaces de resistir la digestión en el intestino delgado) y que pueden ser fermentados por los microorganismos presentes en el colon (Jones, 2014). 

Por otra parte, y de acuerdo con la solubilidad en agua, la fibra dietética total puede clasificarse en dos grupos: fibra dietética soluble (FDS) y fibra dietética insoluble (FDI). La relación entre ambas determina sus propiedades fisicoquímicas y sus efectos nutricionales y sobre la salud, que se recogen de manera resumida en la Tabla 1. Desde el punto de vista de la salud, ambos tipos de fibras son complementarios por lo que es deseable un balance entre ambas con un 30-50% de FDS y un 50-70% de FDI; es decir, una relación FDS/FDI cercana a 1:2 (Jaime et al., 2002).

Las fibras con bajo grado de polimerización pueden ser degradadas en pequeñas partículas en el tracto intestinal con una fermentación más rápida. Las partículas más pequeñas son más propensas al ataque de las enzimas de los microorganismos, mientras que las fibras solubles, mas viscosas con una alta capacidad para retener agua y formar heces, y, por ello, con menor capacidad para quedar expuestas a los microorganismos, son más resistentes a la fermentación (Tuncill et al., 2020). El resultado de este proceso de fermentación es una serie de compuestos que pueden, precisamente, modular la estructura y la diversidad del microbioma. 

Por tanto, la fermentación de la fibra a nivel de colon está marcada por el grado de polimerización de la misma, el tamaño de partícula, solubilidad, viscosidad y otros parámetros relacionados con la fuente de origen de la propia fibra y la especificidad de las bacterias (Gill, Rossi, Bajka, & Whelan, 2021; Tuncil et al., 2020).

La recomendación de consumo de fibra de acuerdo con la Autoridad Europea en Seguridad Alimentaria (EFSA) es de 25 g/día para la población adulta (Opinión científica de valores de referencia para carbohidratos y fibra dietética, 2023). Sin embargo, su consumo ha ido decreciendo a medida que los estilos de vida actuales promueven un mayor número de alimentos procesados, con reducido contenido de este nutriente, en detrimento de la ingesta de frutas y verduras, fuentes naturales de fibra que generan un efecto prebiótico. 

Un nutriente prebiótico está definido como un ingrediente fermentado de forma selectiva que da lugar a modificaciones específicas en la composición y/o actividad de la microbiota gastrointerestinal confiriendo beneficios sobre la salud del hospedador (Gibson et al., 2017). Los prebióticos tienen la habilidad de procurar un ambiente favorable para el crecimiento de microorganismos beneficiosos, y disponen del potencial para proveer actividad bacteriostática contra células patogénicas (Wang, 2020).

Está demostrado que los prebióticos son importantes para el mantenimiento de un balance adecuado de bacterias del tracto intestinal, lo que incide en un impacto directo en la salud general (He et al., 2022; Hua et al., 2021). Los carbohidratos prebióticos son carbohidratos no digeribles que son fermentados por la microbiota intestinal y muestran diferentes efectos positivos sobre la salud. Entre ellos, cabe citar los fructooligosacáridos, inulina y los galacto oligosacáridos. No todas las fibras pueden ser clasificadas como prebióticas; sin embargo, la mayoría de los prebióticos pueden ser clasificados como fibras prebióticas (Slavin, 2013). 

La beneficiosa y compleja relación entre fibra y microbiota 

Como se ha citado anteriormente, el consumo de fibra promueve las relaciones metabólicas entre las comunidades de bacterias presentes en el tracto intestinal. La fermentación de la fibra dietética en el colon está dirigida por la microbiota y, este proceso, continúa ganando atención gracias a los beneficios de la capacidad fementativa de la fibra o fibras prebióticas que han sido asociados con distintos efectos beneficiosos sobre la salud humana (Koleva, Valcheva, Sun, Ganzle, & Dieleman, 2012; Valcheva et al., 2022; Valcheva & Dieleman, 2016).

Gran parte de estos efectos beneficiosos de la fibra dietética se atribuyen a la influencia en el microbioma y la promoción en la producción de determinados metabolitos beneficiosos entre los que se encuentran gases como el metano, H2 o el CO2, lactato, succinato y los ácidos grasos de cadena corta (AGCC). Entre estos AGCC se encuentran, de manera mas abundante, el acetato, propionato o el butirato, que son utilizados como sustratos por las células de la mucosa intestinal y son transferidos a la circulación a través de la vena porta hepática como moléculas señalizadoras, para unirse a determinados receptores donde pueden activar complejos procesos en órganos cruciales como hígado, cerebro, pulmones, tejido adiposo y otros órganos. 

Los AGCC juegan un papel crucial en la regulación de procesos metabólicos, procesos inmunológicos, mantenimiento de la barrera intestinal, neurobiología, funciones del esqueleto y la supresión de los procesos de inflamación y carcinogénesis o en la modulación de la diabetes (McHardy et al., 2013). En la Figura 1, se resumen los principales beneficios de estos procesos.

Dietas ricas en fibra han demostrado de manera consistente que incrementan la biodiversidad del microbiona y la producción de AGCC en el tracto intestinal (Zhang, Fan, Huang & Zuo, 2022).

La alteración en el microbioma, conocida como disbiosis, supone un proceso de readaptación y genera un impacto en la salud humana (Malesza et al., 2021). Las dietas desequilibradas, pobres en consumo de fuentes de fibra, o las situaciones como el estrés son algunas de los desencadenantes de la disbiosis e inducen un incremento de la permeabilidad intestinal, favoreciendo la entrada de, por ejemplo, moléculas proinflamatorias que son desencadenantes de problemas digestivos como la gastritis, el síndrome del intestino irritable, diabetes, enfermedades cardiovasculares e incluso cáncer de colon. Además, la disbiosis de la microbiota se relaciona con uno de los posibles factores asociados a enfermedades neurológicas como el párkinson o la depresión 

Tecnología para mejorar la fibra dietética 

La fibra dietética es un aliado en la promoción de la salud, ya que contribuye al mantenimiento de múltiples funciones entre las que está el mantenimiento de un balance estable de la microbiota (Ni et al., 2023). Conscientes del vínculo entre consumo de fibra dietética prebiótica y la salud intestinal, es lógico que los consumidores pensemos en incrementar el consumo de alimentos ricos en fibra como frutas, verduras, cereales integrales y/o leguminosas, y que la industria de alimentos se esfuerce por desarrollar nuevos alimentos o suplementar con fibra los ya existentes.

Los efectos que se generan sobre la salud con el consumo de fuentes de fibra están asociados además a la presencia de los citados tipos de carbohidratos complejos junto a compuestos antioxidantes, vitaminas y minerales. La presencia mayoritaria de fibra insoluble de forma natural en determinados cereales, y en subproductos como la propia cascarilla de cereales o subproductos del procesado de frutas y/o verduras que pueden ser utilizados como ingrediente para la formulación de alimentos ricos en fibra, afecta negativamente a su funcionabilidad a la hora de formular productos de alimentación generando un detrimento de las características físicoquímicas, funcionales y sensoriales en el producto final. 

 Ante esta situación, es interesante evaluar cómo determinadas tecnologías de procesado innovadoras pueden ayudar a mejorar la aplicabilidad y la funcionalidad de la fibra en el desarrollo de nuevos alimentos y favorecer su aplicabilidad y consumo a través de una mejora de las características funcionales y de la experiencia sensorial. 

El empleo de tecnologías físicas sobre este tipo de materiales, como la extrusión, puede incrementar la extractabilidad de las fibras solubles y de los compuestos bioactivos (como polifenoles) del material celulósico y, por tanto, mejora la biodisponibilidad de compuestos bioactivos de interés, en relación a su efecto modulador sobre la microbiota, mediante la mejora de la fermentabilidad de la fibra (Nauman et al., 2021). Así mismo, la aplicación de esta tecnología puede mejorar la aplicabilidad de fuentes de fibra como los subproductos agroalimentarios modificando la solubilidad de la fibra y mejorando el ratio entre FDI/FDS.

El empleo de tecnologías como la extrusión en el procesado de fuentes de fibra vegetales procedentes del procesado de alimentos produce cambios en la estructura interna que afectan a las propiedades físicoquímicas, mejorando la aplicabilidad y aceptabilidad de la misma, y se ha podido comprobar que mejora su efecto modulador de la microbiota a través de la promoción de algunas cepas y el incremento en la producción de AGCC (Leonard et al., 2022).

Conclusiones: En un futuro cercano 

La evidencia en la interrelación entre dieta, microbiota y salud abre una ventana a la intervención a través del patrón de alimentación. En concreto la relación entre fibra dietética prebiótica y su función en la composición de la microbiota se presenta como una forma sencilla de intervención. Sin embargo, el importante descenso en el consumo de alimentos naturalmente ricos en fibra como frutas y verduras ha movilizado a la industria de alimentos a enriquecer alimentos suplementando los ya existentes con fibras prebióticas.

La fibra dietética puede ser obtenida de la dieta como carbohidrato naturalmente presente en los alimentos en numerosas fuentes vegetales como cereales y también en sus subproductos (pieles, peladuras, semillas etc.), o como carbohidrato extraído a partir de materias primas alimentarias mediante métodos físicos, enzimáticos o químicos, o como polímeros de carbohidratos sintéticos.

La tecnología de extrusión ha demostrado su importancia para favorecer la aplicación de diversas fuentes de fibra en el desarrollo de nuevos productos de alimentación con una mejora de su valor tecnofuncional, a la vez que aporta sustratos que favorecen el desarrollo de la microbiota.