Desde el punto de vista de la nutrición animal pueden considerarse dos grupos de leguminosas: las denominadas forrajeras y las leguminosas-grano. Entre las primeras se encuentran especies como alfalfa (Medicago sativa), trébol blanco (Trifolium repens), trébol rojo (Trifolium pratense) y otras, utilizadas tradicionalmente en la alimentación de los animales rumiantes como forraje. El segundo grupo incluye principalmente haba (Vicia faba), guisante (Pisum sativum) y diversas especies de altramuz (Lupinus spp), que se usan sobre todo en alimentación de aves y cerdos aunque también, en menor medida, en piensos para rumiantes. La importancia de las leguminosas-grano ha aumentado en los últimos años debido a la prohibición del uso de harinas animales en la fabricación de piensos en la Unión Europea como consecuencia de la crisis de la Encefalopatía Espongiforme Bovina (EEB). Por otra parte, en los últimos años se ha dado especial relevancia al hecho de que las leguminosas pueden contribuir a la llamada transición hacia una agricultura y sistemas agro-alimentarios sostenibles (Voisin et al., 2014). En general, las leguminosas-grano tienen un elevado contenido en proteína (25-45%, dependiendo del género e incluso de la especie botánica) pero, además, presentan un elevado contenido en carbohidratos. Sin embargo, el uso de estas materias primas en alimentación animal, si bien está incrementándose, aún está lejos de los valores teóricamente posibles teniendo en cuenta su contenido en nutrientes. Por ello, uno de los retos científicos actuales en el ámbito de la Producción Animal es determinar los factores que limitan la eficiencia nutricional de las raciones basadas en leguminosas-grano.


Debido a que las semillas de leguminosas se utilizan fundamentalmente como concentrados proteicos, la utilización biológica de la proteína determina el uso de raciones basadas en leguminosas como la única o principal fuente de proteína. Existe una cierta información acerca de la utilización nutritiva y metabólica de la proteína de ese tipo de raciones en monogástricos. En general, puede decirse que la utilización neta de la proteína no sobrepasa el 65-70% cuando las leguminosas-grano constituyen la única fuente de proteína en la dieta, valores inferiores a los observados con proteínas de origen animal, que suelen superar el 90%. Por esta razón, las recomendaciones de incorporación de leguminosas-grano a las raciones para monogástricos (cerdos, pollos de engorde) no suelen superar el 15% (http://www.fundacionfedna.org/concentrados_proteina_vegetal). Esta menor utilización de la proteína se acompaña a veces de alteraciones fisiológicas e incluso histológicas. Los factores que limitan la utilización nutritiva de las leguminosas en monogástricos pueden incluirse en dos grupos: presencia de substancias no-nutricionales y problemas relacionados con la utilización nutricional de la proteína.


1.- Presencia de substancias no-nutricionales (SNN). Las SNN son compuestos vegetales secundarios que ejercen una función defensiva de las plantas frente a plagas y parásitos vegetales, que no tienen una función específicamente nutricional, pero sí una determinada actividad biológica al ser ingeridos. En un primer momento, su interés en Nutrición, tanto humana como animal, se debió a la observación de que, en determinadas proporciones, pueden afectar negativamente a la utilización digestiva y/o metabólica de nutrientes. Actualmente, su interés científico está más centrado en los efectos biológicos de estos compuestos. El tipo y la concentración de las SNN varían mucho en las diferentes especies vegetales. Se hará mención aquí sucintamente de algunas de las más relevantes.



Los denominados inhibidores de Proteasas deben su efecto negativo a su capacidad para unirse al inhibidor de modo similar a como lo harían con el substrato, formando un complejo estable enzima-inhibidor debido a los numerosos enlaces complementarios que se producen en la zona de contacto (Liener y Kakade, 1980). En consecuencia, inhiben la actividad trípsica y quimotrípsica intestinal, lo que puede ocasionar una serie de alteraciones fisiológicas y productivas relacionadas con la pérdida endógena de aminoácidos. En habas (Vicia faba) y guisantes, la opinión más generalizada es que estos inhibidores pueden provocar hipertrofia del páncreas, pero tienen escaso efecto sobre el crecimiento de los animales (Wilson, Bentley y McNab, 1972a; Wilson, McNab y Bentley 1972b; Marquardt, Campbell y Ward, 1976).



Los fitatos son sales del ácido fítico (mio-inositol hexafosfato), se localizan únicamente en el cotiledón de las semillas y constituyen la principal reserva de fósforo aportando el 60-90% de este elemento. Forman compuestos insolubles en el tracto digestivo con cationes o proteínas (Reddy, Sathie y Salunkhe, 1982; Selle, Cowieson, Cowieson y Ravindran, 2012). En raciones prácticas para animales, a pesar de que estos compuestos pueden afectar negativamente a la utilización de algunos microelementos y proteínas, no existe consenso acerca de su efecto final sobre el crecimiento de los animales. Sin embargo, el uso de fitasas industriales (enzimas capaces de degradar fitatos y por tanto facilitar la absorción de fósforo) se ha generalizado en nutrición animal por razones medioambientales, ahorro en el uso de fósforo mineral en las raciones y prohibición del uso de harinas de hueso y carne en piensos (Selle et al., 2012).



Los taninos son compuestos polifenólicos solubles en agua, que están presentes en las plantas pudiendo ser hidrolizables o condensados (Jansman, 1993). Los taninos son astringentes y afectan considerablemente al valor nutritivo de las leguminosas por disminuir la palatabilidad de la ración y la digestión enzimática intestinal (Jansman, Huisman y van der Poel, 1993). Jansman et al. (1993) investigaron en los lechones los efectos de dietas con 300 g / kg dieta de diferentes cultivares de haba y observaron una baja digestibilidad de la proteína para concentraciones de taninos de 1,0 a 2,3 g / kg de dieta. Flis, Sobotka, Purwin y Zdunczyk (1999) no encontraron efecto perjudicial sobre la tasa de crecimiento de cerdos (25-63 kg de peso corporal) alimentados con dietas que incluían 0,07 a 0,59 g de taninos / kg dieta. Por lo que respecta a los rumiantes, la planta de guisante ha sido bastante estudiada como forraje. Se ha utilizado en terneros en crecimiento como suplemento de dietas basadas en subproductos, con efectos mínimos sobre la digestibilidad de los nutrientes pero con una disminución importante de la ingesta (Soto-Navarro et al., 2004), que puede ser un síntoma de toxicidad debida a la presencia de algunos compuestos secundarios (D’Mello, 1992). Gelvin, Lardy, Soto-Navarro, Landblom y Caton (2004) observaron que la planta de guisante no afectaba ni a la fermentación ruminal ni a la digestibilidad de nutrientes en terneros. También se ha empleado la planta de guisante en dietas de corderos (Loe, Bauer, Lardy, Caton y Berg, 2004) para sustituir a la soja (Glycine max) sin que se afectase la producción del animal.



Las lectinas son proteínas de origen vegetal que aglutinan células y muestran especificidad de tipo anticuerpo para unirse a azúcares (Liener, Sharon y Lis, 1980). Se las ha definido como substancias de origen no inmune, que se unen específicamente a carbohidratos y aglutinan células o precipitan polisacáridos. Aunque existe controversia parece que su efecto tóxico se ejerce a través de su interacción con la mucosa intestinal. La unión de determinadas lectinas a los enterocitos se acompaña de lesiones histológicas (Pusztai, Croy, Grant y Stewart, 1983; Rubio, Brenes y Castaño, 1989; Rubio, Brenes y Castaño, 1990) y otras alteraciones en el recambio y división celular, lo que repercute negativamente no sólo en la absorción de otras substancias, sino también en la producción y funcionalidad de los enzimas digestivos producidos por los enterocitos. Si bien el efecto tóxico de algunas lectinas es muy acusado y explica, en gran parte, el bajo valor nutritivo de semillas como la judía (Phaseolus vulgaris) en estado crudo, en otros casos (habas, guisante, lenteja) estas proteínas no tienen un efecto tóxico demostrado. Por ejemplo, la incorporación a una ración testigo para ratas de una cantidad de lectina de haba o lenteja tres veces superior a la encontrada en la ración con semillas completas no afectó ni a parámetros productivos ni fisiológicos (Rubio et al., 1990; Cuadrado et al., 2002).



Diversas substancias biológicas, principalmente determinados carbohidratos y fibra, son parcial o totalmente no degradables en el tracto digestivo de los monogástricos debido a la ausencia del equipo enzimático necesario para su hidrólisis. Si bien no pueden considerarse SNN, estos compuestos han suscitado un gran interés en los últimos años en nutrición, tanto humana como animal, debido a sus posibles efectos sobre determinadas funciones fisiológicas. En atención al número de restos hidrocarbonados de su estructura se clasifican en oligo- y polisacáridos. Entre los primeros, los más estudiados son los azúcares relacionados con la rafinosa (α-galactósidos), que tienen en común la presencia en su molécula de uno o más grupos α-D-galactopiranosilo. Los animales monogástricos y el hombre no poseen el enzima α-galactosidasa, requerido para el desdoblamiento de estas substancias en el enlace α-1,6. No obstante, los microorganismos del tracto digestivo, fundamentalmente los del intestino grueso, son capaces de degradar los compuestos mencionados dando lugar a ácidos grasos volátiles, H₂, CO₂ y metano. Esta producción de gas da lugar a flatulencia y osmolaridad, que confieren a estas sustancias características antinutritivas (Wiggins, 1984). Trabajos realizados en aves (Treviño, Centeno, Brenes, Yuste y Rubio, 1990) demuestran una muy escasa influencia de este tipo de oligosacáridos, presentes en las semillas de altramuz y guisante, sobre los parámetros productivos y la digestibilidad del almidón en aves. Su interés en nutrición se relaciona más bien con sus efectos sobre la composición de la microbiota intestinal, como se detalla más adelante.1



2.- Utilización nutricional de la proteína. A pesar de que las leguminosas grano se consideran esencialmente fuentes de proteína, su ingestión, tanto en animales como en humanos, promueve aumentos de la excreción intestinal de proteínas endógenas y del N en orina, cambios en las concentraciones de aminoácidos en plasma, modulación de los lípidos plasmáticos y colesterolemia y reacciones inmunes adversas, que generan alergias alimentarias. Por tanto, el valor nutritivo de las leguminosas está estrechamente ligado a la utilización nutricional de sus proteínas, la cual viene determinada fundamentalmente por su composición aminoacídica y por su digestibilidad intestinal.



Por un lado, hay que señalar que la proteína de las semillas de leguminosas es deficiente en algunos aminoácidos esenciales, principalmente cistina y metionina. Sin embargo, la incorporación de estos aminoácidos a raciones basadas en leguminosas tan sólo mejora ligeramente los índices productivos y fisiológicos de los animales. Así por ejemplo, la administración de suplementos de lisina no mejoró la ganancia de peso en cerdos alimentados con harina de semilla de altramuz, en comparación con la harina de soja (Batterham, Andersen, Lowe y Darnell, 1986).



Por otra parte, se ha prestado bastante atención a la digestibilidad de la proteína en leguminosas, considerándose que mientras la mayor parte de las proteínas de origen animal son rápidamente degradadas a aminoácidos en el tracto digestivo, las vegetales son generalmente más resistentes a la hidrólisis (Bressani y Elias, 1980). Esto se ha considerado un factor determinante de su bajo valor nutritivo (Romero y Ryan, 1978), aunque la información existente a este respecto es contradictoria. Con metodologías similares se ha estudiado la digestibilidad de la proteína de habas y guisantes, que es superior al 80% (Gatel, 1992), valor suficientemente elevado. Por otra parte, se ha demostrado tanto in vivo como in vitro que las proteínas e incluso los aminoácidos de las leguminosas no son per se menos digestibles que otras de origen animal como lactoalbúmina o caseína (Rubio, 2000a; Rubio, Múzquiz, Burbano, Cuadrado y Pedrosa, 2002).



Hasta hace poco, se suponía que las proteínas de la dieta se degradan en el tracto gastrointestinal dando lugar a aminoácidos, que luego son absorbidos y utilizados, principalmente en el hígado, para sintetizar proteínas o formar parte de la reserva de aminoácidos del organismo. Este enfoque simplista ha cambiado en las últimas décadas, pues se ha observado que determinadas proteínas alimentarias, p. ej. lectinas e inhibidores de proteasas (ver arriba), pueden influir significativamente en una serie de funciones fisiológicas. Con objeto de profundizar en el estudio de su valor nutritivo, se han empleado fracciones purificadas de las proteínas de leguminosas-grano para poder discriminar los efectos debidos a la proteína de los debidos a otras fracciones químicas de la semilla como p. ej. carbohidratos o fibra. Sin embargo, son muy escasos los estudios realizados in vivo hasta el momento con proteínas purificadas, y la mayor parte se han centrado en proteínas globulares de soja y judía como la faseolina (Nielsen, 1991). Sgarbieri y Whitaker (1982) observaron, en ratas, que si bien la digestibilidad de la faseolina es del 80-90% su presencia en la dieta daba lugar a una hipersecreción, en el intestino, de material insoluble rico en N. La sustitución de un 60% de la lactoalbúmina por proteína purificada de haba produjo alteraciones fisiológicas y productivas similares a las observadas con semillas enteras de esta leguminosa (Rubio, Grant, Bardocz, Dewey y Pusztai, 1991), y algo similar se produjo con otras proteínas de leguminosas (Rubio, Grant, Cavallé, Martínez-Aragón y Pusztai, 1994; Rubio, Grant et al., 1998). Ello sugiere que la fracción principalmente responsable de la menor retención de N en raciones basadas en harina de haba sea, probablemente, su proteína de almacenamiento, y no otros factores, como las SNN. Aubry y Boucrot (1986), en ensayos in vivo realizados en ratas, mostraron que proteínas de leguminosas como la vicilina y legumina del guisante tienen una absorción intestinal tan elevada como la de la caseína. Sin embargo, el valor nutricional de las dietas con proteínas purificadas de leguminosas o incluso con semillas enteras, que contienen poca o ninguna cantidad de SNN, es inferior a la de las dietas control a pesar de que tanto la digestibilidad fecal como la ileal o el N fecal no diferían de los valores del grupo control (Rubio et al., 1991; Rubio et al., 1994; Rubio, Grant et al., 1998; van der Poel, Dellaert, Norel y Helpster, 1992). Estos resultados sugieren que las globulinas de leguminosas no desnaturalizadas son per se altamente digestibles en el intestino delgado, y por tanto, la menor digestibilidad de las proteínas, cuando se presenta en la semilla entera, puede deberse a otros factores como la presencia de SNN o algún tipo de complejo fibra-proteína (Jezierny et al., 2011).



Sin embargo, a pesar de su alta digestibilidad, la inclusión de globulinas purificadas de altramuz, haba, garbanzo o soja en raciones para ratas tuvo un importante efecto sobre el rendimiento nutricional provocando disminución en el ritmo de crecimiento de los animales (Rubio, Grant, Scislowsky et al., 1995; Rubio, Grant et al., 1998). A excepción de las globulinas de soja, este menor rendimiento fue acompañado por un aumento significativo de la excreción de urea en la orina. Dado que la urea es el producto final del catabolismo proteico en los mamíferos, valores plasmáticos de urea más elevados se asocian con alteraciones en el metabolismo de las proteínas, concretamente con el aumento de su degradación. Esto da lugar a una pérdida de N en la orina y a una menor retención de N con valores netos de utilización de proteínas también menores, incluso cuando se suplementa la dieta con aminoácidos esenciales (Rubio, 2000a). 



Algunos estudios se han orientado hacia la determinación de los perfiles de aminoácidos en el plasma de animales alimentados con raciones a base de leguminosas. Las concentraciones plasmáticas de glicina, histidina y arginina fueron más elevadas en ratas alimentadas con dietas basadas en harina de habas, altramuces, garbanzos y soja o sus respectivas proteínas purificadas cuando se comparaban con los controles, mientras que los niveles de treonina, leucina y lisina eran más bajos. Tirosina, asparagina, glutamina y serina no se vieron afectados significativamente, mientras que alanina, metionina, isoleucina, fenilalanina y ornitina no siempre se afectaban (Rubio, Grant, Daguid, Brown y Pusztai, 1999). Una menor disponibilidad de lisina en ratas y cerdos alimentados con altramuz blanco (Lupinus albus) también fue observada por Batterham et al. (1986). Por lo tanto, los efectos sobre las concentraciones de aminoácidos en plasma, al menos para la lisina, son rápidos y probablemente independientes de la suplementación con aminoácidos deficientes en la dieta. Como resultado, la mezcla de aminoácidos disponibles para la síntesis de proteínas en los tejidos en un momento dado, particularmente en el hígado, podría estar desequilibrada y, en consecuencia, disminuir la tasa de síntesis de proteínas aumentando el catabolismo de aminoácidos (Benevenga, Gahl, Blemings, 1993). Utilizando cultivos de células Caco-2 se ha observado que los aminoácidos de las proteínas de leguminosas son absorbidos a ritmos diferentes que los de otras proteínas de origen animal como la caseína (Rubio y Seiquer, 2002). Podrían, por tanto, producirse diferencias en las proporciones de aminoácidos en sangre como consecuencia de la ingestión de diferentes proteínas, lo que podría dar lugar a diferencias en las tasas de síntesis proteica en los tejidos, las cuales a su vez tienen un efecto directo sobre el crecimiento de los animales. De hecho, existe información que sugiere un efecto fisiológico de las proteínas de leguminosas sobre el metabolismo de las proteínas (Rubio, 2000a). Finalmente, determinados efectos de las leguminosas sobre el sistema inmune también podrían explicar, al menos en parte, su menor valor nutritivo, aunque los mecanismos implicados en estos efectos inmunológicos no están claros y los alérgenos no han sido identificados (Dréau, Lallès, Philouze-Rome, Toullec y Salmon, 1994; Lallès, Dréau, Féménia, Parodi y Toulec, 1996; Rubio, Rodríguez, Fernández y Crespo, 2004).



Tanto para humanos como para animales superiores, el acto de nutrirse puede considerarse actualmente como un proceso de interacción dinámica organismo-microbiota-alimento. Estos tres agentes, cada uno de ellos muy complejo, se modifican e interactúan de manera diferente y continua. Este carácter dinámico, en el que intervienen un gran número de factores, muchos de los cuales aún son desconocidos, hace que muchos procesos nutricionales no sean fáciles de comprender con la información actual.



El estado actual de la cuestión, en relación con algunos aspectos novedosos que han surgido en los últimos años en el ámbito de la Nutrición, permite comprender hasta qué punto esta interrelación es estrecha. La relación organismo-alimento ha sido la más estudiada, ya que a ella se ha dedicado casi exclusivamente la investigación en Nutrición desde el S. XVIII, momento en que puede datarse su inicio como ciencia. Aspectos relativamente bien conocidos son la composición de los alimentos, la digestibilidad, utilización digestiva y metabólica de nutrientes y energía, etc. Sin embargo, durante los últimos decenios se han ido acuñando una serie de términos referidos a nuevos conceptos, entre los que pueden citarse “alimentos funcionales”, “nutracéuticos”, “nutrigenómica”, etc. Todos ellos aluden a determinados efectos, no estrictamente nutricionales, de los alimentos sobre la fisiología o, incluso, sobre el genoma del organismo que los consume. Estos efectos se deben a determinados compuestos biológicamente activos que se encuentran en los alimentos y que no ejercen un efecto nutricional concreto ya que no son utilizados para la formación de tejido, suministro de energía, aporte de nutrientes, etc. Sin embargo, son capaces de modificar la fisiología digestiva, la estructura histológica, la composición de la microbiota intestinal, el funcionamiento del sistema hormonal e inmunitario, etc. 



El concepto de alimento funcional nació en los años 80 del siglo pasado en Japón, y apareció publicado y descrito por primera vez en 1993 en un artículo titulado “Japón explora la frontera entre alimento y medicina” (Arai, 2002). Los efectos observados tras la ingestión de determinadas proteínas alimentarias, presentes en las semillas de leguminosas, como las proteínas de almacenamiento, inhibidores de proteasas, lectinas, etc. permiten considerar a estos alimentos como funcionales. Desde hace tiempo se reconoce que la sustitución en la dieta de proteína animal por vegetal disminuye los niveles plasmáticos de colesterol y triglicéridos aunque no está claro a qué componente(s) se debe tal efecto. Sin embargo, uno de los principales candidatos es un determinado grupo de proteínas de almacenamiento, la llamada subunidad α´ de la fracción 7S de la soja, cuyos efectos, tanto in vivo como in vitro, han sido bien estudiados (Lovati et al., 1992). Algunos trabajos (Caligari et al., 2006) sugieren que la proteína de almacenamiento del altramuz podría ejercer un efecto antiproliferativo en el intestino grueso, lo que, de confirmarse, abriría interesantes líneas de trabajo. Por otra parte, proteínas de diferente estructura podrían digerirse y absorberse de modo diferente, lo que daría lugar a efectos diferentes sobre el hígado y, consecuentemente, influir sobre determinados parámetros o producir efectos nutricionales diferentes (Rubio y Seiquer, 2002). Resultados recientes de nuestro grupo (Utrilla et al., 2015) han mostrado un efecto antiinflamatorio de albúminas del guisante a nivel del colon en ratones, y otros datos no publicados sugieren un efecto directo de estas mismas proteínas sobre la absorción de glucosa en adipocitos. Es claro, por tanto, que la relación animal-alimento es más compleja de lo que se suponía hasta hace unos años, ya que no se limita a la mera incorporación de nutrientes, sino que implica una modificación, por parte de componentes del alimento, de funciones fisiológicas a veces bastante alejadas de las estrictamente nutricionales.



El estudio de la relación organismo-microbiota ha experimentado un rápido avance en los últimos años debido al desarrollo de las técnicas moleculares. El intestino de los animales superiores y del hombre alberga 10-100 mil millones de microorganismos por gramo de contenido, y en el tracto gastrointestinal total el número de microorganismos excede en 10 veces el de células somáticas del organismo. La microbiota gastrointestinal puede considerarse como un órgano microbiano, que contiene 100 veces más genes que el organismo somático y que interacciona constantemente con el soma de un modo mutualista. El conjunto de la microbiota intestinal puede considerarse como un auténtico biorreactor capaz de degradar un gran número de substancias de otro modo inutilizables (polisacáridos, algunas fracciones proteicas y amiláceas, etc.) para proporcionar, a cambio, nutrientes como ácidos grasos, vitaminas, etc. al hospedador (Bäckhed, Ley, Sonnenburg, Peterson y Gordon, 2005). Todo este complejísimo sistema, que mantiene en equilibrio no menos de 800 especies de microorganismos, no sólo proporciona nutrientes sino que modula permanente el funcionamiento del digestivo mediante al menos dos mecanismos: por su acción directa sobre las fracciones alimentarias y a través de los efectos producidos por las substancias generadas por la microbiota. Estas substancias influencian tanto su propio metabolismo como el del animal al ser absorbidas. El organismo hospedador ejerce una acción permanente sobre la microbiota por medio de las secreciones intestinales, el sistema inmunitario, la estructura antigénica, etc. Esta estructura antigénica está determinada genéticamente, lo que proporciona especificidad a la flora no sólo para cada especie animal sino también para cada individuo. En condiciones sanitarias y de alimentación normales, las principales funciones de la microbiota consisten en proporcionar una barrera sanitaria eficaz contra patógenos, estimular el desarrollo y funcionalidad del sistema inmune y aportar determinados nutrientes (vitaminas, ácidos grasos) (Roberts et al., 2015). Esta relación organismo-microbiota puede modificarse, y probablemente modularse, mediante manipulaciones en la dieta. Determinadas leguminosas pueden ser herramientas útiles en esta modulación.



Por lo que se refiere a la relación alimento-microbiota, en los últimos años se ha prestado gran atención a las posibilidades terapéuticas de la suplementación de raciones o alimentos con los llamados probióticos, prebióticos y simbióticos. Los primeros están constituidos, fundamentalmente, por células microbianas viables; los prebióticos son substancias como por ejemplo azúcares naturales o sintéticos (lactulosa, fructooligosacáridos, otros oligosacáridos) que no son digeridas en el intestino delgado y suponen un aporte nutritivo en el intestino grueso para especies microbianas beneficiosas como lactobacilos y bifidobacterias. Los simbióticos son mezclas de pro y prebióticos. Que en Scopus se puedan encontrar 17.820 referencias y más de 820 patentes referidas a “prebióticos o probióticos”, tan sólo en los últimos 10 años, es indicativo del interés que este tipo de estudios está suscitando. El posible efecto beneficioso de pro- y prebióticos se fundamenta en la hipótesis de que un mayor desarrollo o estabilidad de determinadas especies bacterianas, especialmente las llamadas bacterias lácticas, puede conllevar la limitación o supresión del desarrollo de otras potencialmente patógenas como enterobacterias, clostridios y Escherichia coli (Fuller, 1992). El mecanismo por el que las bacterias lácticas limitan el crecimiento de otras potencialmente patógenas parece basarse en la producción, por parte de aquéllas, de antibióticos específicos pero también de ácidos acético y láctico, lo que hace descender el pH del medio intestinal, que se hace menos favorable al crecimiento de otros microorganismos, especialmente de coliformes (Modler, Mckellar y Yaguchi, 1990). Dado que los componentes de la interacción alimento-intestino-microbiota son interdependientes, las modificaciones en uno de ellos repercuten, en mayor o menor medida, en todo el proceso de digestión y absorción. Estas modificaciones pueden obtenerse por medio de la inclusión en la dieta de determinadas substancias (lectinas, glucoconjugados, polisacáridos) de composición y actividad o propiedades conocidas. De este modo, el grupo del Dr Pusztai (1990) acuñó el término probiosis química para describir un procedimiento diseñado para modificar la estructura y función de la superficie de absorción de la pared intestinal por medio de aditivos naturales (lectinas, glucoconjugados), que a través de mecanismos competitivos o modificando la expresión de receptores intestinales, puede reducir la incidencia de bacterias potencialmente patógenas y/o incrementar el desarrollo de las potencialmente beneficiosas.



En la actualidad es muy relevante el estudio de los efectos que determinados polisacáridos naturales pueden ejercer sobre el equilibrio de la flora intestinal, no sólo por razones de tipo nutricional, sino también por la información que se puede generar en relación con la interrelación microbiota intestinal-composición química del alimento (Salminen et al., 1998). Controlar eficazmente la ecología intestinal en diferentes circunstancias requiere conocer los mecanismos que controlan dicho equilibrio. Por ejemplo, es sabido que en la patogenia de la enfermedad de los edemas porcina, causada por E. coli, la colonización de la pared intestinal es un paso crucial (Imberechts, Degreve y Lintermans, 1992), por lo que las modificaciones de las condiciones intestinales que dificulten este paso disminuirían el riesgo de los animales a contraer la enfermedad.



Los estudios relacionados con los efectos de las fracciones fibrosas de los alimentos de origen vegetal se han multiplicado en los últimos años en nutrición humana y animal. En el primer caso, por la observada relación inversa entre la cantidad de fibra alimentaria en la dieta y la incidencia de determinados tipos de cáncer desde los trabajos de Burkitt, Walker y Painter (1972), y en nutrición animal debido a sus implicaciones productivas. De entre los componentes principales de la ración, proteína, grasa y carbohidratos, éstos últimos conforman el grupo más heterogéneo y peor conocido en cuanto a sus efectos fisiológicos, aunque constituyen más del 50% de la ración. Entre ellos, el almidón ha sido estudiado en mayor profundidad por su importancia energética, pero no así las fracciones incluidas en lo que se ha denominado fibra dietética, que incluye polisacáridos no amiláceos (PNA) y lignina (Cummings, 1981). Mientras la lignina está constituida por polímeros de fenil-propano y es indigestible en intestino delgado y grueso, los PNA engloban fundamentalmente celulosas, hemicelulosas y pectinas, cuya composición, propiedades químicas y comportamiento en el tracto digestivo son muy variados. Hasta hace unos años se consideraba a estas fracciones prácticamente inertes en el proceso digestivo en monogástricos. Por el contrario, actualmente los efectos atribuidos a los PNA se engloban en áreas muy diversas y de gran importancia tanto desde un punto de vista fisiológico como metabólico: modificaciones en el tránsito intestinal y volumen fecal, adsorción de minerales, alteraciones en la digestión y absorción de nutrientes (proteína, grasas), influencia sobre el metabolismo de grasas (colesterol, triglicéridos) y azúcares (glucosa, insulina), efectos sobre la flora y determinados tipos de cáncer (colon). Todos estos aspectos llevan a considerar a estas substancias como integrantes de los alimentos funcionales (Salminen et al., 1998). Sin embargo, los mecanismos implicados en todos estos efectos son complejos y en gran medida desconocidos (Furda y Brine, 1990). 



En el caso concreto de las leguminosas, se ha descrito que raciones basadas en harina de altramuz dulce (Lupinus angustifolius) pueden ejercer un efecto significativo sobre la población microbiana intestinal (Rubio, Grant, Spencer y Pusztai, 1995; Rubio, Brenes, Cutuli y Setién, 1998). Se han descrito efectos significativos en aves y ratas (Rubio, Grant, Scislowsky et al., 1995) sobre las concentraciones hemáticas de colesterol y triglicéridos en animales alimentados con semilla completa de altramuz o sus fracciones fibrosas. La inclusión de harina de leguminosas en raciones para cerdos en crecimiento dio lugar a incrementos en la microbiota beneficiosa (Rubio y Peinado, 2015), efecto probablemente relacionado con la presencia de oligo- o polisacáridos en las leguminosas utilizadas.



Los PNA pueden servir como fuente nutritiva para las bacterias lácticas, cuyo crecimiento inhibiría a su vez el de coliformes. Esta hipótesis está de acuerdo con otros estudios (Mathew et al., 1993) en los que la inclusión de un galactano (un tipo de PNA) en raciones para cerdos en crecimiento dió lugar a descensos en el pH y E. coli K88 enteropatógeno en el intestino delgado sin variaciones en los índices productivos. Si bien estos autores no encontraron un efecto sobre la población intestinal de lactobacilos, conviene señalar que los arabinogalactanos de las paredes celulares vegetales constituyen fuentes energéticas para Bifidobacterium spp (Salyers, 1979), grupo considerado beneficioso. Las substancias no nutricionales, debido a su posible aplicación en beneficio del hospedador, han perdido su denominación tradicional (factores antinutritivos) y tienden a denominarse SNN en función de la actividad biológica que presentan in vivo, lo que permite su consideración como posibles alimentos funcionales. 



Así, los inhibidores de proteasas se están explorando en relación con dos posibles aplicaciones: a) agronómicas, como elementos defensivos contra parásitos o plagas vegetales, b) como agentes anticancerígenos. En relación con la primera aplicación hay que tener en cuenta el prácticamente indefinido abanico de posibilidades abierto actualmente por la biotecnología. En este momento es posible la transferencia de cualquier parte del genoma de un ser vivo a otro sin barreras (transgénesis) dando lugar a los llamados organismos genéticamente modificados (OGM). Ello ha abierto, en el caso que nos ocupa, la posibilidad de incorporar elementos defensivos nuevos para una especie vegetal determinada. Por ejemplo, la incorporación al tomate de los genes capaces de codificar la síntesis de inhibidores de proteasas (KTI) (o lectinas como GNA) confiere a aquel una defensa muy eficaz contra la larva de Heliothis virescens (Boulter, Gatehouse, Gatehouse y Cox, 1985; Christou, Capell, Kohli, Gatehouse y Gatehouse, 2006). Si bien estas técnicas abren enormes posibilidades, hay que señalar: i) que no está demostrada la inocuidad de las técnicas de transgénesis en organismos de interés nutricional (Rubio, 2000b), y ii) la existencia de datos que sugieren que los efectos debidos a la transgénesis no se limitan a los obtenidos por la técnica misma (Ewen y Pusztai, 1999). Ello supone que la modificación del genoma en un lugar determinado puede afectar el funcionamiento del genoma en otros lugares y provocar cambios en la síntesis proteica, lo que a su vez puede alterar los efectos (nutricionales) producidos por el organismo que ingiere un determinado alimento. En cuanto a la segunda posible aplicación, investigaciones llevadas a cabo en los últimos 25 años han relacionado la capacidad inhibidora del inhibidor de quimotripsina (BBI) con un claro efecto anticancerígeno tanto in vivo como in vitro (Kennedy, 1993; Clemente y Arqués, 2014).2



Se ha relacionado a los fitatos con la inhibición del crecimiento de células tumorales. La incorporación de la sal sódica de IP6 en el agua de bebida (2%), antes y después de la aplicación de un carcinógeno, ha dado lugar a disminuciones muy significativas tanto en el número como en el tamaño de tumores de colon, hígado y mama en roedores, sin ningún efecto tóxico en controles (Shamsuddin y Ullah, 1989; Ullah y Shamsuddin, 1990). Por otra parte, ensayos in vitro con cultivos de células (MCF7 del carcinoma mamario humano, HT29 del carcinoma de colon humano) han demostrado una relación inversa entre la dosis de IP6 utilizada y el crecimiento de células tumorales (Shamsuddin, 1995). Además, hay que señalar otros efectos sobre la lipidemia y la arterioesclerosis. Esta actividad se relaciona con la posible acción de los fitatos en la regulación de la relación Zn/Cu en animales hiperlipidémicos, lo que resultaría en un descenso de los valores de lípidos en sangre. Por otra parte, el efecto antioxidante de los fitatos se ha relacionado con una inhibición de la peroxidación de lípidos catalizada por metales, lo que daría lugar a una menor aparición de lesiones aórticas y, por tanto, de ateromas (Kumar, Sinha, Makkar y Becker, 2010).



También las lectinas se han investigado en relación con posibles efectos biológicos beneficiosos. Muchas de las lectinas estudiadas hasta este momento muestran una acusada capacidad mitogénica (judía, Phaseolus vulgaris, PHA) o antimitogénica (tomate, Lycopersicon esculentum, LEL). Por tanto, se está investigando el potencial de estas substancias para acelerar la maduración celular y como anti-carcinogénicos (Pusztai, 1998). También se relaciona a las lectinas con la modificación de la flora intestinal. Parece claro que el efecto de las lectinas está relacionado con la modificación, por parte de la lectina, de la estructura antigénica de la mucosa intestinal, que incrementa la capacidad de E. coli para adherirse a la pared intestinal mediante sus propias lectinas y crecer. Por tanto, parece posible modificar la mucosa intestinal para que sea más o menos receptiva a determinados tipos de gérmenes. Estudios con PHA y GNA (lectina de Galantus nivalis) han demostrado que este efecto es posible al menos en condiciones experimentales (Pusztai, Grant et al., 1993) muy probablemente debido al bloqueo, por parte de GNA, de los posibles lugares de anclaje de E. coli en la mucosa digestiva. El estudio conjunto de la estructura intestinal, la ecología microbiana y la actividad in vivo de las lectinas puede abrir interesantes posibilidades para la manipulación de la flora digestiva, con posibles consecuencias de gran importancia práctica tanto sanitarias como productivas (Pusztai, Grant, King, Clarke, 1990). Por otra parte, algunas lectinas especialmente activas son capaces de traspasar la barrera intestinal, acceder al torrente circulatorio y alcanzar órganos muy alejados del sistema digestivo modificando considerablemente el metabolismo lipídico, hidrocarbonado y proteico del animal ocasionando incluso la muerte en pocos días. El mecanismo de internalización parece ser la endocitosis en los enterocitos y transporte a la parte basal de la célula por donde accede al torrente circulatorio debido a su resistencia a la hidrólisis en los lisosomas. El estudio de la estructura química de la molécula de lectina está desvelando las secuencias de aminoácidos responsables tanto de su actividad tóxica como de su capacidad para atravesar la mucosa intestinal. Debido, además, a su especificidad por determinados azúcares complejos, que forman parte de las membranas celulares, en este momento se estudia la posibilidad de utilizar estas substancias para vehicular fármacos orales hacia determinados lugares del organismo (Pusztai, Kocsis, Grant, Ewen y Bardocz, 1993).



El estudio de éstas y otros tipos de substancias presentes en los alimentos requiere una atención científica especial ya que pueden facilitar no sólo el diseño de mecanismos capaces de modificar el proceso nutritivo en beneficio del estado sanitario o productivo del consumidor, sino también la comprensión del proceso nutritivo en sí mismo.



Las leguminosas forrajeras como la alfalfa y los tréboles se han utilizado tradicionalmente en la alimentación de los animales rumiantes (Wilkins y Jones, 2000). También la planta de guisante (Pisum sativum) se ha utilizado como forraje en terneros en crecimiento, formando parte de dietas basadas en subproductos, con efectos mínimos sobre la digestibilidad de los nutrientes pero con una disminución importante de la ingesta (Soto-Navarro et al., 2004). La disminución de la ingesta puede ser un síntoma de toxicidad debida a la presencia de algunos compuestos secundarios (D’Mello, 1992). Gelvin et al. (2004) observaron que la planta de guisante, utilizada como forraje, no afectaba ni a la fermentación ruminal ni a la digestibilidad de nutrientes en terneros. También se ha empleado la planta de guisante en dietas de corderos (Loe, Bauer, Lardy, Caton y Berg, 2004) para sustituir al maíz hasta 450 g / kg DM sin que se afectase la producción del animal. Además, la velocidad de degradación de semillas como veza (Vicia sativa), yero (Vicia ervilia), guisante, altramuz y haba es alta habiéndose observado que tras 24 horas de incubación en el rumen de corderos desaparecía más del 88% de la semilla salvo en el caso de la veza, cuya degradabilidad para ese tiempo de incubación fue menor (Aguilera, Bustos y Molina, 1992). González y Andrés (2003) determinaron, así mismo, degradabilidades ruminales de materia seca (58,8 a 69,2%) y de proteína (69,3 a 80,3%) relativamente altas en carneros.



Las semillas de leguminosas podrían ser un suplemento de interés para alimentos de baja calidad como los disponibles en el Mediterráneo. La suplementación de hoja de olivo con cebada y habas grano incrementa, tanto en ovino como en caprino, la excreción de derivados púricos (Yáñez Ruiz, Moumen y Molina, 2004), índice de la síntesis de proteína microbiana promovida por una determinada dieta en el rumen. La proteína sintetizada en el rumen es la fracción mayoritaria (70%) de la proteína disponible en el intestino para este tipo de animales a partir de la cual se atienden las necesidades que el animal tiene de este nutriente. Las semillas de leguminosas, sin embargo, se han utilizado poco en la alimentación de rumiantes y la información disponible acerca de su valor nutritivo es escasa aunque tras la prohibición del uso de harinas de origen animal en la alimentación del ganado y los problemas asociados al uso de harina de soja (importada, y modificada genéticamente y asociada a la aparición de alergia), el uso de semillas de leguminosas autóctonas es objeto de un creciente interés. Las leguminosas no solo son fuentes importantes de proteína y carbohidratos sino que presentan una serie de ventajas ecológicas: su cultivo aporta nitrógeno al suelo (Caballero, 1999) y su uso en la dieta de los rumiantes reduce la excreción de contaminantes nitrogenados en las excretas del animal puesto que su contenido en proteína es inferior al de las harinas de carne. El valor nutritivo de las semillas de leguminosas en rumiantes se conoce poco y es muy escasa la información de que se dispone sobre aspectos que determinan el valor proteico de la dieta en este grupo animal, como son la degradabilidad ruminal de la proteína, la digestibilidad intestinal de la fracción no degradada en rumen o la composición en aminoácidos de la proteína no degradada en rumen. Además, las semillas de leguminosas no solo son una fuente de proteína sino también de carbohidratos (Abreu, Carulla, Lascano, Díaz, Kreuzer y Hess, 2004), fracción cuya utilización en el rumen se conoce aún menos que la de la proteína (Goelema, Spreeuwenberg, Hof, van der Poel y Tamminga, 1998).



Dado que, como se ha indicado anteriormente, las leguminosas contienen compuestos secundarios denominados SNN en cantidades elevadas, y que estos compuestos pueden limitar la utilización nutritiva de la proteína se han ensayado diversos tratamientos previos a la inclusión de las semillas en la dieta del rumiante: tostado (Murphy y McNiven, 1994), extrusión (Benchaar, Vernay, Bayourthe y Moncoulon, 1994), autoclavado (Aguilera et al., 1992). El autoclavado de las semillas disminuye la fracción soluble y la velocidad de degradación en el rumen de ovino de la proteína, lo que puede tener efectos beneficiosos al incrementar la cantidad de proteína no degradada y que pasa al intestino delgado para atender a los requerimientos del animal. El autoclavado disminuye también la degradabilidad efectiva de las semillas aunque la magnitud del efecto depende del tipo de semilla considerado. Dicho efecto es muy importante para el guisante y el altramuz, moderado para habas y yeros y apenas se manifiesta en el caso de la veza. Aguilera et al. (1992) establecieron, utilizando marcadores, que la velocidad de paso (factor que determina la ingesta en rumiantes) de las semillas a través del rumen de corderos variaba entre 0,0154 y 0,022 por hora dependiendo del nivel de alimentación de los animales.



En un estudio realizado con distintas variedades de habas (Alameda, Palacio, Baraka) o de garbanzo (Fardon y Zegri), se observó que la composición química de las variedades de cada género es muy similar y las habas contienen más taninos y menos grasa que el resto de esas semillas (Yáñez-Ruiz, Martín-García, Weisbjerg, Hvelplund y Molina-Alcaide, 2009). También la degradabilidad de la proteína y la digestibilidad intestinal de la fracción de proteína no degradada en el rumen son similares para las distintas semillas, con la excepción del altramuz cuya velocidad de degradación es superior a la del resto de esas semillas. Utilizando fermentadores de flujo continuo estos autores establecieron que las habas y guisantes tienen un potencial similar al de la soja, como suplementos proteicos de forrajes de baja calidad como la hoja de olivo o la paja de cereal. 



La información acerca del efecto de la inclusión de semillas de leguminosas en la dieta del rumiante sobre la calidad de los productos es escasa. En ganado caprino en lactación se han utilizado dietas en las que el 30% de su proteína procedía de semillas de altramuz, haba, yero, veza o soja (Ramos-Morales, de la Torre Adarve y Molina Alcaide, 2010a; Ramos-Morales, de la Torre Adarve, Molina Alcaide y Sanz Sampelayo, 2010b). La fermentación ruminal modificaba la composición en aminoácidos de la proteína de las leguminosas estudiadas siendo este efecto diferente para cada una de las semillas. La dieta no modificó la producción de leche aunque algunos componentes nitrogenados de la leche dependían del tipo de semilla incluida en la dieta de los animales y, concretamente, de la composición en aminoácidos de la fracción proteica que no se degrada en el rumen. Estos autores también observaron que la partición del balance de nitrógeno entre la producción de leche y el depósito corporal variaba dependiendo de la dieta suministrada a los animales. La inclusión de habas en dietas para cabras en lactación mejora el perfil de ácidos grasos de la leche aumentando su contenido en ácidos grasos insaturados, con propiedades saludables para el consumidor (Molina-Alcaide et al., 2010). La cantidad y calidad de la leche de oveja no se afectaron por la inclusión de garbanzo en su dieta, comparado con la soja (Christodoulou et al., 2005) probablemente porque la concentración de energía y la degradabilidad de la proteína sean similares en soja y garbanzo. El altramuz se ha utilizado con éxito en dietas para vacas de alta producción lechera (Mansbridge y Blake, 1998) y como sustituto de la soja en dietas para ovejas sin efecto sobre la producción de leche o sobre la composición de la misma en proteína o grasa (Masucci et al., 2006).



En cuanto a la influencia de la inclusión de leguminosas en la dieta sobre la calidad de la carne, la información disponible indica que la carne de corderos cuya dieta incluía habas tiene una mayor aceptabilidad que la de corderos alimentados con una dieta que incluía soja (Caballero, Riopérez, Fernández, Marín, y Fernández, 1992). La inclusión de 180-390 g de guisante / kg de dieta no afectó a la calidad de la carne de cordero (Lanza, Bella, Priolo y Fasone, 2003). La sustitución de soja y cebada por garbanzos no afectó a la productividad del cordero (Hadjipanayiotou, 2002; Christodoulou et al., 2005) y aumentó el contenido en ácidos grasos saludables de la carne de cordero (Priolo, Lanza, Galofaro, Fasone y Bella, 2003).



El éxito en el uso de leguminosas grano estriba en formular dietas balanceadas en amino ácidos esenciales siendo una de sus limitaciones el bajo contenido en lisina y aminoácidos azufrados (Vasta, Nudda, Cannas, Lanza y Priolo, 2008). La susceptibilidad del animal a la presencia de compuestos secundarios en leguminosas depende de la especie animal, la dieta, el tiempo en que la alimentación con leguminosas se prolongue o diferencias geográficas en la ecología del rumen. Bampidis y Christodoulou (2011) recomiendan la introducción de 300g de semillas de leguminosas / kg de dieta en corderos porque consideran que sus compuestos secundarios se desactivan con la fermentación ruminal.



Actualmente se considera que los compuestos secundarios de leguminosas pueden tener efectos tan beneficiosos como la disminución de parásitos en animales en pastoreo (Hoste et al., 2015) o la de las emisiones de metano, gas con un potente efecto invernadero (Saminathan Mookia, Norhani, Vui Ling Wong y YinWan, 2015).