Concentration of nutrients and bioactive compounds in chia (Salvia hispanica l.), protein quality and iron bioavailability in Wistar rats

Abstract

Chia (Salvia hispanica L.) has been consumed by the world population due to their functional properties and high concentration of essential fatty acids, dietary fiber and protein. However, it is necessary to characterize the nutrient concentration in chia seeds grown in Brazil. The present study aimed to analyze the occurrence and concentration of macro and micronutrients, carotenoids, flavonoids, phytic acid and tannin in chia seeds grown in two different places, as well as evaluating the protein quality and bioavailability of iron in the seeds, since studies in this research field are scarce. Chia seeds used were grown in Catuípe, Rio Grande do Sul (RS) and Jaciara, Mato Grosso (MT). The seeds were ground and stored in polyethylene bags covered with foil in a freezer until the moment of analysis. The concentration of moisture, lipids, proteins, carbohydrates, dietary fiber, minerals and total ash present in chia seeds was determined. The carotenoid investigation (lutein and zeaxanthin), vitamin C (ascorbic acid), flavonoids (3-deoxiantocianidins - 3-DXAs, flavones, flavanones) was performed by high-performance liquid chromatography (HPLC) with detection by diode array, while vitamin E analysis (α, , , δ tocopherols and tocotrienol) was made by HPLC with fluorescence detection. The antioxidant capacity, concentration of total phenolics, phytate and tannins were carried out by spectrophotometry. Furthermore, was available in Wistar mice the protein quality of chia seed and chia flour by feed efficiency ratio (FER), protein efficiency ratio (PER), net protein ratio (NPR) and true digestibility (TD) and iron bioavailability was evaluated using the hemoglobin depletion/ repletion method in animals fed with standard diet and high fat diet. For the analysis of compounds present in chia seeds, we used the t test to compare two samples. For statistical analysis of protein quality, data were submitted to ANOVA. The average test groups were compared by Duncan test. The iron bioavailability experiment, to evaluate the differences between the groups on weight gain, CEA, hemoglobin gain and molecular analysis it were performed ANOVA and the Newman Keulls tests. The significance level for all tests was 5%. Data were analyzed using the statistical software SPSS, version 20.0. There were high lipid (31.2 g.100 g -1 , on average), proteins (18.9 g.100 g -1 , on average) and total dietary fiber (35.3 g.100 g -1 , on average) concentrations in chia seeds. The chia that has grown in RS had a higher (p<0.05) concentration of iron, manganese, boron, lead, aluminum, nitrogen and phosphorus. The concentration of total vitamin E in the chia seeds was high (70γ8.4γ μg.100 g -1 and 7024.59 μg.100 g -1 for the seed grown in RS and MT, respectively), being -tocopherol the major component found (7031.51 ± 1β9.54 μg.100 g -1 , on average). The carotenoids were identified only in the chia grown in RS and the occurrence of vitamin C and 3-DXAS was not observed in the chia seed grown in RS and MT. Similar values of total phenolic compounds and phytic acid were observed in the chia seeds (p>0.05). The concentration of tannins was higher (p<0.05) in the seed grown in Mato Grosso (19.08 ±1.08 eq. catequina/g sample) than in the seed grown in Rio Grande do Sul (14.93 ± 0.24 eq. catequina/g sample). Chia grown in RS showed the highest (p<0.05) antioxidant activity (478.2 ± 0.02 μmol TEAC/g sample) compared to that grown in MT. In the study of protein quality it were used chia seeds and chia flour with and without heat treatment. The values of PER, NPR and DV did not differed (p>0.05) among the animals that were fed with chia and were lower than the control group (casein). The animals fed with tests diets showed lower concentrations of glucose, triacylglycerides (TGL) and very low density lipoprotein (VLDL) and higher concentrations of high-density lipoprotein (HDL) (p<0.05) than the control group. The liver weights of animals that were fed with chia seed and chia flour did not differed (p>0.05) and were lower (p<0.05) than the control group. Crypt depth and thickness of intestinal muscle layers were higher (p<0.05) in groups that were fed with chia seed and chia flour. The iron bioavailability experiment of chia flour showed that the animals fed with high fat diet had similar iron bioavailability of chia compared to animals fed with standard diet. The total consumption and iron intake were lower in animals which received high fat diet (p<0.05). Body weight gain, hemoglobin concentrations, hemoglobin gain, hemoglobin regeneration efficiency (HRE%) and biological value of hemoglobin regeneration efficiency (RBV-HRE) did not differed among the experimental groups (p>0.05). The standard diet + chia (SD + C) group showed lower expression of transferrin when compared to the control group (standard diet + ferrous sulfate) (p<0.05). Ferritin expression was lower (p<0.05) in all experimental groups when compared to the control. The peroxisome proliferator-activated receptor-α (PPAR-α) gene expression in animals fed with SD + C was higher than in the control group (p≤0.05). The mRNA expression of duodenal cytochrome b (DcytB) and divalent metal transporter (DMT- 1) was higher (p<0.05) in the high fat diet + chia (HFD + C) group. However, hephaestin expression was lower (p<0.05) in all experimental groups compared to the control group and the gene expression of ferroportin was lower (p<0.05) in the groups fed with chia flour. In conclusion, chia exhibits high concentration of vitamin E, polyunsaturated fatty acids, dietary fiber, antioxidant activity, iron, calcium, manganese and zinc. Moreover, the consumption of chia showed good protein digestibility, hypoglycemic effect, and improved the lipid profile, reduced fat deposition in the liver of animals in a short period of time (28 days), and also promoted alterations in the intestinal tissue, which increased its functionality. Animals fed with high fat diet showed similar iron bioavailability of chia compared to animals fed with standard diet.

A chia (Salvia hispanica L.) vem sendo consumida pela população mundial devido às suas propriedades funcionais e alta concentração de ácidos graxos essenciais, fibras e proteínas. No entanto, é necessário caracterizar a concentração de nutrientes nas sementes de chia cultivadas no Brasil. Assim, o presente estudo objetivou analisar a ocorrência e concentração de macro e micronutrientes, carotenoides, flavonoides, ácido fítico e tanino em sementes de chia cultivadas em dois locais distintos, assim como avaliar a qualidade proteica e a biodisponibilidade de ferro nas sementes, uma vez que estudos nesse linha de pesquisa são escassos. Foram utilizadas sementes de chia cultivados em Catuípe, Rio Grande do Sul (RS) e Jaciara, Mato Grosso (MT). As sementes foram moídas e armazenadas em sacos de polietileno recobertos com papel alumínio em freezer até o momento das análises. Foi determinada a concentração de umidade, lipídios, proteínas, carboidratos, fibra alimentar total, cinzas totais e minerais presentes nas sementes de chia. A investigação de carotenoides (luteína e zeaxantina), vitamina C (ácido ascórbico), flavonoides (3-deoxiantocianidinas - 3- DXAs, flavonas e flavanonas) foi realizada por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE), com detecção por arranjo de diodos, enquanto a análise de vitamina E (α, , , δ tocoferóis e tocotrienois) foi feita por CLAE, com detecção por fluorescência. A capacidade antioxidante, concentração de fenólicos totais, fitato e taninos foram realizados por espectrofotometria. Além disso, foi avaliada em ratos Wistar, a qualidade proteica da semente e farinha de chia por meio do coeficiente de eficiência alimentar (CEA), coeficiente de eficiência proteica (PER), razão proteica líquida (NPR) e digestibilidade verdadeira (DV) e a biodisponibilidade de ferro da farinha, utilizando o método de depleção/repleção de hemoglobina. Para análise estatística dos compostos presentes nas sementes na chia, foi utilizado o teste t para comparação de duas amostras. Para a análise da qualidade proteica, os dados obtidos foram submetidos à ANOVA. As médias dos grupos testes foram comparadas pelo teste de Duncan. No ensaio de biodisponibilidade de ferro, para avaliar se houve diferença entre os grupos experimentais quanto ao ganho de peso, CEA, ganho de hemoglobina e marcadores moleculares, foram realizados a ANOVA e o teste de Newman Keulls. O nível de significância estabelecido para todos os testes foi 5%. Os dados foram analisados com auxílio do software estatístico SPSS, versão 20.0. A chia apresentou alta concentração de lipídios (31,2 g.100 g -1 , em média), proteínas (18,9 g.100 g -1 , em média) e fibra alimentar total (35,3 g.100 g -1 , em média). A chia cultivada no RS apresentou maior (p≤0,05) concentração de ferro, manganês, boro, chumbo, alumínio, nitrogênio e fósforo. A concentração de vitamina E total nas sementes de chia foi alta (7038,43 μg.100 g -1 e 7024,59 μg.100 g -1 para a sementes cultivada no RS e MT, respectivamente), sendo -tocoferol o componente principal encontrado (7031,51 ± 1β9,54 μg.100 g -1 , em média). Os carotenoides foram identificados apenas na semente cultivada no RS e a ocorrência de vitamina C e 3- DXAs não foi observada nas duas sementes. Observou-se valores semelhantes de compostos fenólicos totais e ácido fítico nas sementes de chia (p>0,05). A concentração de taninos foi superior (p≤0,05) na chia cultivada no Mato Grosso (19,08 ± 1,08 eq. catequina/g amostra) em relação à cultivada no Rio Grande do Sul (14,93 ± 0,24 eq. catequina/g amostra). A chia cultivada no RS apresentou a maior (p≤0,05) atividade antioxidante (478,2 ± 0,02 μ mol TEAC/g de amostra) em relação à cultivada no MT. Os valores de PER, NPR e DV não diferiram (p>0,05) entre os animais alimentados com diferentes formas de tratamento da chia e foram inferiores ao grupo controle (caseína) (p≤0,05). Os animais que foram alimentados com dietas testes apresentaram concentrações de glicose, triacilglicerídeos (TGL) e lipoproteína de muito baixa densidade (VLDL) inferiores (p≤0,05) e lipoproteína de alta densidade HDL superior (p≤0,05) aos animais que consumiram caseína. O peso do fígado dos animais alimentados com chia não diferiu (p>0,05) e foi inferior (p≤0,05) ao grupo controle. A espessura das camadas musculares do intestino e a profundidade das criptas foram superiores (p≤0,05) nos grupos alimentados com chia. No experimento biodisponibilidade do ferro observou-se consumo de ferro e ingestão total menores nos animais que receberam dieta rica em gordura (p≤0,05). O ganho de peso corporal, concentração de hemoglobina, aumento de hemoglobina, eficiência de regeneração da hemoglobina (HRE%) e valor biológico da eficiência de regeneração da hemoglobina (RBV-HRE) não diferiu (p>0,05) entre os grupos experimentais (p>0,05). O grupo alimentado com dieta padrão + chia (SD + C) apresentou menor expressão de transferrina, quando comparado com o grupo de controle (dieta padrão + sulfato ferroso) (p≤0,05). A expressão da ferritina foi inferior (p≤0,05) em todos os grupos experimentais quando comparados ao controle. A expressão do gene peroxissoma proliferador ativado por receptor α (PPAR-α) em animais alimentados com SD + C foi maior do que no grupo de controle (p≤0,05). A expressão gênica de citocromo b duodenal (DcytB) e transportador de metal divalente (DMT-1) foi maior (p ≤ 0,05) no grupo alimentado com dieta hiperlipídica + chia (HFD + C). No entanto, a expressão de hephaestina foi inferior (p≤0,05) em todos os grupos experimentais em comparação com o grupo controle e a expressão gênica de ferroportina foi inferior (p≤0,05) nos animais alimentados com chia. Animais alimentados com a dieta rica em gordura apresentaram biodisponibilidade do ferro da chia semelhante aos animais alimentados com uma dieta padrão. Em conclusão, a chia apresentou elevada concentração de vitamina E, ácidos graxos poli-insaturados, fibra alimentar, atividade antioxidante, ferro, cálcio, manganês e zinco. Além disso, o consumo de chia por ratos resultou em boa digestibilidade proteica, efeito hipoglicêmico e melhora no perfil lipídico, reduzindo, ainda, a deposição de gordura no fígado dos animais em um curto período de tempo (28 dias), e também promoveu alterações no tecido intestinal, aumentando a sua funcionalidade. Animais alimentados com dieta rica em gordura apresentaram biodisponibilidade do ferro da chia semelhante aos animais alimentados com dieta padrão.