REVISTA BIO CIENCIAS

PALABRAS CLAVE

KEY WORDS

Lupinus mutabilis Sweet, nutraceutical potential, medicinal potential

RESUMEN

ABSTRACT

Lupinus mutabilis Sweet “Tarwi” es un cultivo andino que ha sido relegado y marginado desde las últimas décadas. Esta planta crece en el Perú de forma natural y en otros casos es cultivada por sus deliciosas semillas. Lamentablemente, hay muy pocos estudios llevados en laboratorio sobre este vegetal y muchas de sus ventajas no han sido estudiadas o están en fases preliminares. De modo que lo que se conoce  proviene de los conocimientos ancestrales de las poblaciones indígenas que lo cultivan (principalmente de Perú y Bolivia). Con el objetivo de dar a conocer las diferentes propiedades de L. mutabilis, este artículo de revisión se centra en sus potenciales beneficios nutritivos y medicinales, con el fin de despertar el interés de diferentes países en su estudio, por ser de gran valor científico.

Lupinus mutabilis Sweet “Andean Lupin” has been a neglected and marginalized Andean crop since the last decades. This plant grows naturally in Peru and in other cases it is cultivated for its delicious seeds. Unfortunately, there are very few laboratory studies carried out on this plant and many of its benefits have not been studied or are in preliminary stages. So what is known comes from the ancestral knowledge of indigenous people who grow it (mainly from Peru and Bolivia). In order to disseminate the different properties of L. mutabilis, this review article focuses on the nutraceutical and medicinal potential benefits, aiming to arouse the interest of different countries in the study of this great scientific value species.

Introducción

Introduction

Lupinus mutabilis Sweet planta conocida comúnmente como ullush, talwish, tauri, tarwi, chocho, lupino o ccquella (Jacobsen y Mujica, 2006), pertenece a la división Magnoliophyta, clase Magnoliopsida, orden Fabales, familia Fabaceae, subfamilia Papilionoideae (Ceroni, 2003; Varshney et al., 2005; Sbabou, 2010) siendo su género Lupinus el más abundante de la familia (Sbabou, 2010). Tiene hojas de forma digitada, compuesta por ocho foliolos, se diferencia de  otros Lupinus en la presencia de menor vellosidad. Sus flores miden de 1 a 2 centímetros, poseen 5 pétalos conformados por un estandarte, dos quillas y dos alas, y varían de color desde un azul claro hasta uno intenso, aunque también se encuentran en menor proporción flores blancas, cremas y rosadas (FAO, 2010).

Existe una problemática en relación a la definición taxonómica de esta especie (Von Baer, 1988). El primero que la describió fue Sweet en 1825, quien estudió una planta del jardín de Bury Hill, de la cual hasta la fecha no se conoce la procedencia de la semilla (Gross, 1982). Además, en el caso de las especies de Lupinus del “nuevo mundo”, ocurre hibridaciones interespecíficas, lo que también se ha observado en L. mutabilis (Camarena et al., 2012). Esto hace que la variabilidad genética del tarwi sea mayor (Chirinos-Arias et al., 2014), por lo que es indispensable una nueva definición taxonómica (Camarena et al., 2012) y más estudios de la planta a nivel molecular.

Es necesario destacar que según Chirinos-Arias et al., (2014) el tarwi posee una alta variabilidad genética, evidenciada en el alto nivel de polimorfismo encontrado en las muestras estudiadas, concluyendo que es una especie autógama con un predominante grado de alogamia, lo cual ayudaría al mejoramiento genético por ejemplo, aumentando el rendimiento del cultivo especialmente la producción de semillas, mejorando la adaptación de la planta a diferentes tipos de clima, cosechando semillas de calidad óptima para el consumo humano directo, etc.

Se distribuye en diferentes partes del mundo incluyendo América del Sur, Europa y Australia (Coloma, 2009; FAO, 2010). Pero principalmente en los valles interandinos y el Altiplano de Bolivia y Perú. Sin embargo, su centro de origen es debatible siendo el más probable entre los Andes del norte de Perú y sur de Ecuador. En cuanto a las condiciones climáticas necesarias para su cultivo, se sabe que la planta es susceptible al exceso de humedad y moderadamente a la sequía, en estadíos tempranos no tolera las heladas, requiere de 350 a 850 mm de precipitación pluvial (Jacobsen y Mujica, 2006). En el Perú se han encontrado restos de la semilla en la cultura Nazca y han sido representadas en las culturas  ancestrales peruanas de  Tiahuanaco y Chavín (Castañeda, 1988; FAO, 2010).

Posee alto potencial nutritivo, ornamental, insecticida y medicinal, fue utilizada por los antigüos peruanos como parte importante de su dieta diaria; sin embargo, aproximadamente desde hace 500 años, su cultivo, al igual que otros granos andinos, ha disminuido, siendo 687 hectáreas mundiales el nivel más bajo registrado (Camarena et al., 2012).

Su potencial ornamental se da debido a que sus flores cambian de color desde un azul claro hasta uno muy intenso, de ahí el nombre de la especie mutabilis. Varía en tonos azules, púrpuras, blancos, cremas, rosados y amarillos (FAO, 2010). Además según Jacobsen y Mujica (2006), la planta en plena floración se puede incorporar como abono verde dando buenos resultados y el tallo seco que presenta  gran cantidad de celulosa se usa como biocombustible debido a su gran poder calorífico (Sato et al., 2010).

Lamentablemente, no se le ha dado a esta especie la importancia que merece, en parte por la escasa difusión de sus propiedades  nutracéuticas  y por la presencia  de  alcaloides  que  dan  sabor  amargo a las semillas y limitan su consumo. Por tal motivo el objetivo principal de este trabajo es dar a conocer las propiedades  nutritivas y medicinales que posee el tarwi, con el fin de despertar el interés de otros países en su estudio y difusión.

Lupinus mutabilis Sweet is a plant commonly known as ullush, talwish, tauri, tarwi, chocho, lupino or ccquella (Jacobsen and Mujica, 2006); it belongs to Magnoliophytasion division, class Magnoliopsida, order Fabales, family Fabaceae, subfamily Papilionoideae (Ceroni, 2003; Varshney et al., 2005; Sbabou, 2010), being it Genus Lupinus, the most abundant of the family (Sbabou, 2010). It has digitate leaves, composed by eight folioles, it is differentiated from other Lupinus in the presence of less hairiness. Its flowers measure from 1 to 2 centimeters, they possess 5 petals conformed by a banner, two keels and two wings and color varies from clear blue to intense one, even though there are also white, creamy and pinkish flowers, in less proportion (FAO, 2010).

There is a problem regarding the taxonomic definition of this species (Von Baer, 1988). The first to describe it was Sweet in 1825, who studied a plant from the garden of Bury Hill, and so far, the precedence of the seed is unknown (Gross, 1982). In addition, in the case of the Lupinus species from the “New World” there are interspecific hybridizations, which has also been observed in L. mutabilis (Camarena et al., 2012). This makes Andean Lupin genetic variability higher (Chirinos-Arias et al., 2014), therefore a new taxonomical description is necessary (Camarena et al., 2012) along with further studies of the plant at a molecular level.

It is necessary to mention that according to Chirinos-Arias et al., (2014), Andean Lupin possesses a high genetic variability, evidenced in the high level of polimorfism found in the studied samples, concluding that it is an autogamous species with a predominant high level of allogamy, which would help the genetic improvement, for example, enhancing the performance of the crop, especially the production of seeds, improving the adaptation of the plant to different types of climate, harvesting seeds of optimal quality for direct human consumption, etc.

It is distributed in different parts of the world including South America, Europe and Australia (Coloma, 2009; FAO, 2010), but mainly in the Inter-Andean Valleys and the Plateau of Bolivia and Peru. However, its center of origin is debatable, though the most probable is the Andes in the north of Peru and south of Ecuador. In respect of the necessary climate conditions for its growth, it is known that the plant is susceptible to the excess of humidity and mildly to draught; in early stages it does not tolerate frosts, it requires from 350 to 850 mm of rainfall (Jacobsen and Mujica, 2006). Remains of the seed in Peru have been found in the Nazca culture and have been represented in ancient Peruvian cultures Tiahuanaco and Chavin (Castañeda, 1988; FAO, 2010). It has high nutraceutical, ornamental, pesticide and medicinal potential; it was used by ancient Peruvians as an important part of their everyday diet; however, from approximately 500 years ago, its growth, just like any other Andean grains, has diminished. The lowest level recorded is of 687 worldwide hectares (Camarena et al., 2012). Its ornamental potential is due to its changing color flowers, from clear blue to intense blue, hence the name of the species mutabilis. It varies in bluish, purple, whitish, creamy, pinkish and yellowish tones (FAO, 2010). In addition, according to Jacobsen and Mujica (2006); in full blooming, the plant can be incorporated as green manure with great results, and the dried stem, which presents great amount of cellulose, is used as biofuel for its great heating power (Sato et al., 2010).

Unfortunately, this species has not been given the importance it deserves, partly due to the scarce dissemination of its nutraceutical properties and the presence of alkaloids that provide a bitter taste to the seeds, constraining its consumption. For such reason, the main objective of this paper is to disseminate the nutraceutical and medicinal properties of Andean Lupin in order to arouse the interest of other countries in its study and diffusion.

Dentro de las propiedades descritas, una de las más importantes es el contenido de valor nutritivo en las semillas de tarwi. Las proteínas y aceites representan más de la mitad del peso de la semilla (Jacobsen y Mujica, 2006). En cuanto a los aceites presentes en este género, según Borek et al., (2009), L. luteus presenta 6 % de ácido linoleico,  L. albus 7-14 % de ácido oleico y L. mutabilis Sweet 20 % de ambos. Estos tipos de ácidos grasos son esenciales pues nuestro organismo no puede sintetizarlos y se deben adquirir en la dieta. El ácido linoleico aumenta las defensas y disminuye la presión arterial; mientras que el ácido oleico reduce los riesgos de sufrir enfermedades cardiovasculares y tiene efecto antitumoral (Carrillo et al., 2012).

El valor de proteínas siempre ha sido comparado con la soya, porque posee de 30-40 %, un considerable nivel de lisina (7.3 %) pero carece de aminoácidos sulfurados como la metionina y cisteína esenciales para la síntesis de queratina (Güenes-Vera et al., 2004). Sin embargo, los Lupinus presentan menor cantidad de inhibidores de tripsina, taninos, fitatos y saponinas que la soya. Siendo además el tarwila especie que presenta más cantidades de proteínas y lípidos esenciales para el organismo y que éste no puede sintetizar, por lo que se deben ingerir en la dieta (Gálvez et al., 2008).

Las semillas de tarwi presentan ácidos grasos esenciales como el oleico (Omega 9), linoleico (Omega 6) y linolénico (omega 3) que representan el 40.4 %, 37.1 % y 2.9 % del total respectivamente (Jacobsen y Mujica, 2006; Borek et al., 2009; Gross et al., 1988; Castañeda et al., 2008). Por  otro  lado, el  valor  de  proteínas  es  de 44.3 %, mientras que la soya solo posee el 33.4 % (Jacobsen y Mujica, 2006). Presenta alto contenido de fósforo, potasio y Hierro (Ortega- David et al., 2010), así como vitaminas y minerales (Castañeda et al., 2008).

Aunque las semillas de L. Mutabilis  presentan mayor cantidad de proteínas que la soya (Jacobsen y Mujica, 2006) no son consumidas directamente pues requieren de un tratamiento previo que consiste en remojar 3 kilogramos de grano en 18 litros de agua, cambiándola cada 6 horas durante 5 días (Jacobsen y Mujica, 2006), debido a la presencia de alcaloides quinolizídinicos que le dan sabor amargo. El alcaloide que se encuentra en mayor concentración es lupanina seguido de tetrahidrorombifolina, 4-hidroxilupanina, esparteína y 13-hidroxilupanina (Gross et al., 1988; Ortega-David et al., 2010; Castañeda et al., 2008). Estas sustancias son importantes para la planta pues la protegen de fitopatógenos y animales herbívoros debido a su acción mutagénica y por su efecto tóxico en varios de estos organismos (Keeler, 1976).

El tratamiento con agua para el consumo de las semillas actualmente representaría una pérdida de dinero debido al desperdicio de agua, pero no es así, ya que este líquido es usado por los campesinos de la sierra como insecticida natural en contra de cucarachas y moscas, mientras que  el agua de cocción del tarwi es usada ocasionalmente por los agricultores como laxante, datos que cabe recalcar deben aún ser probados científicamente. De esta forma se aprovecha el agua, lo cual representaba la principal desventaja en el consumo de esta planta. Cabe destacar que se ha desarrollado un cultivar de bajo contenido de alcaloides, mayor contenido de proteínas y una menor, aunque no significativa diferencia de ácidos grasos, comparado con el espécimen silvestre , por lo que sus semillas no requieren de tratamiento previo (Gross et al., 1988).

Mayores detalles del contenido de aminoácidos y ácidos grasos esenciales presente en la semilla de tarwi se muestran en las tablas 1 y 2,  respectivamente.

Tal como se puede apreciar en las tablas, las semillas de tarwi poseen en mayor cantidad aminoácidos como leucina que interactúa con otros aminoácidos y es útil en la cicatrización del tejido muscular, piel y huesos, lisina que garantiza la absorción adecuada de calcio y ayuda en la formación de colágeno; fenilalanina que eleva el estado de ánimo, ayuda a la memoria y se usa para tratar la artritis; valina necesaria para el metabolismo muscular y que promueve el vigor mental (Ha y Zemel, 2003). Por otro lado, los ácidos grasos como el oleico que  reduce los riesgos de sufrir enfermedades cardiovasculares y tiene efecto antitumoral (Carrillo et al., 2012) y el linoleico que aumenta las defensas y disminuye la presión arterial.

Debido a su alto valor nutritivo en aminoácidos y ácidos grasos importantes para la dieta diaria, se ha elaborado harina a base de trigo y tarwi (Güenes-Vera et al., 2004), yogurt probiótico enriquecido con semilla de chocho (Castañeda et al., 2007). También se usa este grano en la acuicultura como alimento para peces (Glencross et al., 2010).

Within the properties described, one of the most important is the content of the nutraceutical value in the seeds of Andean Lupin. Proteins and oils represent more than half of the seed’s weight (Jacobsen and Mujica, 2006). In regard of the oils present in this genre, according to Borek et al., (2009) L. Iuteus presents 6 % of linoleic acid, L. albus 7-14 % of oleic acid and L. mutabilis Sweet 20 % of both. These kind of fatty-acids are essential since our organism cannot synthesize them and must acquire them in the diet. Linoleic acid increases the defenses and diminishes arterial pressure, while oleic acid reduces the risks of suffering cardiovascular diseases, and it possesses an antitumor effect (Carrillo et al., 2012).

The value of proteins has always been compared with soy, since it possesses from 30 to 40 %, a considerable level of lysine (7.3 %) but it lacks of sulfur amino acids such as methionine and cysteine, which are essential for the synthesis of keratin (Güenes-Vera et al., 2004). Nevertheless, Lupinus present less quantity of trypsin, phytates and saponins than soy. In addition, Andean Lupin is the species that presents more amount of proteins and essential lipids for the organism that it cannot synthesize so they must be consumed in the diet (Gálvez et al., 2008).

Andean Lupin seeds present essential fatty-acids as the oleic (Omega 9), linoleic (Omega 6) and linolenic (Omega 3) that represent the 40.4 %, 37.1 % and 2.9 % from the total, respectively (Jacobsen and Mujica, 2006; Borek et al., 2009; Gross et al., 1988; Castañeda et al., 2008). On the other hand, protein value is of 44.3 %, while soy only possesses 33.4 % (Jacobsen and Mujica, 2006). It also has high content of phosphorous, potassium and iron (Ortega-David et al., 2010), as well as vitamins and minerals (Castañeda et al., 2008).

Though the seeds of L. Mutabilis present a higher amount of proteins than soy (Jacobsen and Mujica, 2006), they are not directly consumed since they require a previous treatment consisting in soaking 3 kilograms of grain in 18 liters of water, changing it every 6 hours during 5 days (Jacobsen and Mujica, 2006), due to the presence of quinolizidinic alkaloids that give it a bitter flavor. The alkaloid found in higher concentration is lupanine, followed by tetrahydrorombifoline, 4-hydroxilupanine, sparteine and 13-hydroxilupanine (Gross et al., 1988; Ortega-David et al., 1988; Ortega-David et al., 2010; Castañeda et al., 2008). These substances are important for the plant since they protect them from phytopathogens and herbivore animals, due to its mutagenic action and its toxic effect in several of these organisms (Keeler, 1976).

Currently, the treatment with water for the consumption of seeds would represent a loss of money due to the water waste, but this is not the case, since this liquid is used by peasants of the Sierra as natural pesticide against cockroaches and flies, while Andean Lupin’s cooking water is occasionally used by farmers as laxative. Data that must still be proven scientifically. This way water is used, which represented the main disadvantage in the consumption of this plant. It is important to mention that a culture of low content of alkaloids, higher content of proteins and lower though not significant difference of fatty-acids compared to the wild specimen has been developed, so its seeds do not require previous treatment (Gross et al., 1988).

More details of the content of amino acids and essential fatty-acids, present in Andean Lupin’s seed, are shown in tables 1 and 2, respectively.

As it can be seen in the table, Andean Lupin seeds have a higher amount of amino acids such as leucine that interact with other amino acids and it is useful in the scarring of muscle tissue, skin and bones, lysine that guarantees the adequate absorbance of calcium and it helps in the formation of collagen; phenylalanine that increases the state of mind, helps with the memory and is used for treating arthritis; valine that is necessary for the muscular metabolism and promotes mental vigor (Ha and Zemel, 2003). On the other hand, fatty acids, such as the oleic that reduces the risks of suffering cardiovascular diseases and has an antitumor effect (Carrillo et al., 2012) and the linoleic that increases the defenses and diminishes blood pressure.

Due to its high nutraceutical value in important amino acids and fatty acids for the everyday diet, wheat and Andean Lupin flour (Güenes-Vera et al., 2004) and probiotic yogurt enriched with chocho seeds (Castañeda et al., 2007) have been made. This grain is also used in aquaculture as fish feed (Glencross et al., 2010).

Otra propiedad importante de la planta, pero que requiere mayores estudios, es la medicinal. Por ejemplo, presenta compuestos fitoestrógenos no esteroídicos como las isoflavonas, las cuales poseen anillos fenólicos que se unen a los receptores de estrógeno (Gálvez et al., 2008) como tamoxifen, usado para el tratamiento de cáncer de mama (Davies et al., 2013), por lo que ayudaría a la prevención de cáncer. Así como de enfermedades cardiovasculares, osteoporosis y síntomas menopaúsicos (Gálvez et al., 2008).

Cabe recalcar que el tarwi es la única especie del género Lupinus que posee isoflavonas (un tipo de flavonoides) en sus semillas que son conocidas por sus propiedades antioxidantes (Martinez-Florez et al., 2002; Gálvez et al., 2008). Sin embargo, no hay estudios realizados directamente en tarwi que comprueben  su actividad antioxidante.

Se ha probado la actividad del extracto acuoso y etanólico tanto de las hojas como de las semillas de tarwi observando actividad antileishmanial  (Leishmania  sp.) y antitripanosomial  (Trypanosoma  cruzi) (Huamán et al., 2013). Sin embargo, no se ha podido identificar el o los principios activos que producen dicha actividad nociva en contra de los protozoarios, por lo que es necesario estudios de espectrometría de masas para la identificación de los compuestos presentes en el extracto y poder determinar cuál es el responsable de la actividad biológica que presenta.

Este hallazgo es importante pues la leishmaniosis es una enfermedad metaxénica, parasitaria, producida por varias especies del género Leishmania  sp. La administración de radicales pentavalentes como tratamiento en el humano causa diversos efectos secundarios que requieren hospitalización. Por otro lado, se han encontrado cepas que han adquirido resistencia a los medicamentos usados de rutina (Lucas et al., 1998), por lo que es necesario la búsqueda de nuevas alternativas en el tratamiento. Mientras que, la enfermedad de Chagas causada por el protozoario Trypanosoma cruzi,  es transmitida naturalmente por Triatoma infestans (Araya et al., 2003), constituye un problema de salud pública para varios países latinoamericanos  (Mendoza et al., 2005) y el tratamiento implica la hospitalización del paciente para monitorear los efectos colaterales que este causa. Además, de ser muy caro por lo que es necesario encontrar otros posibles medicamentos.

Another important property of the plant that requires higher studies is the medicinal. For example, it presents non-steroidal phytoestrogens compounds as the isoflavones, which possess phenolic rings that are joint to the receptors of estrogens (Gálvez et al., 2008), such as tamoxifen, used for the treatment of breast cancer (Davies et al., 2013), so it would help in the prevention of cancer and cardiovascular diseases, osteoporosis and menopause symptoms (Gálvez et al., 2008).

It is important to mention that Andean Lupin is the only species of the Lupinus genre that possesses isoflavones (a kind of flavonoids) in its seeds that are known by their antioxidant properties (Martinez-Flores et al., 2002; Gálvez et al., 2008). Nevertheless, there are no studies made directly in Andean Lupin that prove its antioxidant activity.

The activity of the aqueous and ethanol extract has been proven in both the leaves and the seeds of Andean Lupin observing antileishmanial activity (Leishmania sp.) and antitrypanosomal (Trypanosoma cruzi) (Huamán et al., 2013). However, the active agents that produce such harmful activity against protozoans have not been identified yet, therefore mass spectrometry studies are necessary for the identification of present compounds in the extract and so determining which is responsible of the biological activity presented.

This finding is important since leishmaniasis is a metaxenic, parasitic disease produced by several species of the genus Leishmania sp. Administration of pentavalent radicals as treatment in the human being causes diverse secondary effects that require hospilatization. On the other hand, strains that have acquired resistance to routine medications have been found (Lucas et al., 1998), so the research of new alternatives in the treatment is necessary. Chagas disease caused by the protozoan Trypanosoma cruzi is transmitted naturally by the Triatoma infestans (Araya et al., 2003), it constitutes a public health problem for several Latin America countries (Mendoza et al., 2005) and the treatment implies hospitalization of the patient in order to monitor the side effects that it causes. In addition, it is really expensive to find other possible medications.

Acids

  %

Oleic (Omega 9)

40.4

Linoleic (Omega 6)

37.1

Linolenic (Omega 3)

2.9

Palmitic

13.4

Palmitoleic

0.2

Stearic

5.7

Myristic

0.6

Arachidic

0.2

Behenic

0.2

Erusic

0.0

Polisat / Satur Quotient

2.0