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Carotenoides (carotenoides)

Los carotenoides (carotenoides) son pigmentos naturales solubles en grasa que se encuentran en las plantas (incluidas hierbas, frutas, verduras y cereales) con
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General

Las plantas producen compuestos bioactivos con propiedades beneficiosas para la salud humana en el contexto de procesos metabólicos primarios y secundarios. Los carotenoides abundan en diversos alimentos vegetales. Desempeñan un papel fundamental en los procesos de vida biológicos, químicos y fisiológicos.

Los artículos Nutrientes explicados exhaustivamente, Sustancias vegetales secundarias y Los veganos suelen comer de forma poco saludable ofrecen una visión general de la clasificación de los distintos grupos de sustancias, su aparición en determinadas plantas y alimentos, así como los posibles efectos positivos para la salud de los seres humanos, enriquecidos con información valiosa sobre los aspectos nutricionales evitables. Errores dieta saludable integral.

Conceptos básicos

Los carotenoides (carotenoides) se encuentran entre las moléculas más antiguas conocidas y son un grupo muy extenso de sustancias vegetales secundarias. Surgieron hace unos tres mil millones de años e inicialmente trabajaron en las membranas celulares como cadenas de moléculas lipídicas largas, difíciles de girar y de dar forma a las células. A lo largo de la evolución, los carotenoides desarrollaron en los organismos funciones fotosintéticas, fotoprotectoras y aromáticas adicionales, además de su función estructurante. 11

Los científicos descubrieron los carotenoides en los pigmentos de la raíz de zanahoria hace unos 200 años. Actualmente, los estudios científicos interdisciplinarios se centran principalmente en los diversos efectos de los carotenoides sobre la salud en diversas enfermedades crónicas. La más conocida es probablemente la capacidad de ciertos carotenos, como el β-caroteno, de convertirse en vitamina A en el organismo. La vitamina A es esencial para la visión, el crecimiento, la función y la estructura de los tejidos, la sangre, los huesos, así como para el metabolismo y la reproducción. 4,9,11

Propiedades químicas y biosíntesis

Los carotenoides son tetraterpenos. Consisten en ocho unidades de isopreno repetidas con estructuras cíclicas o lineales en ambos extremos de las cadenas de carbono. Su carácter colorante respectivo se basa en un sistema de numerosos dobles enlaces conjugados. Los carotenoides son químicamente inestables y tienden a oxidarse en presencia de luz, calor, oxígeno, ácidos e iones metálicos. Además, son insolubles en agua. Sin embargo, como lipocromos importantes, se disuelven en grasas (es decir, son liposolubles o lipófilos) y normalmente se asocian con grasas (lípidos) en el organismo. 4,5,11

Los carotenoides se dividen en carotenos libres de oxígeno (p. ej., α-caroteno, β-caroteno, γ-caroteno y licopeno) y oxicarotenos enriquecidos con oxígeno. Estas últimas son más conocidas con el nombre de xantofilas (por ejemplo, fucoxantina, luteína y violaxantina). Las xantofilas forman alcoholes, aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos. Los carotenos son altamente solubles en solventes orgánicos (por ejemplo, éter y hexano) e insolubles en solventes polares (por ejemplo, alcoholes). Con las xantofilas la situación es inversa. 4,5,11

La biosíntesis de carotenoides se lleva a cabo mediante diversos procesos complejos entrelazados en los cloroplastos. Diversos procesos químicos (catálisis, condensación, transformación) forman licopeno a partir de ácidos grasos. El licopeno (licopeno) puede convertirse en α-caroteno y β-caroteno. Los carotenos producen xantofilas, por lo que la luteína se forma a partir del α-caroteno. Los carotenos también se convierten en criptoxantina y zeaxantina. La zeaxantina produce violaxantina. Finalmente, la neoxantina se crea a partir de violaxantina. Estas transformaciones químicas se reflejan en los procesos naturales de maduración y coloración 4 (ver también el siguiente capítulo).

Funciones en las plantas

Los carotenoides absorben luz en un amplio espectro, principalmente en el rango de longitud de onda azul, y transfieren la energía luminosa a la clorofila para usarla en la fotosíntesis para iniciar los procesos fotoquímicos de la fotosíntesis. Los carotenoides se almacenan en las proteínas de membrana de los cloroplastos, cromoplastos, amiloplastos (plastidios de almacenamiento de almidón) y elaioplastos (plastidios de almacenamiento de lípidos). En frutos, flores y raíces, los carotenoides se localizan en los cromoplastos, mientras que en las semillas se almacenan en los amiloplastos o elaioplastos. Las xantofilas se encuentran libremente en los tejidos de las plantas verdes y en frutas y flores se presentan como ésteres de ácidos grasos. 5.11

Los cromoplastos (del griego antiguo "chroma" = color) a menudo surgen de los cloroplastos. La transformación comienza tan pronto como maduran las flores y frutos inicialmente verdes. La clorofila desaparece, la estructura fina cambia y los carotenoides y las grasas se acumulan en finas gotas. Algo parecido ocurre con el color otoñal de las hojas: la clorofila se descompone, los carotenoides se retienen y determinan la pigmentación. Además, los carotenoides también se encuentran unidos a proteínas o azúcares como derivados solubles en agua en los espacios celulares (vacuolas). Los carotenoides son más estables unidos que cuando se exponen a la luz, el aire y los oxidantes. Los carotenoides son vitales para el órgano foliar de todas las plantas, mientras que sólo algunas especies de plantas contienen carotenoides en los pétalos. 5.11

Las principales funciones de los carotenoides incluyen: 11,8

  • Apoyar el proceso de fotosíntesis (como pigmentos que absorben la luz en el complejo fotosintético y que amplían el espectro de absorción de los tipos de clorofila a y b)
  • Absorción del exceso de energía luminosa y disipación mediante calor.
  • Efecto protector UV contra el daño celular.
  • Unión de radicales libres (propiedades antioxidantes)
  • Estabilización de membranas y crecimiento vegetal.
  • Atraer insectos polinizadores mediante pigmentos de color
  • Pigmentos de color en animales (incluidas plumas de aves, leche, escamas de pescado, crustáceos)
  • Protección de la retina de los ojos mediante efecto de filtrado de luz azul.
  • Comunicación intercelular mediante la formación de proteínas conexinas.
  • Estimulación del sistema inmunológico y funciones cognitivas.

Presencia en los alimentos

Los carotenoides son el segundo pigmento más común que se encuentra en la naturaleza después de la clorofila. Sin embargo, están presentes en todos los organismos a lo largo de la cadena alimentaria. Hasta ahora, la ciencia ha identificado alrededor de 750 carotenoides, 18 de los cuales han sido detectados en el organismo humano 11 (la fuente citada es de 2021). Los más comunes son el α-caroteno, el β-caroteno, el γ-caroteno, el licopeno, la β-criptoxantina, la luteína y la zeaxantina. Los carotenoides presentes en los organismos animales y humanos generalmente provienen de fuentes alimenticias vegetales (como hierbas, frutas, cereales y verduras) o de fuentes sintéticas (por ejemplo, colorantes alimentarios). El γ-caroteno es el caroteno principal de todas las plantas verdes y cianobacterias. Sin embargo, los pulgones, los ácaros, determinadas arqueas, bacterias y hongos también pueden producir carotenos, por ejemplo, γ-caroteno de las bacterias verdes y licopeno de las bacterias moradas. En cuanto a las xantofilas, tanto la luteína como la fucoxantina dominan en las plantas y las algas verdes, lo que da a las algas marrones y diatomeas su coloración característica. 11

Las fuentes de carotenoides importantes para los humanos son: 6,11

En la mayoría de las frutas y verduras, el β-caroteno generalmente predomina en comparación con su isómero geométrico el α-caroteno. Se encuentran niveles significativamente altos de α-caroteno en un número limitado de frutas y verduras como plátanos, batatas, zanahorias, calabazas y verduras de color verde oscuro (como judías verdes, espinacas y brócoli). 1,4 Dado que el α-caroteno se convierte en luteína, la luteína (casi el 45%) y el β-caroteno (25-30%) son las formas predominantes, seguidas por la violaxantina (10-15%) y la neoxantina (10-15%). de carotenoides en vegetales de hojas verdes. 11

En los cereales se han detectado carotenoides como luteína, zeaxantina y criptoxantina, así como α-caroteno y β-caroteno, siendo el contenido total de carotenoides en el maíz significativamente mayor que en la avena, el trigo o la cebada . En la mayoría de las especies de trigo, la luteína representa más del 85% de la concentración total de carotenoides. 1

La neoxantina (amarilla) es un componente natural de las hojas de los vegetales. La bixina es el componente principal de la especia o colorante Annatto y es responsable del color marrón rojizo. La crocina se vuelve amarilla azafrán . Algunos carotenoides sólo se encuentran en las algas y los mariscos. La astaxantina se encuentra naturalmente en las microalgas de la especie Haematococcus pluvialis y como producto metabólico en el krill 16 . Este carotenoide provoca la coloración típica de las plumas de camarón, salmón y flamenco a través de la ingesta de alimentos (cadena alimentaria). 4

Puede encontrar información cuantitativa sobre la presencia de carotenoides en diversos alimentos de origen vegetal en las comparaciones de nutrientes de los ingredientes . Las pautas para clasificar los alimentos vegetales según su contenido de carotenoides se dividen en las siguientes categorías: contenido bajo (0-100 μg/100 g), contenido moderado (100-500 μg/100 g), contenido alto (500-2000 μg/100 g). ) y contenido muy alto (>2000 μg/100g). 1.4 En la tabla mencionada (comparaciones de nutrientes para los ingredientes), muchas hierbas frescas y, a veces, secas (como el perejil, la albahaca, el cilantro, etc.) resultan ser alimentos muy ricos en carotenoides. Esto lo confirman algunos estudios 13,14 (también para eneldo fresco y perifollo 15 ); Sin embargo, según nuestra información, este tipo de investigaciones son bastante raras.

Varios factores, como la variedad, el genotipo y el estado de madurez, así como el momento de la cosecha, las condiciones de crecimiento, el tratamiento poscosecha, la manipulación, las condiciones de almacenamiento, las enfermedades de las plantas y las condiciones climáticas, influyen en la composición y el contenido de carotenoides en los alimentos. Diferentes partes de una misma planta también pueden contener diferentes tipos y cantidades de carotenoides: por ejemplo, la cáscara de las frutas es generalmente más rica en carotenoides que la pulpa. 4

Absorción en el organismo humano y biodisponibilidad

De los aproximadamente 750 carotenoides conocidos, el organismo humano absorbe y metaboliza alrededor de 40 a 50. La masticación de los alimentos y la acción de las enzimas en el proceso digestivo liberan carotenoides de los alimentos. Éste sirve para almacenar carotenoides en las micelas. Las micelas son lípidos conectados en forma esférica en agua. Las sales biliares permiten la formación de micelas ayudando a descomponer los lípidos. Esto conduce a la digestión y absorción de sustancias alimenticias como los carotenoides. Las lipasas son enzimas que apoyan este proceso descomponiendo los lípidos en moléculas más pequeñas. 9

La conversión de β-caroteno en vitamina A se produce en las células de la pared del intestino delgado. El exceso de carotenoides llega a otros tejidos a través del torrente sanguíneo, como el tejido adiposo, la piel y el tejido subcutáneo (reservas de caroteno y xantofilas), el cuerpo lúteo de la retina (luteína, zeaxantina y mesozeaxantina), el páncreas y el endotelio vascular. 9

La naturaleza de los alimentos tiene un fuerte impacto en la biodisponibilidad de los carotenoides. Los estudios informan que la biodisponibilidad del β-caroteno en los alimentos crudos es bastante baja porque los carotenoides están unidos a complejos proteicos, fibras y paredes celulares para hacerlos resistentes a la digestión y la descomposición y para limitar su liberación. 4 La fibra soluble limita potencialmente la biodisponibilidad de los carotenoides porque afecta la viscosidad del contenido gastrointestinal, el tamaño de las gotitas de lípidos, la disponibilidad de sales biliares y la lipólisis enzimática de los triglicéridos.

Según varios estudios, la mejora de la biodisponibilidad puede ocurrir mediante la ingesta simultánea de minerales, la reducción de fibra, la liberación del contenido celular, el ablandamiento del material vegetal y la reducción de las interacciones entre los carotenoides y otros componentes de los alimentos. 3,4,6 Esto significa que una preparación cuidadosa o el tipo de consumo pueden aumentar notablemente la absorción de carotenoides. Se ha demostrado que factores como picar, cocinar o añadir grasa aumentan su accesibilidad y, por tanto, su absorción. 17 La trituración juega aquí el papel más importante. 17.18

En cualquier caso, la grasa aumenta la absorción de carotenoides de los alimentos; Sin embargo, es mucho más eficaz picar mucho los alimentos (masticarlos bien, hacerlos puré, etc.). Cocinar ayuda a desestabilizar las paredes celulares y por tanto también contribuye a la disponibilidad; Sin embargo, al mismo tiempo destruye ingredientes sensibles al calor, como muchas vitaminas B o vitamina C. 18,20

En cuanto al aporte de grasas, son suficientes las naturales como los frutos secos ( macadamia, nueces, etc.) o el aguacate . 18,19 Debes evitar el aceite adicional o incluso la mantequilla, ya que no proporcionan mejores resultados en términos de biodisponibilidad y causan más daño que bien . Sin embargo, numerosas publicaciones científicas no tienen en cuenta estos hechos y se centran únicamente en el tema del aceite: los estudios destacan que las concentraciones plasmáticas de licopeno y zeaxantina aumentan cuando se absorben carotenoides utilizando aceites vegetales ( aceite de cártamo ) como sustancia portadora. De manera similar, un estudio demostró el efecto del aceite de soja sobre la absorción y biodisponibilidad de los carotenoides de las espinacas, la lechuga, las zanahorias y los tomates. Las concentraciones plasmáticas de α-caroteno, β-caroteno, luteína y licopeno aumentaron al aumentar la concentración de aceite de soja. 4

Los métodos de envasado y procesamiento (como el tratamiento térmico y diversos procesos de secado) degradan significativamente el contenido de carotenoides. En la mayoría de las hortalizas, el secado reduce el contenido de carotenoides entre un 10 y un 20 %, mientras que la pulverización provoca mayores pérdidas, además de autooxidación, altas temperaturas, luz y aire. El procesamiento térmico conduce a su degradación debido a una posible isomerización trans -to- cis del β-caroteno y la luteína. Esto se hizo en una serie de estudios sobre frutas y verduras como guisantes, brócoli, col rizada, espinacas y maíz. 4.7

Aunque el tratamiento térmico reduce el contenido de carotenoides, la concentración de algunos carotenoides aumenta con el calentamiento (por ejemplo, el licopeno) porque las estructuras de los complejos proteína-carotenoides cambian. Los estudios muestran que los niveles de luteína y β-caroteno en varias verduras tienden a aumentar cuando se cocinan y a disminuir cuando se cuecen al vapor. Los niveles de violaxantina y neoxantina se reducen ligeramente menos al cocinar que al cocinar al vapor. Se necesitan más estudios para explorar la naturaleza de los diferentes carotenoides durante los tratamientos térmicos. 2,3,4

Los componentes climáticos y geográficos también influyen en el contenido de carotenoides. Las investigaciones sugieren que las frutas expuestas a altas temperaturas y mayor luz solar mejoran la biosíntesis de carotenoides para proteger a la planta de la fotooxidación. 4

Suplementos dietéticos y aditivos

La producción de β-caroteno y de la mayoría de los demás carotenoides es hoy en día comparativamente económica. La industria alimentaria utiliza algunos carotenoides (E160) para colorear y preparar alimentos, refrescos, zumos, mantequilla, conservas, mermeladas y bollería; La violaxantina y la astaxantina (E161j) también se utilizan como aditivos en la alimentación animal, al igual que la luteína (E161b) y la cantaxantina (E161g, procedente, por ejemplo, de rebozuelos) para colorear la carne del salmón de piscifactoría o mejorar el color de las yemas de los huevos.

El aditivo alimentario betacaroteno (E160a) se obtiene de las zanahorias, mientras que el achiote (sinónimo: Bixin, Norbixin, E160b) proviene del arbusto de achiote ( Bixa orellana, de Perú/Brasil, es decir, del Neotrópico). 6.9 El carotenoide licopeno (E160d, sin.: licopeno, leucopina) se encuentra en altas concentraciones en los tomates y los escaramujos, la zeaxantina (E161h) a menudo se produce sintéticamente o se extrae de partes de plantas y algas ricas en zeaxantina, incluidos los pétalos de las caléndulas. o Tagetes ( Tagetes L.).

Otros carotenos utilizados son el α-, β- y γ-caroteno y la capsantina (E160c, el principal carotenoide de los pimientos rojos, así como la capsorrubina). Pero también xantofilas como la flavoxantina (aprobada como E161a hasta 1994, por ejemplo, de flores de diente de león), criptoxantina (por ejemplo, de naranjas), rubixantina (aprobada como E161d hasta 1994, por ejemplo, de escaramujo) y rodoxantina (aprobada como E161f hasta 1994).

En la tecnología farmacéutica, los carotenos se utilizan para colorear grageas, cápsulas, supositorios, ungüentos y emulsiones. En los tratamientos médicos, el β-caroteno puro actúa como fármaco para el tratamiento sistémico de enfermedades de la piel como medicamento acompañante en la administración de fármacos fototóxicos y para prevenir daños crónicos por luz, cambios tisulares y tumores. La cantaxantina se encuentra en productos bronceadores. 6.9

Sin embargo, el uso de carotenoides en la industria alimentaria es limitado debido a su baja solubilidad en agua, biodisponibilidad y rápida liberación. Los procesos de encapsulación mejoran la estabilidad, solubilidad y biodisponibilidad de los carotenoides. La industria alimentaria ha utilizado esta técnica durante más de 60 años para envasar ingredientes alimentarios, enzimas, células u otros compuestos funcionales en pequeñas cápsulas; con el objetivo de protegerlos de las influencias ambientales, prolongar su vida útil o enmascarar propiedades de componentes como sabores indeseables. 4

La sobredosis puede provocar hipercarotenemia (coloración amarillenta de la piel), que es reversible al suspender la ingesta de caroteno. Es posible que el consumo de β-caroteno por parte de fumadores con antecedentes de infarto de miocardio aumente el riesgo de enfermedad cardíaca mortal. Sin embargo, el β-caroteno se considera una sustancia en gran medida inofensiva. 4.5

Espectro de efectos sobre la salud

Las investigaciones confirman ampliamente las numerosas propiedades positivas de los carotenoides para la salud, como sus efectos antioxidantes, antitumorales, antidiabéticos, antienvejecimiento y antiinflamatorios. Se valoran especialmente los efectos de los carotenoides provitamina A. Aproximadamente 50 de los aproximadamente 750 carotenoides conocidos producen sustancias con propiedades de provitamina A, como α-, β- y γ-caroteno, así como β-criptoxantina, mediante procesos de escisión. Otros incluyen sapotexantina, criptocapsina y β-apo-8'-carotenal (beta-apo-8'-carotenal). Sólo los carotenoides con un anillo de iones β tienen actividad de provitamina A, que no está presente en carotenoides como el licopeno, la luteína y la zeaxantina. 4

La vitamina A existe como retina, retinol y ácido retinoico. La vitamina es esencial para mantener la visión, modular la expresión genética, promover el desarrollo y la reproducción embrionaria, el crecimiento y la diferenciación celular, fortalecer el sistema inmunológico, estimular los procesos metabólicos en el tracto gastrointestinal y reducir el riesgo de cáncer. 4

Cabe destacar las propiedades antioxidantes de todos los carotenoides, en particular los β-carotenos, α-carotenos, zeaxantina, β-criptoxantina, cantaxantina, astaxantina, luteína y licopeno. Como antioxidantes, retardan, inhiben o previenen la oxidación de moléculas y protegen las células, tejidos y órganos del daño causado por los radicales libres. Debido a sus dobles enlaces de cadena larga, el licopeno es especialmente eficaz y protege contra el estrés oxidativo. 1.4 Las concentraciones más altas de licopeno en humanos se miden en las glándulas suprarrenales, el hígado, los testículos y la próstata. Los tumores deben crear nuevos vasos sanguíneos a partir de los preexistentes (angiogénesis; esto es importante para la vascularización y el crecimiento de los tumores). El licopeno obstaculiza este proceso hasta tal punto que se considera un objeto de investigación prometedor al servicio de la terapia contra el cáncer. 12

Los carotenoides activan ciertos genes que controlan la producción de una proteína (conexina), que forma parte de las estructuras de comunicación celular. Las células utilizan estas conexiones para intercambiar señales y sustancias mensajeras para regular el crecimiento de las células. Este intercambio de señales ya no se produce en las células cancerosas. La presencia de α y β-caroteno, zeaxantina, luteína o licopeno inhibe la transformación de células previamente dañadas en células cancerosas. Las propiedades antiinflamatorias de estos carotenoides tienen un efecto beneficioso sobre la carcinogénesis. La ingesta de carotenoides o su concentración en sangre tiene efectos positivos sobre el cáncer de pulmón, próstata, esófago, cuello uterino, ovario, mama, estómago y colon. Los estudios también observaron sinergias positivas entre los carotenoides y los compuestos fenólicos a través de una mayor actividad antioxidante en los organismos. 1,5,9

Sin embargo, los resultados de varios estudios de intervención con β-caroteno sugieren que estas relaciones no son necesariamente causales. Es posible que el β-caroteno deba considerarse un indicador de una dieta rica en frutas y verduras, que en general tiene un efecto preventivo contra el cáncer debido a su contenido en sustancias vegetales secundarias, vitaminas y minerales. También se dispone de pruebas de este tipo para el α-caroteno, la luteína, el licopeno, la zeaxantina y la β-criptoxantina. Un consumo suficiente de carotenoides podría estar asociado con un menor riesgo de enfermedades cardíacas, óseas, cutáneas y oculares. 1.9

Cuando se trata de modificar los carotenoides para tratar la diabetes, el mecanismo de acción aún no está claro, pero el efecto antioxidante, junto con otros procesos, juega un papel central. Una dieta rica en carotenoides reduce el riesgo de artrosis de rodilla, osteoporosis, artritis y estimula el crecimiento óseo. Amplios estudios demuestran el efecto preventivo del licopeno sobre las enfermedades cardiovasculares. Los estudios clínicos muestran que el licopeno reduce los niveles de colesterol total. Estudios recientes demuestran el papel de los carotenoides como reguladores inmunológicos en forma de terapias en infecciones virales como COVID-19 y VIH. Sin embargo, es necesario realizar más estudios para confirmarlo. 1,4,8

Se debate controvertidamente si las sustancias vegetales secundarias sintetizadas o extraídas de la planta, incluida la mayoría de los carotenoides, también tienen efectos sobre la salud. En cualquier caso, los carotenoides son ideales como biomarcadores debido a su gran diversidad estructural y distribución. Los estudios registran la ingesta diaria de verduras midiendo la cantidad de carotenoides en la sangre o en los productos excretores. 4

Resumen

Los carotenoides son de fundamental importancia para las plantas y cumplen una variedad de funciones en la fotosíntesis, protección de la luz, coloración, síntesis de fitohormonas y transmisión de señales. Los carotenoides, como sustancias vegetales secundarias, también ofrecen un gran potencial para la salud humana y son cruciales como precursores de la síntesis de vitamina A y como antioxidantes en los alimentos. Ayudan significativamente a reducir el estrés oxidativo y reducir el riesgo de diversas enfermedades. Los carotenoides se encuentran principalmente en frutas y verduras, pero también están muy bien representados en las hierbas.

A pesar de la complejidad del tema, en la práctica se aplica lo siguiente: preferir una dieta variada, basada en plantas y orientada a las estaciones, con la mayor cantidad posible de alimentos orgánicos sin procesar. Esto le permitirá beneficiarse de forma óptima de los diversos efectos positivos de las sustancias vegetales secundarias. Deberíamos comer alimentos de origen vegetal lo más crudos y sin procesar posible o prepararlos de forma suave para aprovechar al máximo su potencial nutricional. En lo que respecta a los carotenoides, tenga en cuenta nuestros consejos adicionales de preparación y consumo para una biodisponibilidad óptima. Dado que las sustancias vegetales secundarias se encuentran a menudo en las capas exteriores, pele las verduras y frutas con cuidado. Como vegano u omnívoro, tenga en cuenta el artículo Los veganos suelen comer alimentos poco saludables. Errores nutricionales evitables . Muchas de nuestras descripciones de alimentos recientemente editadas le brindan información específica sobre cuáles de las sustancias mencionadas están representadas de manera más destacada en el ingrediente en cuestión.

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En el mundo científico, usar Wikipedia como fuente es controvertido, pues a menudo sus artículos carecen de información bibliográfica (autoría) o esta no es del todo fiable. Nuestros pictogramas nutricionales incluyen las kcal.

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