IMPACTO DEL PROCESO DE MICROFILTRACIÓN TANGENCIAL SOBRE LOS COMPUESTOS ANTIOXIDANTES EN JUGOS DE FRUTAS Ing. Agr.(M.Sc.) Sonia Cozzano INNOVA 2009 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Proyecto PAVUC Producir Valor Agregado a partir de frutas tropicales Sub-utilizadas con Alto Potencial Comercial Ø Centro Nacional de Ciencia y Tecnología de Alimentos (CITA), Universidad de Costa Rica. Ø Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement. ØRheinische Friedrich-Wilhelms Universität Bonn. ØUniversiteit GENT. ØCUC - Centre for Underutilised Crops, University of Southampton. ØEPN - Escuela Politécnica Nacional. ØEMBRAPA - Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária. ØINIFAP - Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias. http://www.pavuc.soton.ac.uk/ PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Un Nuevo Paradigma “Dieta – Salud” Salud Bienestar Placer

FUNCIONALES

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CONVENIENTES

Frutas y hortalizas tienen estatus de “Alimentos funcionales” Ø Ingesta insuficiente de frutas y hortalizas: 2,7 millones de muertes cada año, y figura entre los 10 principales factores de riesgo contribuyentes a la carga de mortalidad por enfermedades cardiovasculares y cánceres (FAO-OMS, 2003). Ø Evidencia epidemiológica: asociación (+) entre ingesta de frutas y hortalizas, y la reducción de la mortalidad por enfermedades degenerativas. Ø USDA, FAO y otras organizaciones recomiendan el consumo de al menos 5 porciones de frutas y/o vegetales al día. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Ritmo actual de vida: oportunidades para el consumo de frutas??. Jugos 100% naturales: una alternativa para aumentar el consumo de frutas. Existen factores genéticos, ambientales y de procesamiento que afectan el contenido de antioxidantes en la fruta. Tecnologías de membranas como “ventana competitiva” productos de calidad superior. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Breve puesta a punto…

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¿Qué son los Radicales Libres (RL)? MOLECULAS QUE NO ESTÁN EQUILIBRADAS EN ELECTRONES POR LO QUE SON ALTAMENTE INESTABLES Y REACTIVOS. RL: Son parte del metabolismo normal y se incrementan en estados de exposición a contaminantes ambientales, radicación (UV, Gamma), pesticidas, humo de tabaco, etc. Ejemplos de radicales libres: superóxido (O-2), hidroxilo (OH-), hidroxiperóxilo (HOO-), peroxilo (ROO-) y alcoxilo (RO-). PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Efectos de los Radicales Libres sobre las Células Oxidación de lípidos y proteínas, lo cual altera la transducción celular : aumenta el riesgo de CANCER. El daño oxidativo también es asociado a enf. cardiovasculares, envejecimiento celular y varias otras enfermedades degenerativas.

tiv Estrés oxida

RL Wilson & Salamatian (2002-2003) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

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AX

¿Qué es una sustancia Antioxidante?

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Sistema de Defensa Antioxidante de nuestro Organismo SISTEMA ENDÓGENO Sistemas enzimáticos: superóxido dismutasa, glutatión peroxidasa y cátalasa. Antioxidantes plasmáticos: glutatión, ácido úrico, albúmina, ferritina, bilirrubina y u biquinol. Algunas hormonas : estrógeno, angiotensina, melatonina, etc. SISTEMA EXÓGENO Vitamina E y C.; Carotenoides, Licopeno y Polifenoles. Asociados directamente al consumo de frutas y hortalizas. Tenemos que reforzar la “barrera antioxidante”!!… PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

¿Qué son los Polifenoles? Ø Desde el punto de vista biológico: Grupo de metabolitos secundarios biosintetizados en las plantas,

ØDesde el punto de vista químico: Se caracterizan por contener grupos fenoles (anillo aromático unido a al menos un grupo funcional hidroxilo) en su estructura molecular.

ØConstituyen más de 8.000 compuestos químicos distintos. Ø Se clasifican de acuerdo con el número de átomos de carbono del esqueleto base.

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Estructura química del fenol

Principales compuestos fenólicos en plantas. Esqueleto C6

Ejemplo Fenoles Simples

C6 - C1

Ácidos Fenólicos

C6 - C3

Ácidos cinamicos, Cumarinas,

C6-C4

Naftoquinones

C6- C2-C6

Estilbenos

C6-C3-C6

Flavonoides

(C6-C3)2

Lignanos

(C6-C3)n

Ligninas

(C6-C3-C6)n

Taninos Condensados Fuente: Sarni-Machado & Cheynier, (2006)

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Generalidades de los FLAVONOIDES Ø Constituyentes de la parte no energética de la dieta humana. Ø Se encuentran en vegetales, semillas, frutas y en bebidas como vino y cerveza. Ø Se han identificado más de 5.000 flavonoides diferentes. Ø Se ha demostrado múltiples efectos positivos sobre la salud debido a su acción antioxidante y eliminadora de radicales libres. Ø Efectos anti-inflamatorios, antivirales, antialérgicos, y papel protector frente a enfermedades cardiovasculares, cáncer y diversas patologías.

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¿Cómo se mide la Capacidad Antioxidante? ØORAC (del ingles: “Oxygen Radical Absorbance Capacity“) es un método que permite determinar la capacidad antioxidante de alimentos, frutas y vegetales, por medio de espectrofotometría de fluorescencia.

Ø Es un indicador de cuán bien un antioxidante inhibe el daño causado por los radicales libres.

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¿Como se mide la capacidad antioxidante? Fuente antioxidante fluorescenteFluoresceína de sodio (C20H10Na205) C20H10Na205) Fuente de radicales libres - AAPH: AAPH (2,2'-azobis(2-amidinopropane) dihidrochloride)

Fuente antioxidante (patrón)TROLOX: TROLOX análogo soluble en agua de la vitamina E .(6(6-hydroxyhydroxy-2,5,7,82,5,7,8tetramethylchromantetramethylchroman-2-carboxylic acid). acid).

Fuente : OU et al., 2001

Cálculo: Área bajo la curva es proporcional [Trolox ] por tanto será posible interpolar la concentración de antioxidantes en la muestra. El resultado se expresará como µmol Trolox Equivalente /g de muestra.

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Principales tipos de jugos de fruta Jugo pulposo: Contiene más de 10% de sólidos insolubles en suspensión (SIS) que provienen de las paredes celulares Jugo turbio: menos de 10% SIS Jugo clarificado: turbidez inferior a 5 NTU (Unidades nefelométricas de turbidez )

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Principio tecnológico de la MICROFILTRACIÓN TANGENCIAL (MFT) “Proceso de separación sólido-líquido de los componentes de un fluido presurizado por medio de una membranas semipermeables, que permite la obtención de una pulpa concentrada fibrosa (heterogénea) y de una fracción homogénea clarificada” (Vaillant, 2000). Membranas de MFT: • Diámetro de poro: 0,1 a 5 µm • Material: orgánico o inorgánico • Geometría: plana, espirales, tubulares, fibras huecas PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Tecnología de Microfiltración Tangencial - MFT PRESIÓ PRESIÓN N

A ALIM LIMEN ENTA TAC CIÓ IÓN N

RETENIDO Membrana (0,2µm)

PERMEADO

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Esquema simplificado de un equipo de microfiltración tangencial. Marmita de alimentación

Retenido

Permeado

Membrana tubular multicanal de cerámica alúmina Zircón 0,2 µm diámetro de poro

Bomba de alimentación

Bomba de recirculación

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¿De que estamos hablando?

F. Retenido

F. motriz

F.Permeado

Alimentación

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Composición general de los productos del proceso MFT (membranasresultantes cerámicas de 0,2 µm) Retenido:

Permeado: •Azúcares, Vitamina C,

•Microorganismos

•Aromas oxigenados (aldehìdos, alcoholes alifáticos, terpenoles)

•Compuestos apolares hidrofóbicos como carotenoides.

•Pigmentos hidrosolubles.

•Aromas pesados (hidrocarburos terpénicos)

Turbidez < 1 NTU

•Almidón •Sólidos solubles

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MFT aplicado a jugos de fruta • Estabilidad microbiológica • Eliminación de sólidos insolubles en suspensión. atérmica. Jugo clarificado (menor a 0,5 NTU Elaboración de bebidas traslucidas, gaseosas, té frío, edulcorantes naturales de frutas, conservas de fruta con líquido de gobierno 100% natural

El tamaño de poro (0,2-0,45 µm), no permite el pasaje de los microorganismos (hongos levaduras, bacterias y sus esporas). “Esterilización en frío”…si se acompaña de envasado aséptico.

Jugos de alta calidad organoléptica, microbiológica y funcional PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

IMPACTO DEL PROCESO DE MFT SOBRE COMPUESTOS ANTIOXIDANTES EN FRUTAS: el caso de la Mora I (Rubus Adenotrichus).

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Características morfológicas de la polidrupa y las drupeolas

Familia: Rosaceae Género: Rubus Especie: adenotrichus Variedad: “Vino con espinas” Nombre vulgar: mora

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MORA - Vino ¿Cuáles son las características de la fruta ?

¿Cómo varía su composición físico-química y los componentes antioxidantes con el desarrollo del fruto?

¿En que estado de madurez presenta mayores contenidos de estos compuestos benéficos? PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Jugo clarificado: una alternativa de procesamiento. . .

¿Que más debemos conocer de la mora que nos ayude en el proceso de MFT? ¿Por qué?

¿Que pasa con las propiedades antioxidantes durante el procesamiento?

La Mora como alimento funcional Contenido de antioxidantes naturales y actividad antioxidante (ORAC) de la mora costarricense variedad vino con espinas 1

Base seca (BS)

Estado de madurez Parámetro ORAC (µmol TE/g)2 Polifenoles totales ( mg / 100 g)3 Antocianinas ( mg / 100 g)4 1

Intermedio

3/4 Madurez

ORAC: 64± µmoles 269,2 19,9 b 431,6 ± 30,0 a equivalentes Trolox por± 107,0 a 3368,5 ± 48,4 ab 2874,0de ± 324,9 b 3521,1 de ±fruta 49,8 ±cada 10,3 c 1 g177,3 14,7 bfresca 517,0 ± 62,3 a madura. 222,3 ± 6,4 b

Letras diferentes en la misma fila indican diferencias significativas (P ≤ 0,05), n=3 Datos expresados como micromoles de Trolox equivalentes (TE) por g de fruta fresca o fruta seca. 3 Total de polifenoles expresados como mg equivalentes de ácido gálico (GAE) por 100 g de fruta seca. 4 Total de antocianinas expresadas como mg cianidina 3-glucósido por 100 g fruta seca PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 2

Maduro

Contenido de compuestos fenólicos en la mora a tres estados de madurez a Compuestos fenólicos

Estado de madurez Grado 1 Grado 2

Taninos del ácido elágico (mg eq. ac. elágico. g-1) Lambertianina C (E1) 12,0 ± 1,0 a 11,0 ± 1,0 a Sanguiina H-6 (E2) 10,0 ± 0,5 a 9,0 ± 0,4 b Antocianinas (mg eq. cianidina 3-glc g-1) 3,8 g equivalentes Cianidina 3-glucósido (A1) 1,03 ± 0,03 c de ácido 3,10 ± 0,20 b

Grado 3 8,0 ± 0,4 b 6,6 ± 0,3 c 8,30 ± 0,30 a

elágico por g de± 0,005 b 0,660 ± 0,040 a Cianidina 3-(6’malonil) glucósido (A2) 0,111cada ± 0,0021000 c 0,391 fruta fresca en estado -1 Flavonoles (mg eq. quercetina g ) 0,298 ± 0,002 a 0,231 ± 0,004 b intermedio. Derivativos del ácido elágico (mg eq. ac. elágico g-1) Total (μmol g-1) b

0,300 ± 0,003 a 77,0 ± 5,0 a

0,137 ± 0,002 c

0,216 ± 0,004 b 0,202 ± 0,004 c 74,0 ± 2,0 ab

69,5 ± 0,3 b

a Promedio ± desviación estándar (n = 3), valores en un misma fila con letras iguales no son significativamente diferentes (Tukey, P > 0,05), valores dados en base seca por la masa del patrón, b suma de μmol de equivalentes de ácido elágico, quercetina y cianidina-3-glucósido PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Absorbancia (mAU)

Segmentos de cromatogramas (HPLC-DAD) a 280 nm de los extractos de mora (tres estados de madurez)

Lambertianina C (E1) Sanguiina H-6 (E2) Cianidina 3-glucósido (A1) Cianidina 3-(6’malonil) glucósido (A2) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Capacidad antioxidante de la mora Vino costarricense respecto a otras variedades de mora en estado maduro (Base Fresca) Capacidad antioxidante (umoles TE/g)

80

70 64

70

61

59

60

48

50

47 39

38

40

25

30

22

20

20 10

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0

Fuentes (datos azul): Sirwoharn & Wrolstad, (2005); Sirwoharn et al. (2004); Moyer et al. (2002) ; Wang & Ling (2000) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Capacidad antioxidante (ORAC) de la mora costarricense respecto a otras frutas (Base Fresca) 100

93

90

ORAC (umoles TE/g)

80 70 60 50

64 52

48

42 35

40 30

33

28

26 18

20

16

14

13

10

10

Fr es a Ce M re an za za n M a an Ga za la na Go ld en Na ra nj as M an da ri n Ag a ua ca te Du ra zn o M an go Ba na na

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0

Fuente (datos en azul): Wu et al.,2004 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

8

Obtención del jugo clarificado (MFT)

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Procesamiento de la fruta por MFT SELECCIÓN Y ACONDICIONAMIENTO FRUTA

DESPULPADO

DESECHOS

(Mallas de1, 524 y 0,838 mm)

TRATAMIENTO ENZIMÁTICO (Preparado comercial, Temperatura