ACCIÓN ANTIOXIDANTE Y PROOXIDANTE

DE COMPUESTOS FENÓLICOS EN ALIMENTOS

Laboratorio de Antioxidantes y Procesos Oxidativos. Centro de Investigación y Transferencia de Santiago del Estero

Universidad Nacional de Santiago del Estero Santiago del Estero, Argentina.

Mónica A. Nazareno

OH

OH Ácidos fenólicos

Lignanos

Flavonoides

HO

H

OHOR2

CH3

CH3

CH3CH3

CH3H3C

R1O

HO

O H

O

OH

Taninos

HO

OH

O

O

OH

OH

OH

Hidrolizables (TH)

Condensados (TC) Otros

Se han identificado más de 8000 compuestos fenólicos

Se presentan

Libres Conjugados

Polimerizados

Mono ó poliglicosilados

Acilados

Los compuestos fenólicos ejercen acción protectora frente a la peroxidación lipídica

La oxidación lipídica es una reacción radicalaria que puede ser inducida enzimáticamente, térmicamente y por especies reactivas de oxígeno (ROS).

Compuestos oxidables

Lípidos poliinsaturados

O2

O2

LIPIDOS INSATURADOS

PRODUCTOS DE OXIDACION PRIMARIA

PRODUCTOS DE OXIDACION SECUNDARIA

ROS Autooxidación Inducción térmica Catálisis enzimática Iones Metálicos Activos

LIPIDOS [o]

OXIDACION SECUNDARIA

NO VOLATILES

POLIMEROS

GLICERIDOS

PARCIALES

COMPUESTOS CICLICOS

VOLATILES

ALDEHIDOS

CETONAS

ALCOHOLES

HIDROCARBUROS

AGV

OXIDACION PRIMARIA

HIDROPEROXIDOS

ROOH

Actividad antioxidante de los compuestos fenólicos

Presentan diferentes mecanismos antioxidantes con el fin de proteger a las células y otros sistemas biológicos de los daños oxidativos. Se ha demostrado ampliamente su acción como depuradores de radicales libres, acomplejantes de iones metálicos, desactivantes de especies excitadas inhibidores de enzimas pro-oxidantes.

Antioxidantes

Agentes Pro-oxidantes

NUECES ALMENDRAS HUMEDAD 2.9 % 2.2 % GRASAS TOTALES 65.0 % 56.7% PROTEINAS SOLUBLES 6.0 % 9.9 % COMPOSICION DEL ACEITE

9,121,4

69,5

7,5

68,5

24,0

ACIDOS GRASOS POLIINSATURADOS 57% ác. linoleico

ACIDOS GRASOS MONOINSATURADOS 68% ác. oleico

Tesis Cecilia Salcedo (2012)

Componente mayoritario

DISTRIBUCIÓN DE LOS POLIFENOLES EN NUECES

0

20

40

60

80

100

120

140

Extraíbles Extraíbles

11,26

126

1,42 12,57 Fe

nólic

os (u

g G

A/m

g)

Nueces Almendras

Semilla entera Piel marrón

Actividad antirradicalaria de extractos de nueces frente a DPPH•

Nuez entera piel marrón Almendra entera piel marrón

Nuez Almendra

Contenido total de Compuestos fenólicos (mg AGE/g)

Nuez entera Piel de nuez

En agua En metanol En agua En metanol

4,31 ± 0,08 14,80 ± 0,09 31,2 ± 0,2 95,4 ± 0,9

0

10

20 30

40

50

60

70

80

90 100

AAR

(mg

AGE/

g)

Nuez/MeOH Nuez/Agua Piel nuez/MeOH

Piel nuez/Agua

DPPH•

ABTS•+

AAR de extractos acuosos y metanólicos de nueces

Compuestos fenólicos identificados en nueces y almendras

Ácidos fenólicos

EGC

Tocoferoles

Flavonoides

0 2 4 6 8 100.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8SojaNuecesAlmendras

Abs

at 2

34 n

m (A

U)

Tiempo (min)

ENZIMA PRO-OXIDANTE LIPOXIGENASA (LOX)

R RH H

21 R R

OOH

21

H

LOX

O2

FORMACION DE HIDROPEROXIDOS INDUCIDA POR LOX

175 200 225 250 275 300 325 350 375 4000,00

0,25

0,50

0,75

1,00

Abs

(AU

)

λ (nm)

234 nm

10 min

ESTABILIDAD OXIDATIVA DE NUECES Y ALMENDRAS

El almacenamiento a largo plazo a

temperatura ambiente no produjo

oxidación significativa

?

Nueces picadas Activación de LOX

El rol de la piel marrón

EFECTO DE LA PIEL EN LA ESTABILIDAD OXIDATIVA DE NUECES MOLIDAS ALMACENADAS A 25 °C

0

1

2

3

4

5

6

10 min 30 min 60 min 120 min

2,2 2,8 2,9 3,2 3,5 3,8 3,9

5,1

TBAR

S (m

g M

DA/

Kg

nut)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

10 min 30 min 60 min 120 min

1,7 1,4

1,6 1,72

2,5 2,9

2,5

2,93

TBAR

S (m

g M

DA/

Kg

nut)

WALNUTS ALMONDS

NIVELES DE PRODUCTOS DE OXIDACIÓN SECUNDARIA

LA PIEL TIENE EFECTOS PROTECTORES CONTRA LA OXIDACIÓN

ALMENDRAS NUECES

Con piel y sin piel

Medio Orgánico LOX

AOT

SISTEMA MODELO DISEÑADO

Ácido Linoleico

H2O: 3% (W=61.8)

AOT/isooctano/agua

Micelas inversas

ACTIVIDAD ENZIMATICA DE LOX EN MICELAS INVERSAS AOT/ISOOCTANO/AGUA

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.300

4

8

12

16

20

[Linoleic acid] (µg/ml)10 20 30 40 50 60 70

0

4

8

12

16

20

W

W= [H2O]/[Surf]

LOX

Activ

ity (U

/mg)

LOX

Activ

ity (U

/mg)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 220.45

0.50

0.55

0.60

0.65

0.70

0.75 0 µg/ml α−Toc121 µg/ml α−Toc241 µg/ml α−Toc362 µg/ml α−Toc

Abso

rban

cia

234

(UA)

Tiempo (min)100 150 200 250 300 350 4000

102030405060708090

100

AO

A %

[α−Tocoferol] (µg/ml)

Inhibición de la oxidación inducida por LOX por α-Tocoferol

W = 61,8 Tiempo (min)

Abs a

t 234

nm

(AU

)

α-Tocoferol (µg/ml)

En estudios del grupo referidos a los factores que afectan la actividad enzimática de LOX,

se encontró que compuestos fenólicos se comportan como inhibidores de LOX

del tipo no competitivo, siendo quercetina y el ácido sinápico los de mayor actividad.

0 200 400 600 800 1000 1200 14000

50

100

150

200

250

Quercetina

sin inhibidor

10 µM

5 µM

7,5 µM

Acido Linoleico (µM)

Velo

cida

d (n

M/s

eg)

Tesis doctoral Analía Medina

ESTABILIDAD OXIDATIVA DE NUECES Y ALMENDRAS MOLIDAS

SOMETIDAS A COCCIÓN

t = 30 min

ESTADO OXIDATIVO DE NUECES MOLIDAS POR TRATAMIENTO TERMICO

Tratamientos térmicos

Emisión de compuestos volátiles como productos de oxidación secundarios de nueces

CH3

O

H

CH3

O

H

Rancidez Sensorial

Pentanal

Hexanal

HS-SPME-GC-FID

Pieles marrones inducen la formación de pentanal y hexanal durante el tratamiento térmico de

nueces molidas

0

5

10

15

20

25

30

35

40

Pentanal Hexanal

36

1,06 1,2 0,8

25

0,76 1,47 0,99

(μg/

100

g)

PRO

DUCT

OS

OXI

DACI

ON

CON

PIE

L

CON

PIE

L

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19Time (min)

0

20

40

60

80

1000

20

40

60

80

100

Rel

ativ

e A

bund

ance

0

20

40

60

80

100a)

12 3

45

IS

6 7

8

910

108

IS

2

b)

c)

IS

Perfiles Cromatográficos de los compuestos volátiles formados como productos de oxidación de nueces molidas tratadas a 100 °C por 24 h

a) Nueces con piel

b) Nueces sin piel

c) Piel marrón

Identificación: 1) pentanal, 2) hexanal, 3) 2-heptenal, 4) 2,4-heptadienal, 5) 2-octenal, 6) acetofenona, 7) nonanal, 8) 2-nonenal, 9) 2,4-decadienal, 10) 2-undecenal, 11) 3-decen-1-ol, IS: Internal standard.

HS-SPME-GC-MS

Niveles HS de la emisión de volátiles después del calentamiento de nueces y almendras

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Nuez con piel

Nuez sin piel

Almendra con piel

Almendra sin piel

ug

Pentanal Hexanal 2-Heptenal Ácido hexanoico 2,4-heptadienal 2-Octenal 2,4-decadienal

HS-SPME-GC-MS

Sistema Modelo: micelas inversas

AOT

LA Fase

Orgánica

POOL H2O

[AOT]= 25mM W= 61.8 [LA]= 120 µg/ml Temperaturas: 60, 70 y 100ºC

Polifenoles

t=30 min

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12

0

20

40

60

80

100

120

140

[AG] (µg/ml)

[RO

OH

] (µM

)

60ºC 70ºC 100ºC

0,00 0,03 0,06 0,09 0,12 0,15 0,18 0,21

0

20

40

60

80

100

120

140

[RO

OH

] (µM

)

[AG] (µg/ml)

60ºC 70ºC 100ºC

NUECES ALMENDRAS

EFECTO DE EXTRACTOS DE PIEL EN LA OXIDACIÓN LIPIDICA EN SISTEMAS MICELARES DESPUÉS DE 15 H DE

TRATAMIENTO TÉRMICO

QUE PASO CON LOS PEROXIDOS A 100°?

COMENZARON A PROTEGER A PARTIR DE ALTAS CONCENTRACIONES?

EFECTO DE COMPUESTOS FENOLICOS EN LA OXIDACION EN EMULSIONES AGUA EN ACEITE

DESPUES DE 15 H DE TRATAMIENTO TERMICO

0 1 2 3 4 5 6

10

20

30

40

50

60

70

80

90

µg R

OO

H/m

g AL

[Polifenoles] µg/mL

GA Catechin Quercetin

PRODUCTOS PRIMARIOS ROOH

0 1 2 3 4 5 6

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

µg M

DA/m

g LA

[Polifenoles] µg/mL

GA Catechin Quercetin

PRODUCTOS SECUNDARIOS TBARS

ACCION PROOXIDANTE!

• Los compuestos fenólicos presentes las pieles marrones de nueces son capaces de retardar la oxidación de las nueces molidas almacenados en temperatura ambiente.

• Compuestos polifenólicos producen efectos pro-oxidantes en las nueces molidas cuando sometidas a tratamientos térmicos.

• El comportamiento del sistema modelo se corresponde con el comportamiento de la matriz alimentaria.

CONCLUSIONES

• HAY ANTECEDENTES EN LA LITERATURA ACERCA DE LA ACCIÓN PROOXIDANTE

DE COMPUESTOS FENÓLICOS PERO SIEMPRE HAN SIDO OBSERVADA EN SISTEMAS

CONTENIENDO IONES METÁLICOS ACTIVOS.

• PARTICIPACION DE LOS COMPUESTOS FENÓLICOS EN LA REACCION DE FENTON

• EN ESTE TRABAJO SE OBSERVÓ ACCION

PROOXIDANTE DEPENDIENTE DE LA DOSIS SIN LA ADICION DE IONES METALICOS EN EL SISTEMA

INMOVILIZACION DE POLIFENOLES SOBRE UNA MATRIZ POLIMERICA

films Via unión covalente sólidos macroporosos

COOHHO

OH

HO

HO

HO

COOH CH3O

HO

COOH

Ácido Cafeico Ácido Ferúlico Ácido Gálico

CA

CA

CA

CA

CA

CA

CA

CA

CA

R.

RH

PP film PP-g-HEMA-Caffeic Acid

Photografting

CA immobilization

Films Antioxidantes

O

O

OH

CH2

CH3

O

OHO

CH2

CH3

O

OHO

CH2

CH3

O

OHO

CH2

H3C

O

OOH

CH2

H3C

O

OOH

CH2

H3C

O

OOH

+

Opolypropylene film (PP) HEMA

PP-g-HEMA

HO OH

O

HO

HO Cl

O

HO

CH2

H3C

O

OO

CH2

H3C

O

OOH

CH2

H3C

O

OO

PP-g-HEMA-Caffeic acid

O

OH

OH

O

OH

OH

CH2

CH3

O

OHO

CH2

CH3

O

OO

CH2

CH3

O

OHO

O

HO

HO

UV light

SOCl2, N2,reflux

Covalent linkage by an ester bonding

0 5 10 15 20 25 30

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

Abs

515

nm

time (min)

PP-g-HEMA-Caffeic acid PP-g-HEMA

0 5 10 15 20 25 300.76

0.77

0.78

0.79

0.80

0.81

0.82

Abs

734

nm

time (min)

PP-g-HEMA-Caffeic acid PP-g-HEMA

DPPH• ABTS+•

PP-g-HEMA-CA film Contenido de grupos fenólicos activos 6.7 ± 0.5 µmol CA/ g film ARA frente a DPPH • 6.6 ± 0.4 µmol CA/ g film.

ACTIVIDAD ANTIRRADICALARIA DE POLIMEROS CONTENIENDO COMPUESTOS FENOLICOS INMOVILIZADOS

0 5 10 15 20 25 3030

40

50

60

70

80

90

100

As

corb

ic ac

id re

tent

ion

(%)

time (h)

PP-g-HEMA-Caffeic acid (16.0 µmol/L) Caffeic acid addition (11.7 µmol/L) orange juice (control)

La película es capaz de proteger el ácido ascórbico en jugos de naranja natural en una relación de área/volumen igual a las dimensiones de embalaje TetraPak.

CA solution

PP-g-HEMA-CA

control

La densidad del CA unido al film es 0.011 mmol CA/cm2.

83 % 74 % 37 %

Retención de Ácido ascórbico en muestras de jugos de naranja a 40 ° C

Acido Gálico Acido Cafeico Acido Ferúlico

Unión Covalente tipo amida

Síntesis de Polímeros

antioxidantes macroporosos

Mantienen la estructura de poro de red tridimensional

incluso cuando se seca

Laboratorio de Antioxidantes y Procesos Oxidativos CITSE- CONICET-UNSE

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION!!