Clase 5 Composicion Quimica

Composición Química de la Aceituna

María de la Luz Hurtado P.Ing. Agr. Mg. Sc.

Agosto 2004

Aceituna

Botánica Drupa : Fruto monospermo de mesocarpo carnoso y endocarpio leñosoDimensiones: 1 - 4 cm longitud

0,6 - 2 cm diámetroCrecimiento fruto: 6 - 7 mesesCurva doble sigmoidea

Partes de la aceituna

Endocarpo

Exocarpo

Mesocarpo

(epicarpio; piel: epidermis + cutícula)

(pulpa)

(hueso, carozo)

PULPA(mesocarpo)

PIEL(exocarpo)

CAROZO(endocarpo)

SEMILLA

75 – 85 1,5 – 3 15 – 30 2 – 470 – 90 9 – 27 2 – 366 – 85 12 – 30 370 - 80 2,0 – 2,5 15 - 25 2,5

Componentes de la aceituna (%)

Fuente: diversos autores (Barile, Barranco, Kiritsakis)

Mesocarpo (pulpa)Cell parenquimáticas:

isodiamétricasgran aumento tamaño (dess)grandes espacios intercelulares

EtapasDivisión celular (6 - 8 semanas dp floración)Expansión celular: (desde 8 semanas en adelante), crecimiento mesocarpo exclusivamente por EXPANSIÓN celular

¿Donde se acumula el aceite?En la VACUOLA de las células parenquimáticas del mesocarpo

Composición químicaComponentes

AguaAceite (lípidos, materia grasa)

Azúcares reductores (3 - 4%): glucosa, fructosa, sacarosaPolisacáridos (4%): celulosa, hemicelulosa, ligninaPectina (0,3 - 0,6% en pulpa)Proteínas (1 - 3%): arginina Compuestos fenólicos (1 - 3%)Acidos orgánicos (cítrico, oxálico, malónico, tartárico,...)Pigmentos

Contenido de agua y aceite (%)Pulpa Carozo Semilla

Agua 50 - 60 9 30Aceite 20 - 30 1 27

Biosíntesis de Lípidos

Lípidos: Biomoléculas orgánicas formadas por carbono, hidrógeno y

oxígeno (menor %). Pueden contener fósforo, nitrógeno y azufre .

Son insolubles en agua y solubles en disolventes orgánicos

Clasificación de los lípidos:

Lípidos insaponificablesLípidos insaponificables (s/ ac. grasos)- Terpenos

- Esteroides

- Prostaglandinas

simples

complejos

Lípidos saponificablesLípidos saponificables (c/ ac. grasos) - Acilglicéridos

- Ceras

- Fosfolípidos

- Glucolípidos

Acidos grasos:Larga cadena hidrocarbonada lineal, con número par de átomos de carbono. Tienen un grupo carboxilo (-COOH).

Clasificación de los ácidos grasos:


Ac. grasos saturadosAc. grasos saturadosTienen enlaces simples entre los átomos de carbono.

Ac. grasos insaturadosAc. grasos insaturadosTienen uno o varios dobles enlaces en su cadena y sus moléculas presentan codos, (cambio de dirección)

Estructura ácidos grasos


saturado insaturado poliinsaturado18:0 18:1 18:2 18:4

Ac. esteárico Ac. oleico Ac. linoleico Ac.araquidónico

Ac.Miristico C14:0

Ac.Palmitico C16:0

Ac.Estearico C18:0

Acidos grasos saturadosAcidos grasos saturados

Acidos grasos Acidos grasos InsaturadosInsaturados

MonoinsaturadosMonoinsaturados

PoliinsaturadosPoliinsaturados

• Ac.Oleico C18:1

• Ac.Elaidico C18:1

• Ac.Erucico C22:1

•Ac.Linoleico C18:2w6

•Ac.Linolénico C18:3w3

•Ac.Araquidonico C20:4w6

•Ac.Eicosapentanoico C20:5w3

•Ac.Docosahexanoico C22:6w3

Biosíntesis de LípidosAcidos grasos


Las aceitunas acumulan lípidos en forma de triacilglicéridos (triglicéridos)

¿Qué es un triglicérido?


SaturadoSaturado

¿Cómo se producen?Monoinsaturado Monoinsaturado ωω -9-9

99

Contribución del fruto y de las hojas en la asimilación de lípidos


Fuente de C atmosféricoFuentes de fotosintatos:

Precursor de la síntesis de lípidos

Durante la foss., los fotosintatos fijan CO2 atm. y se produce glucosa

Aceituna:La pulpa es capaz de sintetizar diferentes glicerolípidos usando diversos precursores (glucosa C6.........bicarbonato C2)

La aceituna puede funcionar como:Un “sink” o atrapador de moléculas fijadas en otros lugaresUn órgano fotosintético

¿Que significa esto?:el fruto puede metabolizar fotosintatos fijados en hojas y transportados vía floemael fruto puede fijar CO2 atmosférico en sus cloroplastos

El pericarpio verde es muy activoDependencia de la LUZ:

Luz dependiente: vía ribulosa 1,5 difosfato (ciclo Calvin)Oscuridad: fijación bicarbonato por fosfoenol piruvato carboxilasa con producción de oxaloacetato


¿Quién contribuye más?Estudios realizados para determinar contribución relativa:

ramas SIN hojas, con aceitunasramas CON hojas, aceitunas en oscuridad

Después de 20 semanas de estudio:hubo reducción del contenido de aceite en ambas aceitunasla reducción fue de aprox. 30%

La formación de aceite en las aceitunas requiere de el aporte de ambas fuentes de fotosintatos


Formación del PRECURSORPRECURSOR en la síntesis de ácidos grasos (ACETIL-CoA) En PLASTO celular, se degrada 1 molécula de glucosa (C6) vía glicólisis y produce ACETIL-CoA, por enzima Piruvato Deshidrogenasa

Glucosa + 2 ADP + 2Pi + 2 NAD+ ==>2 Acido pirúvico + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 Agua


Precursor

Formación del PRECURSORPRECURSOR en la síntesis de ácidos grasos (ACETIL-CoA) (cont....)

En MITOCONDRIA, la enzima Piruvato Deshidrogenasa produce ACETIL-CoA, que es hidrolizado a Ac. Acético, éste cruza membrana sub-celular y en el Plasto es activado a Acetil-CoA

LA SÍNTESIS DE ACIDOS GRASOS TIENE LUGAR EN EL PLASTO CELULAREn la aceituna, tanto el acetato como el piruvato pueden ser incorporados en lípidos acilados


ETAPAS:ETAPAS:

- SÍNTESIS DE NOVO- SÍNTESIS DE NOVO de ácidos grasos

- Modificación del ácido graso

- Ensamblaje de lípidos: RUTA KENNEDYRUTA KENNEDY

- - Almacenamiento de TAGTAG

SÍNTESIS DE NOVOSÍNTESIS DE NOVO de ácidos grasos

Ocurre en el Plasto

Requiere de 2 enzimas:

Acetil-CoA carboxilasa (ACC)

Acido graso sintetasa (FAS)


Biosíntesis de Lípidos (síntesis de NOVO)

condensaciónAcetil-CoA + Bicarbonato

Acetil-CoA carboxilasa ACC

Malonil-CoA (intermedio)

enzima

Malonil-CoA - ACP transacilasa

Malonil-ACP (proteína transportadora de Acilos)

enzima

Ciclo de Elongación

Acido graso sintetasa FAS:∀β-cetoacil-ACP sintetasa I, II, III (KAS I, II III)∀β -cetoacil-ACP reductasa∀β -hidroacil-ACP dehidrasa•enoil-ACP reductasa

Malonil-ACP + Acetil-CoAcondensación

KAS III enzima


Acetoacil-ACP

β-cetoacil-ACP reductasa enzima

β-hidroxiacil-derivado

reducción

deshidratación β-hidroxiacil-ACP dehidrasa enzima

reducción enoil-ACP reductasa

Butiril (derivado 4C) Acil-ACPCiclo de Condensaciones sucesivas

KAS I enzimaUtiliza Acil-ACP como sustrato inicial, y no Actil-CoA

Palmitoil-ACP (Palmitato C16)

KAS II enzima

Estearoil-ACP (Estearato C18)

elongación

Este paso determina relación C16/C18 del pool resultante de ac. grasos

La enzima KAS III determina relación C16/C18La relación C16/C18 determina el grado de insaturación del pdto. finalPalmitato (C16) es el ac. graso saturado mas frecuenteLos ácidos grasos C18 insaturados son los principales productos de la formación de ac. gr. en plantas

¿Cómo termina la cadena en la síntesis de ac. grasos?Actividad enzimática de:

aciltransferasastioesterasas

En aceituna, la acil-ACP tioesterasa tiene una actividad óptima con Oleil-ACP (C18) Oleato


Modificación del ácido grasoEn Plasto está enzima Estearil-ACP ∆9 desaturasa

El ESTEARATO (C18) no se acumula como talEl OLEATO es el principal producto de la síntesis de novoA través de una serie de desaturaciones, se forman ac. gr. poliinsaturadosEstas desaturaciones pueden ocurrir en el plasto o en el Retículo endoplasmático

Oleato Linoleato α-linoleato


Ensamblaje de lípidos: RUTA KENNEDYRUTA KENNEDYOcurre en el retíulo endoplasmátio de la célulaIncorporación de ácidos grasos a lípidos complejosProducción de TRIGLICERIDOS (TAG)Sustrato mas abundante Oleil-CoA (Oleato)Enzimas participantes son Transferasas


glicerol

sn-1

sn-2

sn-3

Biosíntesis de Lípidos (ruta Kennedy)

Glicerol 3-fosfato (G 3-P)

Glicerol 3-fosfato aciltransferasa (G3PAT)

1-Acil-G 3-P

lisofosfatidato aciltransferasa (LPAAT)

Fosfatidato

Fosfatidato fosfohidrolasa (PAP)

Diacilglicerol (DAG)

Diacilglicerol aciltransferasa (DAGAT)

Triacilglicerol (TAG)

Acilación sucesiva del glicerol para producir FosfatidatoEl Fosfatidato es desfosforilado para producir DAGEl DAG es finalmente acilado para producir TAGLa especificidad de las enzimas Aciltransferasas determinan la composición del TAG

Son 4 enzimas:

G3PAT:presenta mayor afinidad por el Palmitato∴ se espera mayor posición de Palmitato en sn-1También opera bien con OleatoEn aceituna, análisis de estereoespecificidad muestran mayor proporción de Linoleato en sn-1Esto sugiere que linoleil-CoA es un sustrato efectivo para la enzima G3PAT de la aceituna


Son 4 enzimas:

LPAAT:es la 2ª enzima en actuartiene mayor afinidad por Oleatomanipulación genética en plantas (*)

PAP:controla la velocidad de acumulación de los TAGse trasloca desde citosol al retículo endoplasmático, donde es mucho más activa

DAGAT:para control de flujo, esta enzima representa una limitante en la ruta Kennedy, para aquellas plantas donde hay gran acumulación de aceiteestudios de mutaciones de DAGT muestran menor actividad enzimática, menor velocidad acumulación de TAG e incremento de DAG (inter1/2)


Almacenamiento de TAGTAGEn semillas oleaginosas, los TAG se almacenan en cuerpos oleosos, en cuyo proceso participa una proteína, OleosinaEn la aceituna, el aceite se acumula en la pulpa, y no posee cuerpos oleososEn aceituna, los TAG tienden a fusionarse y formar gotas de aceite, que crecen durante el desarrollo y maduración del fruto (30 µm)Esto ocurre porque en la aceituna NO está presente la proteína OleosinaEsto también explica porqué se puede extraer el aceite de oliva mediante medios mecánicos (molienda)


Algunos factores ambientales:Luz:

diversos estudios han relacionado la producción de aceite con la posición de la fruta en la canopia del árbol.Aceitunas en la parte superior reciben mayor irradiación, presentan mayor peso y un mayor contenido de aceiteestudios del contenido de aceite entre aceitunas ubicadas en distintas partes del árbol demuestran que una alta irradiación mejora el rendimiento de aceite

Temperatura:estudios han demostrado que la síntesis de TAG se ve reducida a Tº mayores de 40ºC


Consideraciones finales en la biosíntesis de lípidos:El precursor Acetil-CoA y los cofactores proviene del metabolismo de los azúcares, existe una correlación negativa entre el contenido de aceite y los azúcares reductores de la pulpa, durante el desarrollo y maduración del fruto.Finalmente, la capacidad de síntesis de lípidos decrece progresivamente, hasta anularse.El contenido total de aceite en la aceituna permanece constante.Olivos que sufren estrés hídrico al final del verano (ppo otoño) muestran un anormal rendimiento graso, debido a la reducción de la capacidad de síntesis de lípidos que genera el estrés .Fruto y variaciones de peso (agua)¿Cómo saber cuándo se ha completado la formación de aceite en el fruto? Expresar el rendimiento base materia seca


Cromatograma de ácidos grasos en una muestra de aceite de oliva

Aroma del Aceite de Oliva Virgen (A.O.V.) está formado por una compleja mezcla de sustancias volátiles: Aldehidos, Alcoholes, Cetonas, Hidrocarburos, Ésteres

Flavor (sabor y olor)Comptos. Volátiles AROMAComptos. Fenólicos SABOR

Off-flavor: aromas desagradables defectos

Los volátiles menores pueden caracterizar al A.O. Según:VariedadGrado madurezSistema de extracciónOrigen geográfico

Biogénesis del Aroma

Flavor Aceite Oliva

La calidad volátiles A.O.V. es similar, pero la cantidad puede variar según estos factores

Variedad: enzimas (responsables generar aromas), dependen características genéticas

º madurez: principales volátiles llamados “volátiles verdes” varían según madurez aceituna

Sistema extracción: prensa o centrífuga

Zona producción: aspectos agronómicos y pedoclimáticos







Perfil de compuestos volátilesA.O.V. (calidad) tiene perfil mas simple, cuyos comptos. volátiles provienen de Rutas Bioquímicas responsables flavorA.O. mala calidad tiene perfil mas complejo, con mayor cantidad de comptos. volátiles


Atrojado

Rancio

Varietal Coratina

Tiempo: 70 min

Tiempo: 35 min

Génesis de compuestos volátiles AceitunaLos volátiles flavor, provienen de la aceituna

Los volátiles son metabolitos directos, producidos en órganos planta, por Rutas Biogénicas Intracelulares

Fruto inmaduro sintetiza str ↑ PM (Lípidos, proteínas, polisacáridos)

Maduración fruto (fisiológicos y metabólicos):producción de etilenoaumento respiraciónsíntesis proteínas (enz)aumento actividad enzimáticaaumento permeabilidad membrana


Influyen en la génesis de volátiles

¿Cómo?

Al aumentar actividad y síntesis de enzimas se acumulan metabolitos que son sustratos para la síntesis de volátiles (ácidos grasos, aminoácidos)Maduración fruto rutas catabólicas, generando volátiles

ProcesoLos volátiles se forman rápidamente durante la ruptura de la estructura celularSe pone en contacto enzimas-sustrato, mas la presencia de O2

Se llaman Comptos. Volátiles Secundarios o Tecnológicos, responsables del aroma a “verde” del A.O.V.Precursores:

ac. grasos: linoleico y linolénicoaminoácidos: leucina, valina, isoleucina


∆ metabolismo

RUTA DE LA LIPOXIGENASA (LOX)Biogénesis del Aroma

Lípido complejo (TAG)

Acil hidrolasa (lipasa)

Ac. graso poliinsaturado (Linolénico)

Lipoxigenasa + O2

Hidroperóxido

Hidroperóxido liasa

Aldehido

Alcohol deshidrogenasa

Alcohol

Ésteres

Alcohol aciltransferasa

Aldehido

Alcohol

Éster

Algunos compuestos volátiles generados en ruta LOX

Estos 8 compuestos representan entre el 60 - 80% de los volátiles del aceite de oliva(E)-2-hexenal es el compuesto mayoritario (aldehido)Los aldehidos de 6C y sus derivados, son los responsables del aroma “verde”En proceso, la ruta LOX comienza con la MOLIENDA del fruto, y se mantiene activa durante el BATIDO de la pasta


Aldehídos Alcoholes Ésteres

Hexenal Hexanol Acetato de hexilo

(Z)-3-hexenal (Z)-3-hexenol

(E)-2-hexenal (E)-2-hexenolAcetato de (Z)-3-hexenilo

Los volátiles producidos por esta ruta se incorporan al aceite de olivaEl aroma del aceite dependerá de la actividad relativa de las enzimas que componen Ruta LOX, las cuales pueden ser alteradas por las condiciones de extracción

Especificidad de LOX por el sustrato: Linolénico > Linoleico Control de proceso:

TemperaturaTiempo

Algunos estudios:Var. Coratina y Frantoio, tpo: 5-120 min; Tº: 25-30ºC, aumento continuo del total de volátiles (Angerosa et al., 1998)disminución de acetato de 3-hexenilo después de 30 min, por baja actividad alcohol aciltransferasa (Morales et al., 1999)Máxima formación hexanal a 15ºC, rango: 0-30ºC (Salas y Sánchez, 1999)


Batido pasta regulación de aromas

Pigmentos:Clorofila y carotenos, pigmentos responsables del color el aceiteDurante maduración frutos, estos pigmentos disminuyenLa relación carotenos/clorofila aumenta de manera considerableEvolución del color se usa como índice de madurez (verde - amarillo- negro)Finalmente se acumulan antocianinas (rojo-púrpura)El cambio de color es desde el exterior al interior Clorofila en A.O. : 5 - 24 ppmCarotenos en A.O. : 3,1 - 9,2 mg/kg

Composición química

CarbohidratosAzúcares >ía son reductores: glucosa, fructosa, sacarosa. Disminuyen durante la maduración del fruto. Importante para el proceso de fermentación de aceitunas de mesa

Pectinas: condicionan la textura de la aceituna. El ácido galacturónico disminuye en la cadena péctica, con la maduración del fruto, con esto se disminuye también el índice de textura. Éste se relaciona con el grado de dificultad de la pasta durante la elaboración.

Composición química

Business

Clase 5 Composicion Quimica