La investigación en C h dCrohn de cercaCrohn de cerca

Caramelos prebióticos para elCaramelos prebióticos para eltratamiento de la enfermedad 

de CrohnJosé M. García FernándezInstituto de Investigaciones Químicas

SUCROQUÍMICA: CÓMO EMPEZÓ TODO (1989, Centro de Estudios de Grenoble,(1989, Centro de Estudios de Grenoble, Francia)

OOH

HO

O

OHOHO

HOácido

sacarosa

calor

OHOHOH

OHO+

ácido

OHO

OH

OH

OHHO

CARAMELO!

OO

OHO OHpolímeros

detergentes DAF¿Qué es el caramelo?á

HOdetergentesedulcorantes…

DAF¿Están los DAFs en nuestra dieta?¿Son beneficiosos o son a evitar?

ACTIVACIÓN TÉRMICA DE LOS CARBOHIDRATOSDel arte de la cocina a la Química Molecular.Del arte de la cocina a la Química Molecular.

HETEROCICLOSNITROGENADOS

SaborAromaColor

HETEROCICLOSOXIGENADOS

OLIGOSACÁRIDOS

POLÍMEROSPigmentos

Propiedades organolépticasPropiedades nutricionales

(melanoidinas)Pigmentos

COMPOSICIÓN: Fracción volátil (<5%) + Fracción no volátil (>95%).

CARAMELO: DEFINICIÓN COMERCIAL (NORMA AFNOR NF VOO 100)(NORMA AFNOR NF VOO-100)

- Caramelo aromático- Jarabe o sólido marrón pálido a oscuro, obtenido por calentamientocontrolado de azúcar de grado alimentario. Pueden añadirse pequeñasg p qcantidades de ácido carboxílico para promover la hidrólisis del material oligo-y polisacarídico. La acidez inherente del caramelo puede neutralizarse tras elproceso de carmelización.

- Caramelo colorante- Líquido o sólido marrón oscuro, obtenido por calentamiento controlado deLíquido o sólido marrón oscuro, obtenido por calentamiento controlado de azúcar de grado alimentario. Pueden añadirse varios promotores de caramelización. Se emplea como colorante en productos de alimentación, cervezas, bebidas alcohólicas,etc., ,

E-150(a-d)E 150(a d)

Azúcar + calor AmoniacoAzúcar + calorSin aditivos

Ácidos alimentarios Ácidos minerales

Amoniaco, Compuestos nitrogenados

(acético, cítrico…) o bases

E-150a E-150dE-150b E-150c

Caramelos aromáticos Caramelos colorantesCaramelos aromáticos Caramelos colorantespostreslacteos

l

refrescoscervezas

salsaspiensos animales

licoresvinos

ESTADO DE CONOCIMIENTO EN 1990

“El caramelo forma parte de la dieta humana desde hace más de2000 años. Actualmente, además de una receta básica de lagastronomía popular, es un ingrediente o aditivo alimentariogastronomía popular, es un ingrediente o aditivo alimentarioampliamente utilizado en multitud de productos industrialesdestinados tanto a la alimentación humana como animal por suspropiedades aromatizantes o colorantes Sin embargo aunque elpropiedades aromatizantes o colorantes. Sin embargo, aunque elavance en las técnicas de análisis ha sido espectacular a lo largo delsiglo 20, aún no conocemos cuales son los constituyentes

it i d l l D d l t d i t í i l ú imayoritarios del caramelo. Desde el punto de vista químico, lo únicocierto es que la caramelización de un azúcar conlleva la acidificacióndel producto y que el medio ácido cataliza la caramelización”.

El estudio de la reactividad de los azúcares en medio ácido podríaaportar las claves para descifrar este enigma.g

TRANSFORMACIONES DEL AZÚCAR PROMOVIDA POR ÁCIDOS EN EL LABORATORIOÁCIDOS EN EL LABORATORIO

OHO

HO

O

HO

OHHO

OHO

glucosaglucooligosacáridos

H+

OHO

HO

OHOH

OH

sacarosa

fructosaDAFs

fructosa

Glucosil-DAFs¿Sucede lo mismo en la cocina?¿Comemos DAFs?

“HUELLA DIGITAL” DEL CARAMELO: ESPECTROMETRÍA DE MASAESPECTROMETRÍA DE MASA

Glucooligosacáridos

DAFs y Glucosil-DAFsDAFs y Glucosil-DAFs

El perfil resultó idéntico para el producto del laboratorio y el caramelo líquido comercial

1994: SE AISLAN VARIOS DAFs DE UN CARAMELOAROMÁTICO DE SACAROSAAROMÁTICO DE SACAROSA

O O

HOHO

OHOH

HO O O

HOHO O O

HO

OHO OHO

49% 17% 7%

O OHO

OHO

HO

OHOHHO

OHO

OHOH

HO

OHOH

Los DAFs forman parte de la dieta dieta humana ordinaria desde tiempo inmemorial.

Algunos microorganismos los producen. Son acariogénicos y favorecen el crecimiento de bacterias beneficiosas en elfavorecen el crecimiento de bacterias beneficiosas en el

intestino (Bifidobateria, Lactobacilo)

POTENCIAL DE LOS DAFs COMO ALIMENTOS FUNCIONALES

Q í i t tá tit id f t (DAF )Químicamente, están constituidos por fructosa (DAFs) o fructosa y glucosa (Glucosil-DAFs).

Están emparentados directamente con carbohidratos comerciales con efecto prebiótico bien documentado, como la

inulina los fructooligosacáridos (FOS) y las oligofructosasinulina, los fructooligosacáridos (FOS) y las oligofructosas.

Cada vez hay más evidencias científicas de que una dieta rica en prebióticos regula la flora intestinal, refuerza el sistema

inmunitario, reduce la incidencia del cáncer de colon, facilita la eliminación de colesterol en sangre…y permite prevenir yeliminación de colesterol en sangre…y permite prevenir y

controlar los episodios de crisis en enfermos de Crohn y de colitis ulcerosa.

¿Podría tratarse el Crohn con caramelo?

TERAPIAS PARA ENFERMEDAD INFLAMATORIA INTESTINAL

Factores genéticos Factores ambientales

IL-6`IL-1 LTB

TNFTNFTNF

Factores inmunológicos

2 ANTIBIÓTICOS

1. ANTIINFLAMATORIOS

LTB4

E f d d i fl t i i t ti l

2. ANTIBIÓTICOS

3. TERAPIA BIOLÓGICA

4 TERAPIAS ALTERNATIVASEnfermedad inflamatoria intestinal 4. TERAPIAS ALTERNATIVAS Prebióticos (fibra dietética, FOS…) Probióticos Acidos grasos poliinsaturados, ω3 Antioxidantes: flavonoides

Caramelos enriquecidos en DAFs?

TECNOLOGÍA PARA PRODUCIR CARAMELOS PREBIÓTICOS

Control de la tempeartura

Agitación mecánica

Condiciones heterogéneas

Escala de hasta 2 Kg

Caramelo comercial

Catalizador reciclable

Caramelo prebiótico

D-FRUCTOSA90 ºC

Caramelo comercial

SACAROSA160 ºC

Caramelo prebiótico

90 CResina ácida

160 CÁcido acético 0.1%

18 20% DAFs 70 80% DAFs18-20% DAFs 70-80% DAFsPatente CSIC – Univ. Sevilla – Univ. Granada 2008

ANÁLISIS CUALI- Y CUANTITATIVO (CG): PERFIL DE DAFsHO

HO

OO

O

HO

HO

O

O

HO

OH

OH

Tipos de estructuras:Hasta 14 estructuras

OO

O

HO

HO

O

OHOH

HO

9

OO

HO

OH

HOOH

OH Hasta 14 estructuras diferentes

10

OHOO OH

O

OH

O

HO

5

7

1 412

13

6

OO

O

HO

HOO

OHHO5

14

20 min21 22 2319 24

1232

11 14

Comparación de componentes en el caramelo comercial y en el caramelo prebióticocomercial y en el caramelo prebiótico

%%

Los DAFs presentes sonLos DAFs presentes son exactamente los mismos, sólo

varía su proporción relativa

DAFDAFs

Caramelo comercial de sacarosa Caremlo prebiótico de fructosa

EVALUACIÓN DE EFECTO PREBIÓTICO IN VIVOCaramelo1 g caramelo/día/animal (250 g)

*15

20% AUMENTO DE PESO

-actina

control prebiótico

0

5

10 (control)

0 2 5 7 9 12 14

CONTROL DAFs- caramelo

MUC1

5101520

CANTIDAD DE ALIMENTO MUC2

05

2 5 7 9 12 14DIASS

Control DFAs-carameloTFF-3

Aumento moderado en Lactobacilosy Bifidobacterias

Efecto citoprotector muy significatico

CARAMELOS ENRIQUECIDOS EN DAFsCOMO NUTRACÉUTICOS

Evaluación en un modelo animal de la enfermad de Crohn

2 semanas 1 semanaNo-colítico

Parametros macroscópicos :

•diarrea

control

•Índice de daño macroscópico (MDI)Parametros bioquímicos

( 8)

TNBS/EtOH 50%control

•actividad mieloperoxidasa

Impacto en la microflora:(n=8)

+ caramelo• lactobacillus

• bifidobacteriaTNBS/EtOH 50%

GRUPO PESO DEL ÍNDICE DE MPO

LOS DAFs COMO NUTRACÉUTICOS

GRUPO PESO DELCOLON

ÍNDICE DE DAÑO (0-10)

MPO(U/g tejido)

Sano 63.5 6.9 0.0 21.5 4.0Control colítico 180.7 36.1 7.5 116.7 9.2Caramelo prebiótico

137.2 39.5 5.5 88.6 10.3prebiótico

Regeneración de tejidos en animales

A i l A i lAnimal colítico

Animal sano

J. Agric. Food Chem. 2010, 58, 6476-6484.

Animal sano Animal colítico Animal tratado

CARAMELOS ENRIQUECIDOS EN DAFsCOMO NUTRACÉUTICOS

3,50E+09

4,00E+09

2,50E+09

3,00E+09

3,50E 09

lactobacillusbifidobacteria

1,50E+09

2,00E+09

0 00E+00

5,00E+08

1,00E+09

R ió i ifi ti d l b t i b fi i

0,00E+00

No-colitico control DFA III puro Caramelo DAFs

Recuperación significativa de las bacterias beneficiosas.

El efecto es más significativo en los animales enfermos que en los sanos.

EVALUACIÓN PREBIÓTICA IN VITRO EN POLLOS

cecum de pollos (8 a 20 animales)(8 a 20 animales)

Total ácidos grasos de cadena corta (mM)

Log nº copias/mL

4.0

5.0

6.0Total ácidos grasos de cadena corta (mM)

1.0

2.0

3.0

Control CF (0.5%)

CF (1%)

CF (2%)

CS Nigay

0.0

EVALUACIÓN DEL EFECTO PREBIÓTICO EN CERDOS

CERDOS

C O Ó COC O Ó COControlControl(6 animales)

CARAMELO PREBIÓTICOCARAMELO PREBIÓTICO(6 animales)

Pienso comercial +Pienso comercialcaramelo prebiótico (1%)

Pienso comercial

pA *pA *pApA *Aumento moderado en la población de bifidobacteria y lactobacilo.

Di i ió i ifi i d40

50

60

*40

50

60

*40

50

60

40

50

60

*

Análisis de DAFs en heces

Disminución significativa de coliformes y enterobactaeria. Baja fermentabilidad( ló i )

20

30

5+6

9

10 13

**

*20

30

5+6

9

10 13

**

*20

30

5+6

9

10 13

20

30

5+6

9

10 13

**

*(acalóricos).

19

10

min20 2221 23

410 13

18 24

7

19

10

min20 2221 23

410 13

18 24

7

19

10

min20 2221 23

410 13

18 24

7

19

10

min20 2221 23

410 13

18 24

7

EVALUACIÓN ORGANOLÉPTICA44 Exquisito

0.8 g CF en33

22

Me gusta mucho

M t

g200 mL zumo piña

22

11

Me gusta

Bastante bueno0 5 CF 1304 2 CF4 2 CF0 CF

00 Ni muy bueno ni muy malo

0.5 g CF en 130 g natillas

4.2 g CF en1 Kg pan

4.2 g CF en1 Kg bizcocho

0.8-1 g CF en

0.5 g CF en125 g yogurt

- 1- 1 Regular

g200 mL leche

Todos los productos fueron aceptados- 2- 2

33

No me gusta

Desagradable

El caramelo se disuelve bien en todas las matrices Imparte color- 3- 3

- 4- 4

Desagradable

Horrible

Imparte color

Sabor metálico en leche

MODULACIÓN DEL COLOR Y DEL SABORTratamiento con carbón vegetal (100 ºC, 2 h)

Leche (semidesnatada) 200 mL + caramelo decolorado (2 1 g)

SABOR AROMA TEXTURA

Leche (semidesnatada) 200 mL + caramelo decolorado (2.1 g)

ESTADO DE LA TECNICA DE OBTENCION DE CARAMELOS PREBIÓTICOS

Tecnología desarrollada a escala de 1 Kg

Respetuosa con el medio ambiente: materia prima de fuentes naturales

DE CARAMELOS PREBIÓTICOS

Respetuosa con el medio ambiente: materia prima de fuentes naturales(fructosa, sacarosa), catalizadores reciclables, no usa disolventes orgánicos,temperaturas moderadas.

Ef t t t l t t i t ti l i d t i id d dEfecto protector en el tracto intestinal y ausencia de toxicidad en roedores.Efecto prebiótico en pollos y cerdos.

Efecto nutracéutico en un modelo animal para enfermedad de inflamaciónpintestinal.

Buenos resultados relativos a estabilidad y propiedades organolépticas enmatrices alimentarias.matrices alimentarias.

El color y el sabor pueden adaptarse a los requerimientos de cadaaplicación.

Conocimiento especializado en preparación de patrones analíticos paracontrol de calidad y trazabilidad.

“GLYCOBIOTICS”caramelos prebióticos

OBJETIVOS DE I + D + iDESARROLLO TECNOLÓGICO Y COMERCIAL

Aplicaciones en alimentación animal: estudios avanzados en cerdos yavesaves.

Aplicaciones en alimentación humana: estudios de fermentabilidad einfluencia en el recuento bacteriano intestinal.ue c a e e ecue o bac e a o es a

Aplicaciones como nutracéuticos: contactos iniciales con el HospitalVirgen de la Nieves de Granada para estudios en enfermos de Crohn yg p yafectados por enfermedades de inflamación intestinal en general.

Aumento de la capacidad de producción y control de calidad.

Desarrollo comercial: Partenariado con empresa(s) / Licencia patente

La investigación en C h dCrohn de cercaCrohn de cercaAgradecimientos ato dos mis colaboradores, en especial a:Prof. Carmen Ortiz (Universidad de Sevilla)Prof. Julio Gálvez Universidad de Granada))Dr. Luis Ángel Rubio (Estación Experimental del Zaidín, CSIC, Granada)Dr. Davd Lesur (Univerdad de Amiens, Francia)

GRACIAS POR SU ATENCIÓN