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.
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
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
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