Metodologies per l'estudi de compostos fenòlics i alcaloides en el cacau (theobroma cacao) i la garrofa (ceratonia siliqua L.): bextracció, caracterització i avaluació de la digestibilitat en model in-vitro

Abstract

Actualment hi ha un especial interès pels compostos fenòlics dels aliments en àmbits de la nutrició, salut i medicina en base a diferents evidències que suggereixen que poden actuar com a potents antioxidants i/o moduladors de funcions biològiques claus en els mamífers. Paral·lelament, hi ha una demanda per part dels consumidors en quant a la informació dels aliments que s'ingereix, de les necessitats nutricionals així com de la millora de salut. Tots aquest conceptes juntament amb la definició imminent de la legislació europea en relació als perfils nutricionals i les al·legacions de propietat de salut porta implícit la disponibilitat de metodologies adequades per a la caracterització dels aliments. Per a donar resposta a una necessitat actual, l'interès d'aquesta tesis es centra en el desenvolupament de metodologies que permetin la identificació, verificació, quantificació i eficiència de compostos bioactius. Aquestes metodologies representen eines de treball que han de facilitar la formulació de nous aliments amb al·legacions de propietat de salut.<br/>Per assolir aquests objectius, aquest treball va seleccionar dues fonts d'origen vegetal per a l'obtenció i avaluació de compostos fenòlics: el cacau i la garrofa. Els extractes de cacau són una font reconeguda de compostos fenòlics, principalment procianidines, i alcaloides. En el present estudi l'interès es centra bàsicament en ampliar la seva caracterització fenòlica, avaluar la seva capacitat antioxidant i l'efecte del processament tecnològic. Per assolir aquesta fita es va treballar amb diversos productes derivats del processament del cacau, sent aquests la fava, el nib, el licor de cacau i el pols de cacau.<br/>L'acceptació dels productes elaborats amb el cacau és universal i darrerament s'han publicat estudis que confirmen que els fenols presents en la xocolata, procedents del cacau, resulten beneficiosos per a la salut. Tot i això, l'alt contingut en greixos saturats, així com la riquesa en sucres són factors limitadors alhora d'aconsellar un increment del consum en una dieta equilibrada.<br/>Per aquest motiu es va proposar com a font alternativa la farina de garrofa, per a presentar un contingut baix de greixos i ser una font rica de fibra.<br/>El fruit d'aquest treball es recull en el desenvolupament de tècniques cromatogràfiques que permeten identificar i quantificar el perfil fenòlic dels derivats del cacau i de la farina de garrofa (UPLC-MS/MS) així com tècniques espectrofotomètriques que es poden emprar com a eines ràpides de selecció d'extractes polifenòlics (Folin-Ciocalteau i l'assaig de Vainillina). Al mateix temps, s'han optimitzat dues metodologies d'extracció que han permès l'obtenció d'extractes rics en compostos fenòlics d'ambdues fonts d'estudi. Els extractes polifenòlics obtinguts han estat avaluats en termes de la capacitat antioxidant a nivell in-vitro aplicant el mètode DPPH i posant a punt i aplicant el mètode ORAC. Finalment, s'ha avaluat l'estabilitat dels compostos fenòlics de les matrius d'estudi sota condicions fisiològiques del procés de digestió humana mitjançant el desenvolupament d'un model de digestió gastrointestinal in-vitro.

En la actualidad hay un especial interés por los compuestos fenólicos de los alimentos en los ámbitos de la nutrición, la salud y la medicina preventiva, basado en diferentes evidencias que indican que los compuestos fenólicos pueden actuar como potentes antioxidantes y/o moduladores de funciones biológicas claves en los mamíferos. Paralelamente, hay una demanda por parte de los consumidores de información acerca de los alimentos que se consumen y de las necesidades nutricionales, así como de la mejora de la salud. Todos estos conceptos, junto con la definición inminente de la legislación europea en relación a los perfiles nutricionales y a las alegaciones de propiedades saludables, lleva implícito la necesidad de disponer de metodologías adecuadas para la caracterización de los alimentos, especialmente para determinar su contenido en componentes minoritarios bioactivos. Para contribuir a dar respuesta a esta necesidad actual, la tesis tiene por objetivo el desarrollo de metodologías que permitan la identificación, verificación, cuantificación y eficiencia de compuestos bioactivos, concretamente de los compuestos fenólicos. Estas metodologías serán herramientas de trabajo de gran utilidad para facilitar la formulación de nuevos alimentos con alegaciones de propiedades saludables.<br/>El trabajo se ha centrado en la obtención y evaluación de compuestos fenólicos de dos fuentes de origen vegetal, el cacao y la algarroba. Los extractos de cacao son una fuente reconocida de compuestos fenólicos, principalmente de procianidinas, y alcaloides. La aceptación de los productos elaborados a partir del cacao es universal y durante los últimos años son numerosos los estudios que confirman que los fenoles presentes en el chocolate, procedentes del cacao, tienen efectos beneficiosos para la salud. Sin embargo, el alto contenido en grasas saturadas, así como la riqueza en azúcares son factores limitadores para el consumo de chocolate en el contexto de una dieta equilibrada. Por este motivo se propuso el estudio de una fuente alternativa, la harina de algarroba, al presentar un contenido bajo de grasa y ser una fuente rica de fibra. El estudio se dirige básicamente hacia la ampliación de las herramientas para la caracterización de la fracción fenólica, y para evaluar tanto la capacidad antioxidante como el efecto del procesamiento tecnológico sobre los compuestos fenólicos. Para alcanzar este último hito se trabajó con diversos productos derivados del procesamiento del cacao, concretamente el haba de cacao, el nib, el licor de cacao y el polvo de cacao.<br/>Los resultados de este trabajo comprenden el desarrollo de técnicas cromatográficas que permiten identificar y cuantificar el perfil fenólico de los derivados del cacao y de la harina de algarroba (UPLC-MS/MS), así como técnicas espectrofotométricas que se presentan como herramientas rápidas de selección de extractos fenólicos (Folin-Ciocalteau y el ensayo de Vainillina). Al mismo tiempo, se ha optimizado dos metodologías de extracción que han permitido la obtención de extractos ricos en compuestos fenólicos a partir de ambas fuentes de estudio. Los extractos polifenólicos obtenidos han sido evaluados en términos de la capacidad antioxidante a nivel in-vitro aplicando el método DPPH y poniendo a punto y aplicando el método ORAC. Finalmente, se ha evaluado la estabilidad de los compuestos fenólicos de las matrices de estudio en medios que simulan las condiciones fisiológicas del proceso de digestión humana, para lo que se ha desarrollo de un modelo de digestión gastrointestinal in-vitro. Los resultados han mostrado un claro efecto de la composición de la matriz alimentaria sobre la estabilidad de los compuestos fenólicos durante el proceso de digestión. Estos resultados serán de gran utilidad en la formulación de nuevos alimentos con alegaciones de propiedades saludables.

Nowadays, there has been a growing interest in polyphenols because of their physiological health benefits, including antioxidant activity in the areas of nutrition, health and medicine. In parallel, there is increasing consumer demand for food information concerning nutritional needs as well as the improvement of health. All these concepts, together with the imminent definition of the European legislation in relation to the nutritional profiles and the allegations of health claims, involve the availability of suitable methodologies for food characterization. To respond to these requirements, this thesis is focused on the development of methodologies that allow the identification, verification and quantification of the bioactive compounds (polyphenols). These methodologies are presented as tools of work, which have to facilitate the formulation of new foods with alleged health benefits.<br/>In order to reach these aims, this work selected two vegetable-origin sources to obtain and evaluate phenolic extracts: cocoa and carob. It is well-known that the polyphenol content of cocoa beans is mainly procyanidins, and alkaloids; however, this can vary greatly between different varieties and origins of the beans and also through the manufacturing processes. This work was focused on the evaluation of the cocoa bean and its by-products (nib, liquor and cocoa powder) as a potential source of bioactive compounds (polyphenols), which can be used as ingredients in the food and chocolate industry. The products elaborated from cocoa are universally accepted. In addition, different studies have shown recently that the consumption of cocoa and its products have positive and varied health effects. However, cocoa products contain high levels of saturated fatty acids and sugar, which limit the increase in their consumption in a balanced diet. For these reasons, carob flour was proposed as an alternative source with a marked nutritional value due to its high levels of dietary fiber and phenol compounds.<br/>The results of this work are the development of several chromatographic techniques, which allow the phenolic profile of cocoa derivatives and carob flour (UPLC-MS/MS) to be defined and quantified. In addition, several spectrophotometrical techniques are proved as fast tools for monitoring the phenol yield efficiency of the obtained extracts (Folin-Ciocalteau and the Vainillin assay). Also, two optimized extraction methodologies have allowed phenol-rich extracts to be obtained from cocoa and carob. The phenol extracts obtained have been evaluated in terms of their antioxidant capacity using in-vitro methods, such as DPPH and ORAC. Finally, the stability of the phenolic compounds in cocoa and carob samples has been studied under human physiological digestion conditions through the development of an in-vitro gastrointestinal model.