Alimentos ricos en carotenoides

Transcripción

1 Alimentos ricos en carotenoides M.Sc. Carolina Rojas Garbanzo Centro Nacional de Ciencia y Tecnología de Alimentos, Universidad de Costa Rica. Tel: , carolina.rojasgarbanzo@ucr.ac.cr

2 Contenido 1. Definición e importancia para la salud 2. Frutos y vegetales promisorios como fuente de carotenoides 3. Efecto del procesamiento sobre los carotenoides 4. Perfil de carotenoides y valor provitamina A 5. Biodisponibilidad y bioabsorción 6. Evaluación estructural de cromoplastos 7. Tendencias tecnológicas actuales 2

3 1. Qué son los carotenoides e importancia Qué son los carotenoides? Sintetizados por plantas, organismos fotosintéticos y no fotosintéticos. Responsables del color de algunas plantas y frutas. Compuestos liposolubles de color amarillo, naranja y rojo. Con cadena central de carbono alternando simples y dobles enlaces. Los dobles enlaces pueden variar en número y configuración (cis trans). Intensidad y matiz del color depende del perfil de carotenoides, concentración y estado físico. Se dividen en dos grupos: carotenos y xantófilas. 3

4 1. Qué son los carotenoides e importancia Importancia para la salud Susceptibles a la oxidación e isomerización por calor, luz y ácidos orgánicos. Función bioquímica determinada por la extensión del sistema de dobles enlaces. Varios muestran MEJORA de respuesta inmune, inhibición de la mutagénesis, reducción de daño nuclear inducida y antitumoral. Protegen contra el daño tisular. Neutralizan moléculas de oxígeno atómico altamente reactivo bajo y bloquean radicales libres. Contribución depende del consumo de otros alimentos y de la disponibilidad de los carotenoides. 4

5 1. Qué son los carotenoides e importancia Presente como tal en alimentos de origen vegetal y como provitamina A en alimentos de origen vegetal. Vitamina liposoluble. Algunos caroteniodes precursores de vitamina A. Formada por la división central del β-caroteno y otros carotenoides. Interviene en la formación de la piel, membranas mucosas, dientes y huesos, enzimas en el hígado, hormonas sexuales y suprarenales. 2 5

6 1. Qué son los carotenoides e importancia Actividades biológicas de carotenoides en animales Función Algunos carotenoides forman vitamina A Acción Función antioxidante Función prooxidante Aumento de respuesta inmune Podría aumentar fertilidad Reduce neoplasma Inhibe mutagénesis Inhibe trasformación de células in vitro Inhibe formación de tumores in vivo Reduce daño AND Asociaciones Menor riesgo de cáncer de pulmón Alta Cn de carotenoide inverso a comportamiento de fumado, Riesgo de cáncer de pulmón y displacia cervical. 6

7 189,000 resultados 7

8 $ / Kg 8

9 9 2. Frutas y vegetales fuente de carotenoides Papaya Mango Sandía Piña Melón Naranja Durazno Nectarina Naranjilla Tomate de árbol Zanahoria Tomate Zapote Ayote Pejibaye

10 2. Frutas y vegetales fuente de carotenoides Color brillante de los carotenoides en los alimentos enmascarados por la clorofila. Maduración, disminuye clorofila y se expresan los carotenoides: banano. Aumento de carotenoides por biosíntesis: papaya, mango, durazno. Existen frutas maduras coloreadas donde el color se debe a antocianinas y no a carotenoides. Frutas que maduran y retienen color verde presentan disminución de la concentración de carotenoides. 10

11 Mecanismos de biosíntesis de los carotenoides 2. Frutas y vegetales fuente de carotenoides (1) Desaturation (2) Ciclización (3) Hidroxilación (4) Epoxidación (5) Reordenamiento epóxido - furanóxido 11

12 2. Frutas y vegetales fuente de carotenoides Carotenoides comunes en alimentos: 12

13 Contenido de carotenoides en frutas de la región 2. Frutas y vegetales fuente de carotenoides Carotenoides µg/g b.h Banano cv. comprida Pejibaye cocinado Brasil Melón cv. japonés Mango cv. rosa Papaya cv. Hawaii Papaya (Carica papaya L.) Industrial 10P 76.9 Zanahoria (Daucus carota L.) Pejibaye cocinado CR Pejibaye crudo CR Pejibaye crudo Brasil

14 µg β-caroteno equiv / g b.s. Aporte de la cáscara en el contenido de carotenoides 2. Frutas y vegetales fuente de carotenoides +78% a b Harina sin cáscara Tipo de harina 253 Harina con cáscara Aporte de la cáscara al contenido total de carotenoides en la harina de pejibaye (n=3). 14

15 2. Frutas y vegetales fuente de carotenoides Carotenoides presentes en la papaya roja variedad Pococí en diferentes estadíos de maduración (HPLC, 450 nm) 4 β-criptoxantina 6 β-caroteno 8 β-criptoxantina (laureato) 12 licopeno 15

16 2. Frutas y vegetales fuente de carotenoides 16

17 2. Frutas y vegetales fuente de carotenoides Pejibaye Bactris gasipaes H.B.K. Papaya Carica papaya L. Zapote o mamey Pouteria sapota Residuos pulpa de sandía Citrullus Lanatus Residuos pulpa de zanahoria Daucus carota L. 17

18 2. Frutas y vegetales fuente de carotenoides Estados Unidos Canadá Unión Europea Producto indígena Muy aceptado Producto orgánico 18

19 3. Efecto del procesamiento Estacionalidad de alimentos ricos en carotenoides. Procesamiento y almacenamiento debe optimizarse para prevenir degradacion y acentuar la biodisponibilidad. Procesamiento industrial vrs doméstico. 19

20 3. Efecto del procesamiento Cambios debido principalmente a: 1. Biosíntesis de carotenoides. Fitoeno Caroteno 1. Protección natural de los carotenoides en los tejidos. 1. Estabilidad depende del tipo de alimento y diferentes suceptibilidades. 2. Reacciones enzimáticas, isomerización trans cis durante tratamientos térmicos. Oxigeno Enzimas 3. Ablandamiento de pared celular y pérdida de sólidos solubles. 4. Parámetros de proceso: tempesratura, tiempo, etapas. 20

21 3. Efecto del procesamiento Consideraciones en el procesamiento: 1. Escaldado: inactivación de enzimas vrs pérdida de carotenoides. 1. Preservación por refrigeración y congelamiento rápido. 1. Operaciones preliminares que causan mayor pérdida que tratamientos térmicos. 2. Antioxidantes naturales o adicionados. 3. Condiciones y tipo de empaque. 21

22 3. Efecto del procesamiento Mecanismos de degradación: Trans - carotenoides Isomerización Oxidación Cis carotenoides Epoxicarotenoides Apocarotenoides Hidroxicarotenoides Oxidación Compuestos de bajo peso molecular 22

23 3. Efecto del procesamiento Mecanismos de degradación: Oxidación enzimática Alimentos minimanente procesados Congelados sin escaldar 23

24 3. Efecto del procesamiento Cocción del pejibaye: separación de carotenoides por HPLC, 450 nm 9 carotenoides 14 carotenoides Crudo Cocinado 373,4 ± 0,5 µg β caroteno /g b.s. 23% 24

25 4. Perfil de carotenoides y valor provitamina A Cambio en el perfil importante por aumento o disminución de carotenoides con: 1. Mayor poder antioxidante. 2. Efecto sobre el color = asociado a la aceptación del producto. 3. Valor provitamina A. 4. Carotenoides de mayor bio-absorción. 5. Costa Rica evidencia de deficiencia de vitamina A. Porcentaje relativo de bioactividad 100% β-caroteno 25

26 4. Perfil de carotenoides y valor provitamina A Cambio en la concentración y perfil de carotenoides por efecto del proceso de elaboración de la harina de pejibaye (n=6). # Carotenoide µg β-caroteno equivalente / g b.s Proporción Crudo Cocinado Harina Crudo Cocinado Harina 1 all-trans-α-criptoxantina NC* 15,9 ± 0, , cis-β-caroteno -- 16,6 ± 0,1 a 14,9 ± 0,3 b -- 5,8 6, cis-β-caroteno 31,5 ± 0,3 a 22,4 ± 0,7 b 19,8 ± 1,7 c 8,4 7,8 8,3 4 all-trans-α-caroteno 32,0 ± 0,5 a 17,7 ± 0,1 b 15,3 ± 0,3 c 8,6 6,2 6,4 5 all-trans-β-caroteno 96,0 ± 1,7 a 42,7 ± 2,4 b 33,3 ± 1,0 c 25,7 14,9 14,0 6 9-cis-β-caroteno 30,4 ± 0,1 a 17,8 ± 0,5 b 16,3 ± 0,8 c 8,1 6,2 6,9 7 N.I. 30,1 ± 0,2 a 17,1 ± 0,9 b 15,3 ± 0,2 c 8,1 6,0 6,4 8 cis-δ-caroteno -- 16,7 ± 0,3 a 14,9 ± 0,3 b -- 5,8 6,2 9 all-trans-δ-caroteno 47,2 ± 0,4 a 21,7 ± 1,8 b 20,7 ± 1,8 b 12,6 7,6 8,7 10 cis-γ-caroteno ,5 ± 0,5 a 15,1 ± 0,5 b -- 6,1 6,3 11 all-trans-γ-caroteno 38,0 ± 0,1 a 22,0 ± 0,5 b 20,0 ± 1,3 b 10,2 7,7 8,4 12 cis-γ-caroteno 2 37,9 ± 0,3 a 23,4 ± 1,0 b 20,4 ± 1,6 c 10,2 8,1 8, cis-licopeno 30,3 ± 0,0 a 17,8 ± 0,2 b 16,0 ± 0,6 c 8,1 6,2 6,7 14 Licopeno NC* 17,6 ± 1,3 a 15,7 ± 0,3 b -- 6,1 6,3 Concentración total b.s ± 0,5 a ± 0,7 b 237,7 ± 0,6 c Concentración total b.h. 159,8 ± 0,5 a 115,6 ± 0,7 b 212,7 ± 0,6 c -23.2% -36.3% 26

27 4. Perfil de carotenoides y valor provitamina A Principales carotenoides en dos variedades de papaya: el β-caroteno (9), la β-criptoxantina (7) y sus ésteres (11 a 14). licopeno (19), carotenoide presente en mayor concentración en las variedades rojas, en tanto que está casi completamente ausente en las variedades amarillas. 27

28 28 4. Perfil de carotenoides y valor provitamina A Correlación del color de la pulpa (CIE-a*) con el contenido total de carotenoides, licopeno y vitamina A

29 4. Perfil de carotenoides y valor provitamina A Valor provitamina A: 1 RE = 6 μg beta-caroteno 1 UI = 0,3 μg retinol 600 carotenoides identificados solo 10% son precursores de vitamina A. Intermediarios en la síntesis de carotenoides provitamina A. Contribución depende del consumo de otros alimentos y de la disponibilidad. Porción de carotenoides absorbidos y transformados a retinol. 207 RE /100g b.h. 251 RE /100g b.h. Porcentaje de absorción oscila entre 40-60%. Conversión de carotenoides a provitamina A oscila entre 14-50%. 651 RE /100g b.h. Factores: origen y concentración de la grasa, concentración de carotenoides y digestibilidad de los alimentos RE /100g b.h. 29

30 4. Perfil de carotenoides y valor provitamina A Valor provitamina A: Cambio del valor provitamina A del pejibaye durante la elaboración de harina de pejibaye (n=6). Carotenoide % Relativo bioactividad all-trans-αcriptoxantina 30 Retinol equivalente / 100 g b.s. Retinol equivalente / 100 g b.h. Crudo Cocinado Harina Crudo Cocinado Harina cis-β-caroteno cis-β-caroteno all-trans-α-caroteno all-trans-β-caroteno cis-β-caroteno cis-γ-caroteno all-trans-γ-caroteno cis-γ-caroteno Equivalente de Retinol Total UI vitamina A ,7% -52,7% DDR 5000 UI, FDA (2008) 30

31 5. Biodisponibilidad y bioabsorción Fracción de carotenoides ingeridos que estan disponibles para la utilización en funciones fisiológicas normales o almacenamiento en el humanos Bioconversión: porción de carotenoides absorbidos que se convierten en vitamina A. Bioabsorción comprende: rompimiento de la matriz, disponibilidad de carotenoides, dispersión de partículas en emulsiones, solubilización en las micelas, moviemiento a través de la fase acuosa, células de la mucosa intestinal y asociaci øn con lipoproteínas linfáticas. Biodisponibilidad: cantidad ingerida, procesamiento y otros ingredientes que estimulan o inhiben la absorción (fibra). Bioaccesibilidad: Estado físico de los carotenoides. 31

32 5. Biodisponibilidad y bioabsorción Presente en sangre, tejido adiposo, hígado y músculos. Concetracion en sangre y tejios depende de la ingesta diaria. Asociados a lipoproteínas (LDL) o glucoproteinas para el transporte en sagre. Principales carotenoides en sangre: β-caroteno, α-caroteno, criptoxantina, licopeno y luteína. Estos dos últimos funcionan como precursores de vitamina A. Carotenoides absorbidos pasan a retinol en la mucosa intestinal y en le hígado. 32

33 5. Biodisponibilidad y bioabsorción Procesamiento: isomerización trans / cis. Absorción para carotenoides de vegetales es menor de 10% y mayr al 50% para carotenoides de alimentos cocinados. Trasformación a vitmina A depende de la presencia de proteína en la dieta. Deposición en plástidos afecta biodisponibilidad. Asociado a la ultraestructura 33

34 5. Biodisponibilidad y bioabsorción La biodisponibilidad del β-caroteno de la papaya roja es mayor que la de la zanahoria. La biodisponibilidad del licopeno de la papaya es mayor que la del tomate. La biodisponibilidad de la β-criptoxantina de la papaya es mayor que la del β- caroteno y del licopeno. Relación con la estructura de los cromoplastos: β-caroteno/ β-criptoxantina : líquido-cristalino/disolución lípidica Licopeno: elementos cristaloides pequeño 34

35 35 6. Evaluación estructural de cromoplastos Coloraciones verdes en frutas se debe a a croroplastos donde la clorofila y otros carotenoides son parte del complejo de pigmentos-proteínas durante la fotosíntesis. Durante maduración, hay desintegración de las membranas geenrando carorenoides con estructura globular y cristalina. Simultáneamente hay cambio de color. Carácter hidrofóbico provoca cristalización en medio acuoso: cristales de licopeno en tomate.

36 6. Evaluación estructural de cromoplastos En varias fuentes de carotenoides, estos se encuentran en estructuras cristalinas: Estabilidad Biodisponibilidad Carotenoides en lípidos: trans cis isomerización A: Cristaloide Contiene cristales de carotenoides rodeados por una membrana. Ej.: zanahoria y tomate D: Globular Los carotenoides están en gotas de grasa; solo hay trazas de proteínas asociadas. Ej.: kiwi amaarillo B: Membranoso Contiene los lípidos y carotenoides en estructuras membranosas concéntricas asociadas a proteínas C: Tubular Carotenoides contenidos en tubos y son estabilizados por fosfolípidos y proteínas. Ej.: mango (tubular-globular) 36

37 37 6. Evaluación estructural de cromoplastos Cromoplastos globularestubulares Cromoplastos cristaloides

38 CITA, CIRAD Escuela Tecnología de Alimentos 38

39 7. Tendencias tecnológicas actuales 39

40 Alimentos ricos en carotenoides Carolina Rojas ¹, Ana Mercedes Pérez ¹, Fabrice Vaillant ², Patricia Esquivel ³, María Lourdes Pineda ³ Marielos Torres, Randall Cordero, Paula Valverde, Jairol Bustos ¹ Centro Nacional de Ciencia y Tecnología de Alimentos, Universidad de Costa Rica. ² Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement (CIRAD) ³ Escuela de Tecnología de Alimentos, Universidad de Costa Rica