PROPIEDADES FUNCIONALES Y BIODISPONIBILIDAD DE COMPONENTES BIOACTIVOS DEL CAFÉ Carmen M. Donangelo Escuela de Nutrición y Dietética Universidad de la República
CAFÉ Segunda commodity mas comercializada en el mundo Brasil es el mayor productor y exportador mundial Entre las bebidas mas consumidas en todo el mundo Ranking de 181 paises por consumo anual per cápita (ICO, 2010) Finlandia- 1 er lugar: 12 kg Brasil- 17º lugar : 5.8 kg Uruguay- 86º lugar: 0.9 kg Metabúsqueda en las principales bases bibliográficas del Área de la Salud entrando con el término coffee > 115000 registros
COMPOSICIÓN QUÍMICA EVIDENCIA EPIDEMIOLÓGICA CAFÉ Y SALUD BIODISPONIBILIDAD EVIDENCIAS EXPERIMENTALES
COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL CAFÉ Café Verde Polisacaridos: 37 55 % Oligosacaridos: 5 8 % Proteínas: 11 13 % Aminoácidos: 2 % Lípidos: 9 18 % Ácidos alifáticos: 1.5 2 % Minerales: 3 4.5% Cafeína: 0,9 2.4 % Ácidos clorogenicos: 5.5 10% Trigonelina: 0.6 1.2% Espécie/variedad Prácticas agrícolas Condiciones suelo/clima Grado de maduración Procesamiento industrial Preparación de la bebida Café Torrado Bebida
COMPONENTES BIOACTIVOS DEL CAFÉ 1000 componentes químicos diferentes identificados Compuestos nitrogenados Alcaloides Terpenoides Compuestos fenólicos Mayor significación para la salud CAFEÍNA DITERPENOS AC. CLOROGÉNICOS MELANOIDINAS
Cafeína (mg/l) CAFEÍNA CAFÉ VERDE C. arabica 1,2 g% C. robusta 2,2 g% CANTIDADES TÍPICAS EN LA BEBIDA Café integral: 50-150 mg/taza Café descafeinado: < 5 mg/taza 1200 1000 C. robusta 800 600 C. arabica 400 200 0 Verde 6 min 7 min 8 min 9 min 12 min 15 min Grado de Torrefacción
DITERPENOS Café no filtrado (Escandinávia) Café Turco Tipo Cafetiére (Francia) 6-12 mg/taza Café expreso Café filtrado Café solúvel 4 mg/ taza 0.2-0.6 mg/taza
ÁCIDOS CLOROGENICOS 6 4 5 HO 2 C R 1 R 1 = CA HO 2 C 1 2 3 R 1 = OCH 3 R 1 = H FA pcoa Ácido quínico Ácidos trans-cinámicos R 2 O R 1 O HO 2 C 1 6 O 4 5 2 3 HO 2 C 1 6 2 5 O 4 3 O O R R 1 = R 2 = R 1 = OMe, R 2 = R 1 = H, R 2 = CQA FQA p-coqa R = R = H 4,5- dicqa 4F,5CQA Mono- y di-ésteres de los ácidos cafeico, ferúlico e cumárico (CGA)
CQA (mg%) ÁCIDOS CLOROGENICOS Modificaciones de composición del grano con la torrefacción CAFÉ VERDE C. robusta 8.5 12 g% C. arabica 5 8.5 g% Grado de Torrefacción 3500 3000 2500 2000 1500 1000 C robusta C arabica 3-CQA 4-CQA 5-CQA 500 0 Cr u Clar a Media Med-esc Cr u Clar a Media Med-esc T i po de caf e y gr ado de t or r ef acci ón Trugo LC & Macrae R. Study of the effect of roasting on the chlorogenic acid composition of coffee using HPLC. Food Chem 15: 219 (1984)
ÁCIDOS CLOROGENICOS Modificaciones químicas en el proceso de torrefacción Isomerización Ej: 5CQA 4CQA 3 CQA Formación de lactonas O HO O O 3 C O 1 HO O O 3 O 1 4 5 H 2 O 4 5 HO 3-CQA HO 3-CQL Degradación O H O HO 2 C 1 O 6 4 5 2 3 HO 2 C 1 O H 6 4 5 2 5-CQA Ac. Quinico Ac. Cafeico 3 + H O O O H O H Trugo & Macrae, 1984; Clifford, 2000; Farah et al., 2005, 2006; Perrone et al., 2008.
ÁCIDOS CLOROGENICOS Modificaciones de composición del grano con la torrefacción 9 CGA 7 CGL 14 CGA 7 CGL
CGL totais (mg/l) ÁCIDOS CLOROGENICOS Modificaciones de composición de la bebida asociadas a la torrefacción CGA totais (mg/l) 8000 7000 6000 5000 4000 3000 CGA 350 300 250 200 150 CGL 2000 100 1000 50 0 Verde 6 min 7 min 8 min 9 min 12 min 15 min 0 Verde 6 min 7 min 8 min 9 min 12 min 15 min Cantidades totales típicas en la bebida 50-250 mg/taza Perrone 2009; Perrone et al 2011
MELANOIDINAS Pigmentos de color marrón solubles en agua formados durante el proceso de torrefacción del café por diferentes mecanismos (reacción de Maillard) Hasta 25% de peso seco de la bebida Amplia distribución de Peso Molecular : 1-3 hasta ~6000 kda > 60% de alto peso molecular Estructura muy compleja (incorporación de compuestos nitrogenados, azúcares, ác. urónicos y compuestos fenólicos) Bekedam, 2006 y 2008 a,b,c,; Perrone et al., 2010; 2011
MELANOIDINAS Modificaciones con el grado de torrefacción Bekedam et al.
MELANOIDINAS Modificaciones con el grado de torrefacción Perrone et al., 2010. International Conference on Coffee Science (Indonesia)
CAFÉ Y SALUD EVIDENCIAS EPIDEMIOLÓGICAS Y EXPERIMENTALES
CAFÉ y SALUD EVIDENCIAS EPIDEMIOLÓGICAS Consumo habitual de café asociado a reducción de riesgo de: Diabetes Tipo 2 Estudios prospectivos en USA, Holanda, Finlandia y Suecia Enfermedades Neurodegenerativas Parkinson- Estudios prospectivos y caso-control en USA Alzheimer- Estudios prospectivos en Europa y USA Daño Hepático y Hepatocarcinoma Estudios caso-control y prospectivos en Japón, USA y Europa
CAFÉ y SALUD EVIDENCIAS EPIDEMIOLÓGICAS Consumo habitual de café asociado a: riesgo de Cancer colorectal Estudios caso-control en USA. = (?) riesgo de Enfermedades Cardíacas Estudios prospectivos en USA, Grecia, Japón: Sin asociación Estudios caso-control en USA, Grecia, Finlandia, Noruega: Aumento de riesgo con consumo elevado (> 9 tazas/dia)
CAFÉ y SALUD EVIDENCIAS EXPERIMENTALES MODELOS Ensayos químicos in vitro Células Animales Estudios Clínicos ACCIONES DEMOSTRADAS Anti-inflamatória Hepatoprotectora Neuroprotectora Inmunoprotectora Anti-mutagenica Antibacteriana Actividad Antioxidante
Café integral Café descafeinado Mioblastos murinos
Viabilidad celular Fragmentación del núcleo CGA Café Café CGA Células neuronales ratas
Daño al DNA Glutatión intracelular Hepatocitos ratas
Capacidad antioxidante total de diferentes bebidas (FRAP, TRAP y TEAC): Café >> Vino tinto > Té verde > Vino blanco
TRAP (mmoles Trolox/L) FRAP (mmoles Fe 2+ /L) TEAC (mmoles Trlolox/L) ACTIVIDAD ANTIOXIDANTE DE LA BEBIDA DE CAFÉ MODIFICACIONES CON EL GRADO DE TORREFACCIÓN 100 90 30 80 25 70 60 20 50 40 30 15 10 20 10 5 0 Verde 6 min 7 min 8 min 9 min 12 min 15 min 0 Verde 6 min 7 min 8 min 9 min 12 min 15 min 70 60 50 Torrefacción Activ.Antoxid (AA) 40 30 20 AA C robusta > AA C arabica 10 0 Verde 6 min 7 min 8 min 9 min 12 min 15 min Perrone et al., 2010. International Conference on Coffee Science (Indonesia)
Torrefacción Oscura Torrefacción Clara Inhibición de la peroxidación del ác. linoleico in vitro por fracciones obtenidas por gel filtración de café verde y café en diferentes grados de torrefacción
1-Metil Urato 1-Metil Xantina
ACTIVIDAD ANTIOXIDANTE DE LA BEBIDA DE CAFÉ ESTUDIOS EN EL ORGANISMO HUMANO
Conc. en Plasma Antes y 1h después de la ingestión de 200 ml de café (n=10)
I n c re m e n t o d e F R A P ( m o lf e / L ) I n c r e m e n t o d e F R A P ( m o lf e / L ) CAPACIDAD ANTIOXIDANTE EN PLASMA DE MUJERES ADULTAS EN RESPUESTA A LA INGESTIÓN DE DIFERENTES TIPOS DE CAFÉ Café integral Café descafeinado 200 200 T o r r e f. c la r a T o r r e f. o s c u r a T o r r e f. c la r a T o r r e f. o s c u r a 100 100 0 0 1 2 3 4 5 T ie m p o (h ) 0 0 1 2 3 4 5 T ie m p o (h ) Ribeiro-Alves M et al. FASEB Journal 19: A448 (2005)
P a r a x a n tin a p la s m á tic a ( m m o l/l ) C a f e ín a P la s m á tic a ( m m o l/l ) 1 - M e tilu r a to p la s m á tic o ( m o l/l ) 1 - m e tilx a n tin a p la s m á tic a ( m o L /L ) BIODISPONIBILIDAD DE LA CAFEÍNA RESPUESTA A LA INGESTIÓN DE DIFERENTES TIPOS DE CAFÉ 1-METIL etilurato URATO 1-METIL XANTINA 1 -M e tilxa n tin a 3000 2000 AD AI ED EI 3000 2000 AI EI Integral claro AD ED 1000 1000 Integral oscuro 0 0 1 2 3 4 5 T em p o (h) 0 0 1 2 3 4 5 T em p o (h) PARAXANTINA P araxantina CAFEÍNA C afeí na 10 5 AI AD EI ED 30 20 AI AD EI ED 10 0 0 1 2 3 4 5 T em p o (h) 0 0 1 2 3 4 5 T em p o (h)
BIODISPONIBILIDAD DE LOS ÁCIDOS CLOROGÉNICOS DEL CAFÉ Absorción de comp. aislados: 5-CQA: 33% Ac. Cafeico : 95% Incorporación de ác. cafeico, cumárico y ferúlico en LDL plasmática 60min después de ingestión de café Excreción urinária de ác.isoferúlico en adultos con consumo habitual de café Olthof et al. J Nutr 131: 66 (2001) Natella et al. Am J Clin Nutr 86: 604 (2007) Hogdson et al. Br J Nutr 91: 301 (2004)
Se evaluaron cambios en la concentración y perfil de distribución de los principales isómeros de CGA y metabolitos en plasma y orina de 6 individuos adultos durante 4h a partir de la ingestión de 190ml de café descafeinado (torrefacción intermedia).
PLASMA 3 isómeros CQA 2 isómeros FQA 3 isómeros di-cqa ORINA: 5CQA, 8 metabolitos especialmente ac. galico y ac. dihidrocafeico
Se evaluó el perfil fármaco-cinético en plasma y orina y la biodisponibilidad aparente de CGA en 10 individuos adultos durante 8h a partir de la ingestión de un extracto de café verde descafeinado. Biodisponibilidad: 33% (8-72%)
CGA and metabolites 59: 7925-7931 (2011) ~ 30%
CONCLUSIONES Las propiedades funcionales del café y sus efectos sobre la salud son afectados por: -las características de la materia prima, -el procesamiento industrial, -las formas de preparación de la bebida. Los principales componentes bioactivos del café son absorbidos y metabolizados en el organismo humano. Se necesitan más estudios para comprender: -la influencia de factores fisiológicos y genéticos, -las interacciones entre componentes y con la matriz alimentaria, -sus consecuencias funcionales. Existe buen potencial para el desarrollo de nuevos productos a base de café con beneficios para la salud
AGRADECIMIENTOS Prof. Dr Luiz Carlos Trugo In Memoriam- Inst. Química/UFRJ (Brasil) Dra Adriana Farah- Inst. Nutrição/UFRJ (Brasil) Dr. Daniel Perrone- Inst. Química/UFRJ (Brasil) Dra Mariana C. Monteiro- Inst. Nutrição/UFRJ (Brasil) Dra Mirna Ribeiro-Alves - Inst. Química/UFRJ (Brasil) Nathalia M. Nunes, Doctoranda- Inst. Química/UFRJ (Brasil) Giselle S. Duarte, Doctoranda- Inst. Química/UFRJ (Brasil)