Effect of abiotic stresses on bioactive contents of vegetables and high-pressure technology in related functional beverages

  1. DE OLIVEIRA, ANNA CAROLINA
Supervised by:
  1. Francisco Artés Hernández Director
  2. Ginés Benito Martínez Hernández Director

Defence university: Universidad Politécnica de Cartagena

Fecha de defensa: 20 March 2017

Committee:
  1. Francisco Artés Calero Chair
  2. María Bernardita Pérez Gago Secretary
  3. José Manuel López Nicolás Committee member
Department:
  1. Ingeniería Agronómica

Type: Thesis

Abstract

Resumen de la tesis: Los compuestos fenólicos son fitoquímicos con propiedades beneficiosas para la salud, presentes en gran medida en las frutas y verduras, como la zanahoria o el brócoli. La zanahoria es una verdura ampliamente consumida en todo el mundo. Sin embargo, su contenido fenólico es relativamente bajo en comparación a otras verduras. Consecuentemente, el aumento de los niveles de compuestos fenólicos en zanahorias, usando estreses abióticos, por ejemplo, podría agregar un valor añadido a esta verdura para las industrias alimentaria y farmacéutica. El ácido clorogénico representó el 70 % de la suma de los compuestos fenólicos en las zanahorias estudiadas. Los compuestos fenólicos totales (TPC en inglés) estuvieron altamente correlacionados con la capacidad antioxidante total (TAC en inglés) con un R2=0,82. Se comprobó que los estreses abióticos, como el cortado y la conservación en atmósfera de alto oxígeno (80 kPa O2), indujeron un elevado aumento de la enzima fenilalanina amonio liasa (PAL en inglés), TPC y TAC en zanahorias durante una conservación a 15 ºC durante 72 h. Aunque el pretratamiento de la zanahoria rallada con una dosis intermedia (9 kJ m-2) de radiación UV-C redujo la acumulación de compuestos fenólicos, se registró un incremento del 600 % en estas muestras almacenadas en alto oxígeno durante 72 h. Las primeras conclusiones de esta tesis doctoral, resultan útiles para las industrias farmacéutica y alimentaria, por obtener una gran fuente de compuestos bioactivos de esta verdura, y probablemente, aplicable en otros productos vegetales. A continuación, se estudió el efecto de pretratamientos con radiación UV-B (1,5 kJ m-2) sobre los contenidos de PAL/TPC/TAC en zanahoria rallada y su combinación con una dosis bajo-intermedia (4 kJ m-2) de radiación UV-C. El pretratamiento con UV-B provocó el máximo aumento de PAL y TPC de 760 y 498 %, respectivamente, tras 72 h a 15 ºC, mientras que el tratamiento simple y combinado de UV-C indujo incrementos de un 440 %. Por consiguiente, el uso de UV-C, de alto interés como tratamiento sanitizante alternativo al cloro, combinado con la radiación UV-B no afectó negativamente la acumulación de compuestos bioactivos, consiguiendo aumentos similares a las muestras control (no tratadas). El cultivo del brócoli conlleva la producción de altas cantidades de subproductos, con el consiguiente impacto medioambiental, los cuales podrían ser usados como fuentes de compuestos beneficiosos para la salud por las industrias de alimentación y farmacéuticas. Además, estos subproductos de brócoli podrían ser revalorizados mediante el incremento de sus compuestos beneficiosos para la salud mediante radiación UV como estrés abiótico. En esta línea, se estudiaron los efectos de diferentes tratamientos de radiación UV-B (5, 10 and 15 kJ m-2), individual o combinados con una dosis de UV-C (9 kJ m-2), sobre los principales compuestos bioactivos de los subproductos del brócoli Bimi® (hojas y tallos) siendo comparados con las partes comestibles de este vegetal, los floretes. Las hojas mostraron TPC y TAC similares a los de los floretes con niveles de 1716 y 552 mg kg-1, respectivamente. Además, las hojas mostraron contenidos de glucorafanina/glucobrasicina 2,5/14,5 mayores que los floretes. Los tratamientos de UV incrementaron inicialmente los niveles de TPC y TAC de las muestras en un 30-97 y 20-424 %, respectivamente. Particularmente, el tratamiento UVB10+C indujo los mayores incrementos (110 %) de TPC en las hojas de Bimi® en las últimas 48 h de conservación mientras que UVB10 y UV10+C conllevaron a los niveles más altos de TPC (709 y 680 mg kg-1) en los tallos a las 48 h. Además, el tratamiento UV10+C indujo los mayores incrementos de glucobrasicina del 34 % mientras que UVB15 y UVB15+C produjeron los contenidos más altos de glucorafanina (131 y 117 mg kg-1) en los floretes después de 72 h. De esta forma, las hojas del brócoli Bimi® se muestran como un subproducto que puede ser utilizado como una fuente excelente de glucosinolatos y compuestos fenólicos (con alto poder antioxidante) para las industrias alimentarias y farmacéuticas. Además, el uso de tratamientos UV-B/C postcosecha combinados pueden revalorizar en gran medida estos subproductos agrícolas y también añadir valor a los floretes comestibles mínimamente procesados en fresco del brócoli Bimi®. Se estudió la calidad de un batido (smoothie) funcional obtenido de zanahoria rallada, previamente estresada (UV-C y/o alto oxígeno), tratado térmicamente (90 ºC durante 30 s), durante 14 días a 5 ºC. El smoothie tratado térmicamente mostró una buena calidad fisicoquímica y microbiológica (< 6 log unidades formadoras de colonias (CFU en inglés) g-1), tras los 14 días a 5 ºC. Sin embargo, en los smoothies que contenían zanahoria no irradiada se registraron recuentos más bajos de psicrófilos, mohos y levaduras. Los smoothies tratados térmicamente con zanahoria rallada no irradiada y almacenada en alto oxígeno mostraron los contenidos más altos de TPC con 13.8 mg de ácido clorogénico kg-1 tras 14 días at 5 ºC. En ese aspecto, la incubación previa de la zanahoria rallada en condiciones de hiperoxia permitió obtener un smoothie funcional con alto contenido de compuestos fenólicos, así como una buena calidad microbiológica y fisicoquímica tras 14 días a 5 ºC. La pasteurización fría de alimentos, como el procesado con alta presión (HPP en inglés), permite conseguir un producto con una mejor calidad nutricional, sin perder sus propiedades sensoriales, logrando también una vida útil más larga comparado con los tratamientos térmicos convencionales. De esta forma, se estudió la calidad fisicoquímica y microbiológica, y PAL/TPC de un smoothie naranja (con zanahoria y calabaza) tras diferentes tratamientos de HPP (control, 300-600 MPa durante 5 min a 23 ºC) y durante su conservación de 7 días a 5 ºC. En general, los parámetros de calidad no se vieron afectados por los tratamientos de HPP en comparación al control en el día de procesado ni tras 7 días a 5 ºC. HPP redujo los recuentos iniciales de mesófilos (3,4 log CFU mL-1) a 2,0-2,7 unidades logarítmicas, manteniéndolas durante los 7 días a 5 ºC, a diferencia de las muestras control. Los parámetros de calidad fisicoquímica de las muestras tratadas con HPP se mantuvieron durante la conservación. En general, los tratamientos de 300 y 600 MPa provocaron una mayor actividad de PAL tras 7 días a 5 ºC. Los TPC de los smoothies tratados con 300 y 400 MPa mostraron los mayores incrementos (1,6 veces) tras la conservación. La actividad de muchas enzimas alterantes de la calidad del producto puede aumentar debido a tratamientos de HPP de intensidad baja-intermedia en muchas bebidas. Por esta razón, en el siguiente experimento se contrarrestaron estos efectos debidos al HPP mediante la encapsulación con maltosil-β-ciclodextrina (90 mM) usando como modelo zumos de manzana debido a su rápido pardeamiento enzimático durante el procesado. La degradación del color del zumo de manzana durante 60 min a 22 ºC fue ajustada muy bien mediante un modelo de conversión fraccional con la raíz del error cuadrático medio (RMSE en inglés) inferior a 1,3. Los tratamientos de HPP (300-600 MPa durante 5 min a 22 ºC) no afectaron el efecto antipardeante de la maltosil-β-ciclodextrina. Por esta razón, la adición de maltosil-β-ciclodextrina en zumo de manzana, antes del tratamiento bajo-moderado de HPP (300 MPa durante 5 min a 22 ºC) puede controlar en gran medida el pardeamiento enzimático. En esta Tesis doctoral también se desarrolló por primera vez el concepto “listo para licuar” (ready-to-blend en inglés). De esta forma, se estudió la evolución de los parámetros de calidad de una mezcla de ensalada de cuarta gama de frutas y verduras ready-to-blend durante su conservación a 5 ºC. La vida útil del producto se extendió hasta 9 días mediante una película comestible de quitosano (10 g L-1) donde la actividad de la polifenoloxidasa y los niveles microbiológicos fueron muy bien controlados. Paralelamente se aumentó el valor añadido del producto mediante la fortificación con vitamina B12 (8.6 μg kg-1). Esta vitamina es de gran interés para diversos sectores de la población, tales como vegetarianos/veganos, personas mayores etc., debido a las necesidades especiales de la misma. El smoothie preparado posteriormente de la mezcla ready-to-blend mostró en general una buena calidad durante su conservación a 5 ºC durante 48 h. http://repositorio.bib.upct.es/dspace/