Respuesta de la pared celular y carbohidratos no estructurales de la cebolla al tratamiento por altas presiones hidrostáticas

Resumen

RESPUESTA DE LA PARED CELULAR Y CARBOHIDRATOS NO ESTRUCTURALES DE LA CEBOLLA AL TRATAMIENTO POR ALTAS PRESIONES HIDROSTÁTICAS Introducción Este trabajo de investigación que se presenta como Tesis Doctoral, forma parte de del proyecto ¿FUNCIONALIDAD DE LOS TEJIDOS VEGETALES SOMETIDOS A ALTAS PRESIONES: ESTUDIO DE LA MEJORA EN LA BIOACCESIBILIDAD DE SUS COMPUESTOS BIOACTIVOS¿ (AGL2008-04798-C02-01) del Plan Nacional de Investigación, Desarrollo e Innovación, del Ministerio de Ciencias e Innovación, bajo la coordinación de la Dra. María Pilar Cano Dolado, y en colaboración con el Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y Nutrición (ICTAN) Grupo de Fitoquímica y Funcionalidad de Productos Vegetales, del Instituto de Investigaciones en Ciencias de la Alimentación (CIAL UAM-CSIC), este trabajo fue realizado entre los laboratorios de Caracterización de Productos Vegetales del CIAL y del Departamento del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), la Universidad Politécnica de Valencia (UPV), y el Departamento de Química Agrícola de la Universidad Autónoma de Madrid. En este estudio se abordó la caracterización de cebolla fresca y con tratamientos de altas presiones, como fuente importante de compuestos bioactivos, con el fin de conseguir información necesaria para la mejora de la bioaccesibilidad de estos compuestos bioactivos. La principal motivación en la industria de los alimentos tiene como objetivo la salud y bienestar de los consumidores que se han puesto de manifiesto a través del masivo desarrollo de alimentos funcionales, denominando así a los alimentos que además de aportar los nutrientes necesarios para la vida presentan otros constituyentes con actividad biológica. Existen un importante número de publicaciones que evidencian la relación entre determinados nutrientes y compuestos bioactivos presentes en una dieta rica en productos vegetales y la disminución del riesgo de padecer determinadas enfermedades (enfermedades cardiovasculares, cáncer, degeneración macular). El efecto beneficioso de los nutrientes y compuestos bioactivos presentes en los alimentos vegetales depende de su biodisponibilidad, o cantidad de dicho compuesto que consigue alcanzar determinados lugares del organismo en la forma química activa y en la cantidad adecuada. Los factores que afectan la biodisponibilidad de los nutrientes y compuestos bioactivos presentes en los productos vegetales son numerosos y de distintas naturaleza: factores agronómicos (variedad, clima, zonas de cultivo), factores fisiológicos (grado de madurez), situación en la matriz vegetal, interacción con otros constituyentes de la matriz vegetal, formación de complejos estables con otros componentes de la dieta que inhiban su absorción y por último, el tipo de procesado al que se somete el alimento vegetal (Parada y Aguilera, 2007). Durante el procesamiento de los productos vegetales tienen lugar modificaciones en la matriz vegetal y ruptura de la pared celular de los orgánulos que encierran determinados compuestos, favoreciendo la reacción de las enzimas con sus correspondiente sustrato y permitiendo la salida de nutrientes y compuestos bioactivos, dando lugar a modificaciones relacionadas con la calidad sensorial (color, textura, aroma), nutricional y funcional (aumento de extracción de nutrientes y compuestos bioactivos) y de biodisponibilidad de los nutrientes. La microestructura en los tejidos vegetales está compuesta fundamentalmente por la pared celular, gránulos de almidón, proteínas, vacuola de agua o grasa y burbujas de gases. Tratamientos tradicionales como el escaldado, congelado o deshidratación, dan lugar a significativos cambios en la microestructura del tejido vegetal con importantes consecuencias sobre la calidad del producto final como son el desarrollo de pardeamiento enzimático debido a la liberación de una enzima, o modificaciones en la textura como consecuencia de la activación de otras (Acevedo y col., 2008). Asimismo, la bioaccesibilidad y biodisponibilidad de los nutrientes también es afectada por las modificaciones de la microestructura como consecuencia del procesado (Parada y Aguilera, 2007). Por otro lado, el procesamiento de alimentos por altas presiones hidrostática, (APH o HHP, sus siglas en inglés, High Hydrostatic Pressure) consiste en la aplicación de presiones al alimento con una intensidad entre 50 a 1000 MPa, sola o en combinación con otros tratamientos (térmicos suaves, ultrasonidos, CO2, aditivos naturales, etc.). Varios autores (Hoover, 1997; Meyer y col., 2000; Devlieghere y col., 2004) consideran a la tecnología HHP la más viable comercialmente entre las tecnologías no térmicas estudiadas. El principal objetivo del procesado de alimentos mediante APH es la obtención de alimentos seguros, saludables y convenientes, manteniendo su calidad sensorial y organoléptica. El potencial y las limitaciones del procesado de alimentos mediante APH ha sido extensamente revisado y la gran mayoría de los estudios realizados se han centrado en el estudio de la inactivación microbiana y enzimática, sin embargo, el efecto que ejerce esta tecnología sobre los compuestos nutricionales, vitaminas y compuestos bioactivos de los alimentos ha sido menos estudiado (Patterson, 2000; Barbosa-Canavos y col, 2005; Hogan y col., 2005). Los avances en el diseño de equipos y los estudios de investigación, han permitido el desarrollo de un amplio rango de productos comerciales tratados con APH a base de frutas y vegetales (zumo de naranja, zumo de manzana, guacamole, mermeladas de frutas, puré de tomate, rodajas de cebolla) (Torres y Velázquez, 2005; Rastogi y col., 2007). La combinación de CO2 con altas presiones es una tecnología no térmica que puede inactivar ciertos microorganismos y enzimas a temperaturas lo suficientemente bajas que evitan los efectos negativos producidos por los tratamientos térmicos tradicionales (Damar y Balaban, 2006). En general, diversos autores han observado que el procesamiento mediante APH de alimentos vegetales (zumos de naranja, de limón, de manzana, de naranja y zanahoria, de manzana y brócoli, purés de caqui, de tomate, de fresa, de kiwi, gazpacho) modificó ligeramente su composición nutricional, sus compuestos bioactivos y su capacidad antioxidante (vitaminas A, E y C, B1, B2 y ácido fólico, carotenoides, flavonoides) (Qualia y col., 1996; Donsi y col., 1996; Van den Broeck y col., 1998; De Ancos y col., 2000, 2004; Fernández-Garcia y col., 2001; Kim y col., 2001; Butz y col., 2003; Indrawati y col., 2003; Sánchez-Moreno y col., 2003, 2005, 2006). Por último, en esta presente investigación coordinada se pretende avanzar en el conocimiento de la relación de la microestructura del tejido vegetal y la mejora de la funcionalidad de los constituyentes de bioactivos más importantes de tejidos vegetales mediante la aplicación de altas presiones, empleando como modelo el bulbo de cebolla (Allium cepa L.). La hipótesis del proyecto en el que se encuadra el presente trabajo consiste en evidenciar que el tratamiento con altas presiones produce ruptura de los orgánulos celulares y cambios en las paredes celulares y en la microestructura del tejido vegetal favoreciendo la liberación de nutrientes y compuestos bioactivos de la matriz vegetal mejorando su bioaccesibilidad y potenciando la funcionabilidad del alimento. Además, el tratamiento con altas presiones, estabiliza el tejido desde el punto de vista microbiológico y sensorial, con lo que se obtendría alimentos vegetales de elevada calidad durante un periodo de comercialización interesante para el sector, y con características funcionales mejoradas. Objetivos Objetivos El objetivo general de la presente tesis doctoral se centra en conocer la respuesta de los componentes de la pared celular y de los carbohidratos no estructurales de la cebolla a los tratamientos de altas presiones, en diferentes condiciones de presión, temperatura y tiempo. Además, se trataría de establecer las mejores condiciones del tratamiento con el fin de obtener un producto procesado estable, de elevada calidad con características funcionales mejoradas. Para el desarrollo del objetivo general, se han formulado los siguientes objetivos específicos: OBJETIVO 1. Caracterización de tres variedades de cebolla, con especial atención a la fibra alimentaria, composición de la pared celular y carbohidratos no estructurales con el fin de obtener el material más adecuado para realizar los tratamientos de altas presiones. OBJETIVO 2. Evaluar el efecto de las tecnologías de procesado con altas presiones, mediante ensayos a diferentes presiones y tiempos de duración, sobre la pared celular y los carbohidratos no estructurales. OBJETIVO 3. Estudiar el efecto de las altas presiones combinadas con temperaturas sobre la pared celular y los carbohidratos no estructurales, evaluando su posible influencia sobre la accesibilidad de compuestos bioactivos. OBJETIVO 4 Estudiar las modificaciones en la pared celular y en los carbohidratos no estructurales durante la conservación en refrigeración de cebollas sometidas a altas presiones/temperatura, evaluando su posible influencia sobre la accesibilidad de compuestos bioactivos.