Aplicación de herramientas metabolómicas para el estudio del carácter pungente en pimientos

  1. Vázquez Espinosa, María de las Mercedes
Supervised by:
  1. Gerardo Fernández Barbero Director
  2. Estrella Espada Bellido Director

Defence university: Universidad de Cádiz

Fecha de defensa: 31 March 2022

Committee:
  1. Jesús Ayuso Chair
  2. Zulema Piñeiro Méndez Secretary
  3. Maria Alicia Maroto Sánchez Committee member
Department:
  1. Química Analítica

Type: Thesis

Teseo: 714853 DIALNET lock_openRODIN editor

Abstract

En las últimas décadas, el vínculo entre nutrición y salud ha ganado aceptación universal y, por tanto, se ha dado una importancia creciente a los regímenes dietéticos basados en vegetales ricos en antioxidantes. El pimiento es uno de los cultivos de hortalizas de mayor valor a nivel mundial debido a sus propiedades organolépticas, su riqueza en compuestos bioactivos y su fuerte capacidad antioxidante. Su consumo ha aumentado mucho, pero actualmente la sociedad no solo demanda una mayor producción del cultivo tradicional sino versiones mejoradas que contengan compuestos beneficiosos para la salud. El consumo de pimientos picantes se asocia generalmente con sensaciones picantes, ardientes o punzantes. La pungencia de estos frutos se debe a dos grupos de compuestos químicos conocidos como capsaicinoides y capsinoides. Estos compuestos han exhibido una gran cantidad de propiedades biológicas de relevancia farmacológica, como antioxidantes, antiinflamatorios, analgésicos, antimicrobianos, anticancerígenos o tratamientos antiobesidad. Sin embargo, los capsinoides se caracterizan por tener un nivel de picor significativamente inferior, lo que hace que su uso en aplicaciones culinarias, concentrados e industria farmacéutica tenga una mayor aplicabilidad ya que no se vería limitado por las características pungentes. El análisis en detalle de estos compuestos se ha visto a menudo desfavorecido tanto por problemas inherentes a los cultivos, como por la ausencia de metodologías asequibles y con el suficiente grado de optimización. Por este motivo, es necesario desarrollar y optimizar técnicas de separación y extracción, que permitan estudiar la composición química de distintas variedades de pimiento e indiquen aquellas que son ricas en los compuestos de interés para obtener extractos de mayor calidad. De esta manera, dichos métodos serían de gran valor para los laboratorios analíticos, así como para empresas o industrias, ya que permiten evaluar la calidad de diferentes variedades y conseguir una mejor selección del producto final gracias a su cuantificación analítica. En relación a la separación y cuantificación de compuestos bioactivos, las técnicas más utilizadas con diferencia son las de cromatografía líquida de alta eficacia (HPLC) y más recientemente la cromatografía líquida de ultra-alta eficacia (UHPLC). En cuanto al proceso de extracción de los compuestos químicos de la matriz vegetal, se ha producido recientemente una creciente demanda de técnicas que acorten los tiempos de análisis, reduzcan el consumo de disolventes orgánicos y tengan una mayor eficiencia y rendimiento. Las técnicas verdes nacen para responder a los retos del siglo XXI de proteger tanto al medio ambiente como a los consumidores. Entre estas técnicas se encuentra la extracción asistida por ultrasonidos (UAE) y la extracción asistida por microondas (MAE). El interés en el estudio de la acumulación de compuestos antioxidantes durante la maduración de la planta está aumentando porque su contenido se considera un parámetro importante con respecto a la calidad de las frutas y verduras. Los pimientos se consumen y cosechan en diferentes etapas de maduración, desde verde inmaduro hasta completamente maduro. A lo largo de la maduración, se producen numerosos cambios bioquímicos, fisiológicos y estructurales. Estas variaciones no solo tienen implicaciones agronómicas bien conocidas (sabor, color, aroma, tamaño), sino que también son relevantes para determinar su uso y calidad. En la presente Tesis Doctoral se ha llevado a cabo el desarrollo y validación de un método UHPLC, que permita la separación y determinación simultánea de los cinco capsaicinoides mayoritarios (n-DHC, C, DHC, h-C, h-DHC) y los dos capsinoides principales (CTO y DHCTO) en pimientos. Se ha conseguido la separación de todos los compuestos de interés con buena resolución en un tiempo inferior a 2 minutos. A continuación, se ha optimizado la extracción de los compuestos de interés del pimiento mediante ultrasonidos y microondas. Para evaluar el efecto de las variables independientes sobre la eficacia de extracción, se ha utilizado un diseño estadístico de mezcla y un diseño de experimentos de Box Behnken (BBD) con el fin de determinar las condiciones óptimas, que fueron 5 minutos de tiempo de extracción a una temperatura de 5,5 ºC, pH 8 y empleando un ratio de 0,2:14,5 g:mL para UAE; y 5 minutos de tiempo de extracción a una temperatura de 60 ºC, pH 8 y un ratio de 0,2:15 g:mL para MAE. Los métodos han demostrado ser precisos, reproducibles, económicos y rápidos para obtener altas recuperaciones de los compuestos de interés. Finalmente, se han estudiado los cambios en la concentración de capsaicinoides y capsinoides a lo largo de la maduración en distintas variedades de pimiento. Se pretende determinar cuál es el momento óptimo de recolección, y si la tendencia es la misma en capsaicinoides y capsinoides, así como en distintas variedades sembradas bajo las mismas condiciones de cultivo, riego, temperatura, humedad y fertilización. - A diferencia de lo reportado en la bibliografía, en la variedad Naga Jolokia, la máxima concentración de capsaicinoides se alcanza el día 33 de maduración y luego cae drásticamente con una reducción superior al 96%. En el caso del capsiato, alcanza su máxima cantidad el día 19, seguido de una disminución gradual hasta el final de la maduración. - En el caso de las variedades Habanero, Habanero Roxo y Malagueta, la acumulación de capsiato se incrementa hasta el día 27 de maduración, donde alcanza el mayor valor y luego disminuye drásticamente hasta el final del proceso. Para Bode, el capsiato aumenta desde el inicio hasta el final de la maduración el día 76. Al compararlo con la evolución de capsaicinoides, ya realizado previamente en el grupo de investigación, se puede observar que, en Habanero y Bode, ambas familias de compuestos siguen la misma tendencia; mientras que en Habanero Roxo y Malagueta no. - Al centrarnos en la variedad ornamental Filius, se ha demostrado la posibilidad de comer frutos de pimiento con similares sensaciones picantes y diferente color y/o forma; así como frutos con el mismo color pero que presentan distinto grado de pungencia.