Revalorización de la chía como fuente de antioxidantes naturales : utilización sustentable del subproducto generado durante la extracción de su aceite

• Autores: Lucini Mas, Agustín
• Año de publicación: 2022
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Baroni, María Verónica; Becerra, María Cecilia; Theumer, Martín Gustavo; Cuadra, Gabriel Ricardo; Nazareno, Mónica Azucena
• Materia: Salvia hispánica; Alimentos; Aceites vegetales; Antioxidantes; Harina; Fenoles
• Institución: Universidad Nacional de Córdoba

Tesis (Doctor en Ciencias Químicas) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2022.
Fil: Lucini Mas, Agustín. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.
La industria alimentaria es uno de los grandes pilares de la economía mundial. En ella, se produce una importante cantidad de residuos, lo cual tiene un fuerte impacto a nivel ambiental y económico. Sin embargo, este impacto negativo puede reducirse reutilizando los subproductos generados e incorporándolos en otros alimentos para mejorar su calidad nutricional. En el presente trabajo de tesis doctoral se realizó el estudio de la fracción no lipídica de la semilla de chía resultante luego de la extracción industrial de su aceite. Este subproducto, al que llamamos harina de chía, es rico en compuestos fenólicos, los cuales son conocidos principalmente debido a su actividad antioxidante; por lo que su inclusión en un alimento podría generar beneficios en el estado de la salud de quienes lo consuman. Sin embargo, el poder antioxidante del alimento dependerá de la identidad química de los compuestos presentes, de su concentración, y de los posibles sinergismos y antagonismos que presenten en conjunto. Por lo que los cambios ocurridos en estos compuestos, a causa del proceso productivo en la fabricación de un alimento y de la posterior digestión gastrointestinal al ser consumido; pueden modificar su actividad antioxidante. Durante esta tesis, se determinó el perfil y contenido de compuestos fenólicos de la harina de chía utilizando la técnica de cromatografía líquida de ultra-alta eficiencia acoplada a espectrometría de masas (UPLC-MS/MS), encontrándose 25 compuestos diferentes y perteneciendo la mayoría a la familia de los ácidos hidroxicinámicos, como el ácido rosmarínico y su glicosilado. Además, se suplementó una formulación de galleta dulce con diferentes proporciones de harina de chía en reemplazo de harina de trigo y se evaluaron los cambios en su calidad tecnológica y sensorial. Los diferentes agregados modificaron el color y aspecto superficial del producto final, pero no disminuyeron la calidad tecnológica general comparada con la formulación control. Asimismo, la galleta con 10 % de reemplazo con harina de chía fue preferida en un análisis sensorial incluso por sobre la galleta control. Sobre esta galleta preferida, se llevó a cabo el estudio de los cambios producidos en su contenido de compuestos fenólicos por el procesamiento y su digestión gastrointestinal. Sólo 11 compuestos de los 25 presentes en la harina se encontraron en la galleta suplementada. Si bien la concentración relativa de cada uno de los compuestos fue diferente a la de la harina, la concentración total de compuestos fenólicos fue similar a la esperada. Luego del proceso de digestión gastrointestinal simulada, aproximadamente el 75% del contenido de compuestos fenólicos en la galleta serían absorbidos por difusión pasiva en el intestino delgado y grueso (observándose 8 compuestos en la primer fracción y 9 en la segunda). Por otro lado, además del contenido de compuestos fenólicos se estudió la actividad antioxidante de las diferentes fracciones mediante ensayos sobre la línea celular hepática humana HepG2 en condiciones basales y de estrés oxidativo. En este sentido, la harina de chía demostró poseer actividad antioxidante disminuyendo los niveles de especies reactivas de oxígeno (EROs), aumentando los niveles de antioxidantes endógenos no enzimáticos (glutatión o GSH) y disminuyendo el daño oxidativo en proteínas. Este efecto antioxidante en los niveles de EROs se mantuvo para la galleta suplementada y las fracciones resultantes de la digestión gastrointestinal simulada. Por último, se evaluó la actividad antioxidante de la harina de chía por métodos in vivo utilizando modelos animales de ratón y codornices. En el primero de ellos, el factor de estrés utilizado fue una dieta de baja calidad nutricional alta en fructuosa y con gran proporción de ácidos grasos saturados, mientras que para el segundo, se expuso crónicamente a los animales a temperaturas elevadas. La suplementación de la dieta de ratones con 10 % de harina de chía moduló la actividad de enzimas antioxidantes, y los niveles de EROs y GSH, resultando en una disminución del daño oxidativo en proteínas. En el caso de las codornices, la suplementación de la dieta con compuestos fenólicos extraídos de la harina de chía también moduló la actividad de enzimas antioxidantes ayudando a disminuir la peroxidación de lípidos. Además, ésta suplementación mejoró la proporción de ácidos grasos en la yema, obteniéndose huevos de mejor calidad nutricional, con menor cantidad de ácidos grasos saturados y una mayor proporción de ácidos grasos poliinsaturados. En conclusión esta tesis constituye un importante aporte científico interdisciplinario que demuestra la necesidad del estudio y la investigación en el área de la ciencia de alimentos; permitiendo a su vez darle valor agregado a un subproducto industrial verdadero y fomentando la vinculación del sector científico-tecnológico-industrial en búsqueda de un mayor desarrollo de la economía circular.
Food industry is one of the most important pillars of the global economy. This industry produces large amounts of residues that can have strong ecological and economic impacts. However, this negative impact could be reduced by incorporating the by-products generated into other foodstuffs to improve their nutritional quality. This doctoral study focuses on the non-lipid fraction of chia seeds that comes from the industrial extraction of its oil. This by-product, named as chia defatted flour from now on, is rich in phenolic compounds, which are known mainly due to their antioxidant activity. Thus, its inclusion in foodstuffs could generate benefits in the state of health of those who consume it. However, the antioxidant capacity of the product depends on the chemical identity of the compounds, their concentration, and the possible synergisms and antagonisms between them. Thus, changes in phenolic compounds composition occurring due to the foodstuff manufacturing process and gastrointestinal digestion when consumed may modify its antioxidant activity. During this study, the profile and content of phenolic compounds from chia defatted flour was determined using ultra-high performance liquid chromatography coupled to mass spectrometry (UPLC-MS/MS), finding 25 different compounds, being hydroxycinnamic acids such as rosmarinic acid and its glycoside derivative, the major ones. In addition, a sweet biscuit formulation was supplemented with chia defatted flour in replacement of wheat flour in different proportions, and changes in its technological and sensory quality were evaluated. The supplementation with chia in different amounts modified the color and the surface appearance, but did not change the overall technological quality compared to the control formulation. In parallel, the cookie with 10 % of replacement of wheat flour by chia defatted flour was chosen as the preferred one in the sensorial analysis, even over the control cookie. This preferred cookie was used to evaluate the changes in phenolic compounds content caused by processing and gastrointestinal digestion. Only 11 out of 25 compounds present in chia defatted flour were detected in the supplemented cookie. Although their relative concentration was different than in chia byproduct, the total phenolic content was nearly the expected. On the other hand, only 75 % of the cookie phenolic compounds content would be absorbed by passive diffusion in the small and large intestine after the simulated gastrointestinal digestion. Furthermore, the antioxidant activity of the different fractions were assessed in human hepatic cells (HepG2) subjected to oxidative stress. Chia defatted flour showed antioxidant activity since it increased endogenous non-enzymatic antioxidants (glutathione or GSH) and decreased reactive oxygen species (ROS) and oxidative damage in proteins. This antioxidant effect in ROS levels was maintained in the supplemented cookie and after simulated gastrointestinal digestion. Finally, the antioxidant activity of chia defatted flour was also assessed in vivo using mice and quails models. In the first one, the stress stimulus was a low nutritional quality diet (high fructose and high proportion of saturated fatty acids), and in the latter one, animals were chronically exposed to high temperatures. In the case of mice, diet supplementation with 10% of chia defatted flour modulated the activity of antioxidant enzymes and ROS and GSH levels, resulting in a decrease of protein oxidative damage. In the case of quails, diet supplementation with phenolic compounds extracted from chia defatted flour also modulated the activity of antioxidant enzymes and decreased oxidative damage in lipids. Besides, it improved the yolk fatty acids content, obtaining better nutritional quality eggs with lower proportion of saturated fatty acids and higher polyunsaturated fatty acids. In conclusion, this study represents an important interdisciplinary scientific contribution that demonstrates the need for study and research in food science; conferring added value to a real industrial by-product and promoting the linkage of the scientific-technological-industrial sector in search of a greater development of the circular economy.
2024-11-30
Fil: Lucini Mas, Agustín. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.