Compuestos bioactivos: quinua y kiwicha

Optimización de los compuestos
bioactivos producidos mediante el
proceso de germinación de granos de
Quinua y Kiwicha
Luz María Paucar Menacho
Departamento de Ingeniería Agroindustrial
Universidad Nacional del Santa
PERU
Productos de quinua y kiwicha con valor agregado
GERMINACIÓN
IMBIBICIÓN
Biosíntesis y
catabolismo
ACTIVACIÓN
Síntesis
de GABA
CRECIMIENTO
Expresión
enzimática
GAD
Hidrólisis de
macronutrientes
Temperatura,
tiempo, estrés
Activación
rutas de
síntesis de
polifenoles
Acumulación
de
compuestos
fenólicos
Compuestos fenólicos:
Efectos en la salud:
 Antioxidantes Naturales
 Inhibición de la oxidación del colesterol y los liposomas
 Prevención de Cáncer Colon
 Reducción de la Inflamación
 Protección contra la diabetes tipo 2 y enfermedad
cardiovascular
 Inhibición de la proliferación de células cancerosas
GABA : uno de los neurotransmisores más
importantes en el sistema nervioso central
 Aminoácido libre no proteico


Acido L-glutámico
GAD
GABA + CO2
Altas cantidades en el cerebro
Principal neurotransmisor inhibidor en el sistema nervioso simpático
Efectos en la salud:




Potencia la secreción de insulina en el páncreas
Antihipertensivo y calmante
Impide el crecimiento de las células cancerosas
Mejora los procesos cognitivos
26.4 mg de GABA parece ser eficaz en el tratamiento de trastornos neurológicos
(Diana et al., 2014)
OBJETIVO
Optimizar el tiempo y temperatura de
germinación para la producción de brotes de
quinua (Chenopodium quinoa) y kiwicha
(Amaranthus caudatus) con altos niveles de
contenido total de polifenoles (TPC)
contenido de ácido gamma-aminobutirico
(GABA) y actividad antioxidante
MATERIA PRIMA
Quinua (Chenopodium quinoa)
MATERIA PRIMA
Peso de 4.40 g
por 1000 semillas
Quinua (Chenopodium quinoa)
var. INIA-415 Pasankalla
MATERIA PRIMA
Kiwicha (Amaranthus caudatus)
Peso de 0.75 g
por 1000 semillas
Kiwicha (Amaranthus caudatus)
var. Centenario
CURVA DE MACERACÓN DE LA QUINUA
% de Ganacia de Peso
50
40
30
20
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
8
9
Horas
CURVA DE MACERACIÓN DE LA KIWICHA
% de Ganacia de Peso
50
40
30
20
10
0
0
1
2
3
4
5
Horas
6
7
Métodos
PROCESO DE GERMINACIÓN
SANITIZACIÓN
MACERACIÓN
0.01% Hipoclorito de sodio, 30 min
Temperatura ambiente pot 8 h
Semilla: agua (1:5)
Preparación de las bandejas para la germinación
30 g semillas/bandeja
Fueron colocados en una cámara de germinación
GERMINADOR modelo G-120 (ASL Snijders International S.L., The Netherlands)
Las muestras fueron congeladas a -20 ° C, liofilizadadas y molidas
para obtener harina de quinua o kiwicha.
Métodos
Tabla 1. Niveles codificados de las variables independientes
usadas para semillas de quinua y kiwicha.
1 Table 1. Coded levels for independent variables used experimentation for Kiwicha seed.
Independent variables
Coded
Real
-α
X1 Time of germination (h)
12
X2 Temperature of germination (°C)
12
2 Response surface were obtained using ±|α|=1.41
3
Levels
-1
0
21 42
14 20
+1
63
26
+α
72
28
Métodos
Tabla 2. Diseño Central Composicional Rotacional (22)
Test
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Codificado
x1
-1
+1
-1
+1
- 1,41
+ 1,41
0
0
0
0
0
x2
-1
-1
+1
+1
0
0
- 1,41
+ 1,41
0
0
0
Real
Tiempo (h)
Temperatura (ºC)
21
63
21
63
12
72
42
42
42
42
42
14
14
26
26
20
2
20
12
1
28
20
2
20
20
2
±|α|=1,41; x1, x2, = variables independientes: tiempo de germinación,
temperatura de germinación, modelo de codificación, respectivamente.
Resultados: Semillas de Quinua
Tabla 3. Contenido Total de polifenoles (TPC), ORAC y
GABA en semillas de quinua no germinada.
1
Components
(mg/100g dry base)
Total Polyphenol Content (mg GAE/100g dry base)
ORAC (mg TE/100 100g dry base)
GABA (mg GABA/100 g dry base)
270.99
1085.75
22.41
Tabla 4. Valores de respuesta observadas con diferentes
combinaciones de tiempo y temperatura de germinación
para Quinua.
Coded level
X1
X2
Total Polyphenol
Content
(GAE mg/100g)
1
- 1 (21)
- 1 (14)
240.63
847.67
17.97
2
+1 (63)
- 1 (14)
346.41
1325.09
54.20
3
- 1 (21)
+ 1 (26)
328.24
1248.05
121.51
4
+1 (63)
+ 1 (26)
444.88
893.87
122.32
5
-α (12)
0 (20)
184.40
315.80
47.35
6
+
α (72)
0 (20)
376.61
1338.28
113.73
7
0 (42)
-α (12)
216.68
708.18
62.49
8
0 (42)
+
α (28)
421.45
1327.79
44.70
9
0 (42)
0 (20)
482.12
1408.51
33.72
10
0 (42)
0 (20)
499.24
1417.20
35.69
11
0 (42)
0 (20)
487.99
1425.87
37.66
Exp
1
Response values
ORAC
(mg TE/100g)
GABA
(mg GABA/100g)
Contenido Total de polifenoles en
brotes de Quinua
-44.506
10.989
66.483
121.978
177.472
232.967
288.461
343.956
399.45
454.945
above
TPC (mg GAE/100 g) = 489.78 + 61.78 X1 - 94.57 X12 + 89.45 X2 -75.29 X22
R2 = 0.96
Capacidad Antioxidante en
brotes de Quinua
-754.318
-532.71
-311.103
-89.495
132.113
353.721
575.328
796.936
1018.544
1240.15
above
ORAC = 1410.42 + 228.66 X1 - 250.51 X12 + 109.99 X2 -155.04 X22 -142.85 X1.X2
R2 = 0.77
Ácido γ-aminobutírico (GABA) en
brotes de Quinua.
(R2=0,61)
Coded level
X1
X2
GABA
(mg GABA/100g)
1
- 1 (21)
- 1 (14)
17.97
2
+1 (63)
- 1 (14)
54.20
3
- 1 (21) + 1 (26)
121.51
4
+1 (63) + 1 (26)
122.32
5
-α (12)
0 (20)
47.35
6
+
α (72)
0 (20)
113.73
7
0 (42)
-α (12)
62.49
8
0 (42)
+
α (28)
44.70
9
0 (42)
0 (20)
33.72
10
0 (42)
0 (20)
35.69
11
0 (42)
0 (20)
37.66
Exp
1
Response values
Resultados: Quinua Germinada
Desarrollo de radiculas de quinua
germinada para el tratamiento
optimizado 42 h a 20 °C.
Tabla 5. Composición fenólica Individual (µg/g) de
quinua germinada en la condición óptima.
(42 h a 20°C)
COMPOUNDS
Vanillic hexoside acid
Vanillic derivative
trans-p-coumaroylhexoside acid
trans-feruloylhexoside acid (I)
trans-feruloylhexoside acid (II)
Sinapoylhexoside acid
Vanillic acid
Quercetin dirhamnopiranosyl-galactopyranoside
trans-p-coumaric acid
Quercetin rhamnosyl glucuronide
Kaempferol apiofuranosyl rhamnopyranosyl-galactoside
Quercetin rhamnosyl hexoside
Kaempferol dirhamnosyl-galactopyranose
Quercetin 3-rutinoside
Quercetin apiofuranosyl galactopyranoside
Ferulic acid derivative (I)
Ferulic acid derivative (II)
Kaempferol rhamnosyl glucuronide
Quercetin glucuronide
Quercetin 3-glucoside
Kaempferol 3-rutinoside
Isorhamnetin rhamnosyl hexoside
Kaempferol glucuronide
Non-Flavonoid
Flavonoid
Total
RAW
5.11 ± 0.48
26.72 ± 1.20
nd
nd
nd
nd
2.64 ± 0.26
226.76 ± 0.30
68.10 ± 0.37
8.82 ± 0.43
46.81 ± 1.86
23.50 ± 0.00
13.92 ± 0.52
73.33 ± 0.74
43.99 ± 0.42
18.66 ± 0.05
30.20 ± 0.17
22.85 ± 1.38
48.09 ± 1.34
12.38 ± 0.53
9.00 ± 0.20
nd
5.53 ± 0.80
151.43
534.99
686.41
GERMINATED
t
20.67 ± 0.99
19.46 ± 0.99
59.00 ± 2.26
7.95 ± 0.32
7.53 ± 1.46
nd
241.38 ± 6.55
53.75 ± 2.15
6.44 ± 0.94
75.49 ± 1.47
22.95 ± 4.91
237.71 ± 6.55
45.71 ± 1.93
32.19 ± 1.45
41.86 ± 5.40
13.21 ± 1.97
35.00 ± 3.49
206.91 ± 5.90
15.19 ± 0.54
20.26 ± 2.06
4.28 ± 0.80
12.99 ± 1.52
223.43
956.52
1179.95
Resultados: Quinua Germinada
Table 6. No flavonoides, flavonoides y contenido
total de polifenoles (µg/g b.s.) en quinua
germinada (20°C por 42 h).
Resultados: Quinua Germinada
Resultados: kiwicha
Table 7. Contenido Total de polifenoles, ORAC y GABA en
kiwicha no germinada
1
Components
(mg/100g dry basis)
Total Polyphenol content (mg GAE/100g dry basis)
ORAC (mg TE/100 100g dry basis)
GABA (mg GABA TE/100 100g dry basis)
94.75
393.14
2.60
Resultados: kiwicha
Table 8. Valores de respuesta observadas con diferentes
combinaciones de tiempo y temperatura de germinación
para Kiwicha.
Coded level
1
Response values
Exp
X1(h)
X2(°C)
Total Polyphenol
Content
(GAE mg/100g)
1
- 1 (21)
- 1 (14)
2
+1 (63)
3
ORAC
GABA
(mg TE/100g)
(mgGABA/100g S.P.)
86.22
369.46
9.47
- 1 (14)
96.42
573.28
20.69
- 1 (21)
+ 1 (26)
113.23
742.48
58.17
4
+1 (63)
+ 1 (26)
385.43
2525.58
75.69
5
-α (12)
0 (20)
95.68
513.77
29.57
6
+
α (72)
0 (20)
296.83
1359.69
61.34
7
0 (42)
-α (12)
107.89
390.07
16.14
8
0 (42)
+
α (28)
337.23
1558.57
74.39
9
0 (42)
0 (20)
141.17
519.81
38.40
10
0 (42)
0 (20)
152.14
650.77
44.88
11
0 (42)
0 (20)
158.05
571.08
47.21
Contenido Total de polifenoles
en brotes de kiwicha
TPC (mg GAE/100g)=150.45+70.86 X1+13.13 X12 +80.04 X2+26.28 X22+65.5X1.X2
R2 = 0.97
Capacidad Antioxidante en
brotes de Kiwicha
ORAC=580.55 + 397.90 X1 + 202.38 X12 + 497.22 X2 +221.17 X22 + 394.82 X1.X2
R2 = 0.96
Ácido γ-aminobutírico (GABA) en
brotes de Kiwicha
GABA (mg GABA/100g dry basis = 43.26 + 9.21 X1 + 23.26 X2
R2 = 0.96
Desarrollo de radículas de quinua
germinada para el tratamiento
optimizado (26 °C por 63 h).
Table 9. Composición fenólica Individual (µg/g) de Kiwicha
germinada en la condición óptima (26 °C por 63 h).
COMPOUNDS
RAW
GERMINATED
0.56 ± 0.08
nd
Vanillic hexoside acid
nd
t
Vanillic acid derivative
3.03 ± 0.08
nd
Feruloylquinic acid
0.25 ± 0.04
nd
Feruloyl hexoside acid
1.30 ± 0.12
1.74 ± 0.16
Feruloyl hexoside acid
nd
15.84 ± 0.94
4-O-Caffeoylquinic acid
nd
879.92 ± 51.28
Vanillic acid
3.79 ± 0.84
14.88 ± 1.85
Caffeoylquinic acid
2.32 ± 0.19
nd
4-O-p-coumaroyl quinic acid
nd
30.31 ± 1.47
p-coumaroyl quinic acid
nd
1.42 ± 0.22
4-O-Feruloylquinic acid
nd
112.13 ± 4.06
trans-p-coumaric acid
0.32 ± 0.04
nd
Caffeic acid derivative
0.73 ± 0.00
11.73 ± 2.26
Quercetin 3-rutinoside
2.15 ± 0.09
13.74 ± 0.64
Non-Flavonoid
12.3
1067.97
Flavonoid
2.15
13.74
Total
14.45
1081.71
Protocatechuic hexoside acid
Table 10. No flavonoide, flavonoide y contenido total de
polifenoles (µg/g b.s.) en kiwicha germinada (26 °C por 63 h).
Raw kiwicha
Non-flavonoid
Flavonoid
TOTAL
12.30
2.15
14.45
Germinated kiwicha
1037.97
13.74
1081.71
Conclusiones: Quinua germinada
 Las condiciones de germinación modifican el contenido de compuestos
bioactivos en la harina obtenida de semillas germinadas de quinua
(Chenopodium quinoa) dentro de los intervalos estudiados.
 El contenido de TPC y la actividad antioxidante aumentó con tiempos de
germinación más largos y temperaturas más altas.
 El contenido de GABA también fue aumentado en la quinua después de la
germinación.
 La germinación de quinua a 20°C durante 42 horas fueron las condiciones
óptimas para maximizar TPC y actividad antioxidante (aumentos de 1.8 y 1.3
veces respectivamente), mientras que las condiciones óptimas de
germinación para maximizar la acumulación de GABA en los brotes fue 26 °C
durante 63 horas (aumentó en 5.45 veces).
Conclusiones: quinua germinada
 La germinación de quinua en las condiciones optimas, mejoró
notablemente los contenidos de no-flavonoides, flavonoides y contenido
total de polifenoles comparado con las semillas no germinadas.
 Los flavonoides como kaemferol, ramnósido-galactopiranosa y quercetina
glucurónido fueron los compuestos que aumentaron en mayor medida
después de la germinación.
 Componentes Hidroxicinámicos tales como los ácidos trans-pcoumaroylhexosida, trans-feruloylhexosida, y sinapoylhexosida, fueron
encontrados solo en quinua germinada.
Conclusiones: kiwicha germinada
 Las condiciones de germinación modifican el contenido de compuestos
bioactivos en la harina obtenida de semillas germinadas de kiwicha
(Amaranthus caudatus) dentro de los rangos estudiados.
 Las condiciones optimas de temperatura y tiempo para kiwicha germinada
fueron 26°C por 63 horas donde los contenidos de GABA, TPC y capacidad
antioxidante fueron incrementados en 29.1, 4.0 y 6.4 veces, respectivamente.
 Los brotes obtenidos en las condiciones óptimas contienen compuestos
principalmente no flavonoides, siendo derivados de ácidos hidroxicinámicos
quínicos (4-O-ácido cafeoilquínico y 4-O-acido feruloilquínico ) los más
abundantes.
 La Quercetina-3-O-rutinosida fue el único flavanol identificado en semillas de
Kiwicha, y un incremento en el contenido de este compuesto fue encontrado
en sus brotes.
Production and characterization of biologically active ingredients
from legumes (PROINLEG)
GRACIAS
luzpaucar@uns.edu.pe