INTRODUCCION
Los Pigmentos vegetales, que se encuentran en los cloroplastos, son moléculas químicas que reflejan o transmiten la luz visible, o hacen ambas cosas a la vez. El color de un pigmento depende de la absorción selectiva de ciertas longitudes de onda de la luz y de la reflexión de otras. Constituyen el sustrato fisicoquímico donde se asienta el proceso fotosintético. Hay diversas clases de pigmentos: • Principales: • Clorofilas (a, b, c, d y bacterioclorofilas) de coloración verde. • Accesorios: • Carotenoides (carotenos y xantofilas) de coloración amarilla y roja. • Ficobilinas de coloración azul y roja presentes en las algas verdeazuladas, que comprenden el filo de los Cianofitos. Los carote carotenoi noides des son los pigmen pigmentos tos respon responsab sables les de la mayorí mayoríaa de los colore coloress amaril amarillos los,, anaranjados y rojos de frutos y verduras, debido a la presencia en su molécula de un cromóforo consistente total o principalmente en una cadena de dobles enlaces conjugados. Están presentes en todos los tejidos fotosintéticos, junto con las clorofilas, así como en tejidos vegetales no fotos fotosinté intético ticos, s, como como compon component entes es de cromop cromoplas lastos tos,, que pueden pueden ser consid considera erados dos como como cloroplastos degenerados. Químicamente Químicamente los carotenoide carotenoidess son terpenoide terpenoides, s, formados formados básicamente por ocho unidades de isopreno, de tal forma que la unión de cada unidad se invierte en el centro de la molécula. En los carotenoides naturales sólo se encuentran tres elementos: C, H y O. El oxígeno puede estar prese presente nte como como grupo grupo hidrox hidroxilo ilo,, metoxi metoxilo, lo, epoxi, epoxi, carbox carboxilo ilo o carbon carbonilo ilo.. Dentro Dentro de los carote carotenoi noides des podemo podemoss disting distinguir uir dos grupos grupos:: los carote carotenos nos,, que son hidroc hidrocarb arburo uros, s, y las xantofilas, que poseen oxígeno en su molécula. La Clorofila, es el pigmento que da el color verde a los vegetales y que se encarga de absorber la luz necesaria para realizar la fotosíntesis, proceso que posibilita la síntesis de sustancias orgánicas a partir de las inorgánicas (CO2, H2O y sales minerales), mediante la transformación de la energía luminosa en energía química. La clorofila absorbe sobre todo la luz roja, violeta y azul, y refleja la verde. Generalmente la abundancia de clorofila en las hojas y su presencia ocasional en otros tejidos vegetales, como los tallos, tiñen de verde estas partes de las plantas. En ocasiones, la presencia de clorofila no es tan patente al descomponerse y ocupar su lugar otros pigmentos de origen isoprénico también presentes en los plastos como son los carotenos (alfa, beta y ganma) y las Xantofilas. Los cloroplastos poseen una mezcla de pigmentos con diferentes colores: clorofila-a (verde intenso), clorofila-b (verde), carotenos (amarillo claro) y xantofilas (amarillo anaranjado) en diferentes proporciones. Los dobles enlaces conjugados presentes en los carotenoides son los responsables de la intensa colora coloració ción n de los alimen alimentos tos que contie contienen nen estos estos pigmen pigmentos tos.. Así, Así, por por ejempl ejemplo, o, los colore coloress naranja de la zanahoria y rojo del tomate, se deben a la presencia de β-caroteno y licopeno, respectivamente. Otros compuestos más saturados y de estructura similar son incoloros, como les sucede al fitoeno y al fitoflueno, que también se presentan en algunas plantas comestibles.
FUNDAMENTO
Todos los pigmentos presentan un grado diferente de solubilidad en disolventes apolares, lo que permite su separación. Lo que nos permite en vegetales insolubles en agua hacer una separación utilizando acetona-fosfato (disolvente orgánico polar), para así poder separar los pigmentos y evaluar los efectos del pH y la temperatura. Por otro lado los vegetales solubles en agua su separación fue mas sencilla y la solución amortiguadora fue agua. En este tipo de vegetales se evalúo el efecto de metales y de la temperatura.
PRINCIPIOS TEORICOS Alteraciones de la clorofila
La clorofila puede sufrir distintos tipos de alteraciones. La más frecuente, y la más perjudicial para el color de los alimentos vegetales que la contienen, es la pérdida del átomo de magnesio, formando la llamada feofitina, de un color verde oliva con tonos marrones, en lugar del verde brillante de la clorofila. Esta pérdida del magnesio se produce por sustitución por dos iones H+, y consecuentemente se ve favorecida por el medio ácido. La pérdida es irreversible en medio acuoso, por lo que el cambio de color de los vegetales verdes es un fenómeno habitual en procesos de cocinado, enlatado, etc. La clorofila b es algo más estable que la clorofila a. Hay que tener en cuenta que los vegetales son siempre ácidos, y que en el tratamiento térmico se liberan generalmente ácidos presentes en vacuolas en las células, y que hacen descender el pH del medio. La adición de bicarbonato, que eleva el pH, ayuda a mantener el color, pero a costa de aumentar la destrucción de la tiamina. También estabiliza algo el color la presencia de sal común o de compuestos solubles de magnesio o calcio. El calentamiento de materiales que contienen clorofila produce también isomerizaciones dentro de la molécula, que pueden llegar a afectar hasta el 10% del contenido en el cocinado normal o en el escaldado de vegetales verdes. Esta isomerización carece de importancia desde el punto de vista alimentario. En la clorofila puede hidrolizarse el enlace éster que mantiene unido el grupo fitol. Esta hidrólisis está catalizada por el enzima clorofilasa, presente en los vegetales verdes. La estructura que queda al eliminarse el fitol recibe el nombre de clorofilida. Su color es semejante al de la clorofila, y consecuentemente su formación no representa un problema desde ese punto de vista, e incluso son algo más estables que las propias clorofilas frente a la pérdida del magnesio. La feofitina es capaz de unir eficientemente iones de Zn o de Cu en el lugar que ocupaba el magnesio, formando pigmentos estables y de color verde atractivo. La toxicidad del cobre limita su uso, pero los complejos cúpricos de clorofilas o clorofilidas están autorizados en la Unión Europea como colorantes alimentarios en algunos productos.
Alteraciones de carotenoides
Los carotenoides son pigmentos estables en su ambiente natural, pero cuando los alimentos se calientan, o cuando son extraídos en disolución en aceites o en disolventes orgánicos, se vuelven mucho más lábiles. Así, se ha comprobado que los procesos de oxidación son más acusados cuando se pierde la integridad celular, de forma que en alimentos vegetales triturados, la pérdida de compartimentación celular pone en contacto sustancias que pueden modificar estructuralmente, e incluso destruir los pigmentos. Los carotenoides, excepto algunas excepciones, son insolubles en agua y por lo tanto las pérdidas por lixiviación durante el lavado y procesamiento de frutos son mínimas. Otros tratamientos empleados en las industrias alimentarias, como por ejemplo el tratamiento a alta presión, parecen no afectar significativamente a los niveles de carotenoides en diversos productos vegetales. El escaldado industrial de los alimentos puede producir pérdidas de carotenoides, si bien la inactivación enzimática que produce previene pérdidas posteriores durante el procesado y almacenamiento. En cambio, la congelación, la adición de antioxidantes
y la exclusión del oxígeno (vacío, envases impermeables al oxígeno, atmósfera inerte) disminuyen las pérdidas durante el procesado y almacenamiento de los alimentos. Efecto de la temperatura
La influencia de la temperatura en la estabilidad de los pigmentos es clara; tanto para reacciones anhidras como hidratadas, siempre actúa como acelerador de la reacción de degradación. Por lo general, los carotenos con mayor actividad biológica son aquellos que tienen todos sus dobles enlaces en forma del isómero trans, que se transforman parcialmente en la forma cis durante tratamientos térmicos en ausencia de oxígeno; esta reacción de isomerización se puede efectuar durante el proceso de esterilización de productos enlatados, con lo que se pierde parte del poder vitamínico de los carotenos. Debido a su importancia nutricional como fuente de carotenos, muchos de los estudios de estabilidad de estos compuestos se han realizado en zanahorias y productos derivados. En algunos de estos estudios se ha evaluado el impacto del escaldado, empleado para inactivar la lipoxigenasa, en el contenido de los carotenoides. La influencia de este tratamiento en los niveles de -y -caroteno en la pulpa y en el zumo de zanahorias ha sido objeto de estudio por parte de Bao y Chang . El escaldado (previo a la obtención de pulpa o zumo) en agua hirviendo y en una solución de ácido acético hirviendo durante 5 minutos, produce una retención de estos compuestos del 35,4% y el 31,7% en la pulpa, respectivamente, con respecto al contenido de estos pigmentos en las zanahorias frescas, mientras que en la pulpa no escaldada, la retención fue sólo del 18%. En cuanto a los zumos, tanto escaldados como frescos, una vez obtenidos se calentaron a 82°C antes de ser transferidos a latas de metal, siendo sometidos a continuación a distintos tratamientos: esterilización a 115,6°C durante 25 minutos, esterilización a 121,1°C durante 10 minutos, concentración en rotavapor a 40-50°C y liofilización. Se comprobó que dentro de cada grupo de zumos, el escaldado reducía la retención de carotenos. Exceptuando el zumo fresco, los zumos no escaldados tratados a 115,6°C y los zumos no escaldados concentrados, fueron los que retuvieron un mayor porcentaje de los carotenos estudiados (51,3 y 51,2%, respectivamente) .
En cuanto al efecto de la pasteurización (90°C, 30 s) en zumos de naranja de la variedad Valencia, se ha comprobado que la variación en el contenido total de carotenoides es significativa. Los cambios cualitativos en el perfil de carotenoides fueron notorios, de forma que los niveles de los carotenoides 5,6-epóxido cis-violaxantina y anteraxantina, pigmentos mayoritarios en el zumo fresco, descendieron como consecuencia del tratamiento térmico, siendo los carotenoides más importantes en términos cuantitativos en el zumo procesado luteína y zeaxantina. En los carotenoides provitamínicos, -criptoxantina y -y -caroteno, no se observaron pérdidas significativas.
Efecto del pH
Aunque los carotenoides extraídos o no son relativamente resistente a valores de pH extremos, los ácidos y álcalis pueden provocar isomerizaciones cis/trans de ciertos dobles enlaces, reagrupamientos y desesterificaciones, lo cual debe ser tenido en cuenta a la hora de manipularlos en laboratorio con fines analíticos. Así, por ejemplo, algunas xantofilas como fucoxantina y astaxantina, son excepcionalmente lábiles al medio alcalino, de ahí que a la hora de analizar fuentes naturales de estos carotenoides se recomiende no saponificar el extracto de pigmentos. No obstante, volviendo a la estabilidad de los carotenoides en los alimentos, hay que tener en cuenta que los epoxicarotenoides son muy inestables en medio ácido, lo cual tiene una gran importancia debido a la acidez inherente de algunos alimentos en particular. Este hecho es conocido tanto en la elaboración de zumos como en vegetales fermentados, donde las
condiciones ácidas del proceso promueven algunas conversiones espontáneas de los grupos 5,6 y 5’,6’-epóxidos a 5,8 y 5’,8’-furanoides (Figura 3). En un reciente estudio se ha sugerido que el importante cambio en el perfil de carotenoides del mango como consecuencia del procesado, puede ser debido a estas reacciones. En este estudio se observó que mientras que en la fruta fresca el principal carotenoide era violaxantina, en el producto procesado como zumo dicho carotenoide no se detectaba, aunque sí era apreciable la cantidad de auroxantina, no presente en la fruta fresca. Este hecho podría explicarse como consecuencia de la conversión de los grupos 5,6-epóxido de la violaxantina en 5,8-furanoides de la auroxantina, posiblemente debido a la liberación de ácidos orgánicos del mango durante el procesado industrial.
Conversión de carotenoides 5,6-epóxidos en 5,8-furanoidesv.
Estas isomerizaciones también se han descrito en los procesos fermentativos que tienen lugar en el procesado de las aceitunas. Rodriguez-Amaya D. Changes in carotenoids during processing and storage of foods. Archivos Latinoamericanos de Nutrición 1999; 49(1-S): 38-47.
TABLAS DE DATOS PIGMENTOS DE LAS PLANTAS: EFECTOS DEL pH Y LA TEMPERATURA
Tabla de pH cuando no se ha aplicado calor pH (soluciones buffers normales) Variables
Color original
Espinaca
Verde oscuro claro
Zanahoria
Naranja
Maíz morado
Morado
Camote
Naranja claro pálido
Papa blanca
Color crema claro
pH Normal 7
6.5
5.5
2
3
5
7
3.0
5.5
7.5
Verde amarillento
Verde claro
Verde claro más intenso
pH
4.5 Verde oscuro traslucido 4.5
3.0
5.5
Color
Anaranjado
Anaranjado claro
Anaranjado
pH
4.0 Morado rojizo 4.5 Crema claro traslucido 4.5 Color melón claro
Medio pH Color
Color pH
5.8
Color pH Color
3.0 Morado más intenso 4.0
4.0
5.5 Morado más oscuro 5.5 Crema ligeramente oscuro 5.5
Melón mas claro
Crema mas oscuro
Color crema rosado
7.0 Anaranjado intenso oscuro 7.0 Negro 7.5 Crema más intenso 7.0 Crema oscuro intenso
Tabla de pH cuando ya se ha aplicado calor pH (soluciones buffers normales) Variables
Color original
Espinaca
Verde oscuro claro
pH Normal en frío
Medio pH
7
Color pH
Zanahoria
Naranja
6.5
Color pH
Maíz morado
Morado
Camote
Naranja claro pálido
Papa blanca
Color crema claro
5.5
3
5
7
4.5 Verde sucio oscuro 4.5
3.0
5.5
6.0
Amarillo pálido
Amarillo pálido
Verde claro amarillo
2.5 Amarillo naranja claro+ 4.5 Morado más oscuro 3.0 Crema Blanco 3.5
4.5
7.0
Amarillo naranja claro+-
Amarillo oscuro -
5.5 Morado intenso oscuro 5.5 Crema bajo opaco 5.5
7.0
Amarillo naranja ++
pH
4.0 Morado intenso 4.5 Crema pálido 4.5
Color
Plomo
Color pH
5.8
2
Color
Crema mas oscuro
Crema blanco oscuro
Negro 7.0 Crema claro blanco 7.0 Plomo claro
TABLAS DE DATOS PIGMENTOS DE LAS PLANTAS: EFECTOS DE LOS METALES Y DE LA TEMPERATURA
Tabla de metales no tratados por calor Variables
Color original
FeCl3
CuSO4
MgSO4
SnCl2
Espinaca
Verde oscuro claro
verde petróleo
Verde oscuro
Verde sucio claro
Verde marrón
Zanahoria
Naranja
Verde sucio
Maíz morado
Morado
Violeta
Camote
Naranja claro pálido
Verde negro alga
Turquesa
Crema claro
Papa blanca
Color crema claro
Café claro
Amarillo verdoso
Naranja oscuro
Naranja claro
CuSO4
MgSO4
SnCl2
Verde oscuro
Verde gelatinoso
Verde marrón acuoso
turquesa
plomo
Crema claro
Turquesa con blanco Turquesa verdoso
Crema con blanco Anaranjado claro
Amarillo con rosado Amarillo maracuyá
Color orquídea Morado oscuro
Color melón Morado compacto
Color crema claro Morado intenso Amarillo intenso con blanco
Tabla de metales tratados por calor Variables
Color original
FeCl3
Espinaca
Verde oscuro claro
Zanahoria
Naranja
Verde parduzco Marrón oscuro
Maíz morado
Morado
Camote Papa blanca
Naranja claro pálido Color crema claro
Dorado negro Verde marrón Marrón claro
