Efecto de la estructura en la actividad de los antioxidantes fenólicos durante el procesado y conservación de aceites

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Efecto de la estructura en la

actividad de los antioxidantes

fenólicos durante el procesado y

conservación de aceites

Carmen Dobarganes

Instituto de la Grasa

(2)

• Interés actual

– Protección frente a la oxidación en alimentos – Beneficiosos para la salud

– Posibilidad de disminuir el uso de antioxidantes artificiales

• Problemas de evaluación

– Miles de compuestos activos (simples y complejos) – Distintos sistemas de evaluación de la actividad

– Distintos posibilidades analíticas para medir el efecto – Efectos sinergistas y antagonistas en mezclas

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O

₂

R

•

ROO

•

RH

ROOH

PROPAGACIÓN

RO

• Hidroperóxidos

OH

•

ROR, ROOR

Comp. no volátiles Comp. volátiles

MECANISMOS DE OXIDACIÓN

AH AH INICIACIÓN

RH

H

• TERMINACIÓN

Productos de escisión Compuestos poliméricos

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ACCIÓN DE ANTIOXIDANTES PRIMARIOS

ROO• + AH _⇔ ROOH + A• (I/-I)

RO• + AH _→ ROH + A• (II)

A• + ROO• _→ ROOA (III)

A• + A• _→ AA (IV)

(5)

ACCIÓN A ELEVADA TEMPERATURA

A elevada temperatura la concentración de oxígeno es baja y la reacción de inhibición del radical

R

• + AH

→

RH + A

•

Por otra parte, la velocidad de descomposición de ROOH es mayor que su formación

ROOH

→

RO

• + OH

• 2 ROOH

→

ROO

• + RO

• + H2O

y la acción del antioxidante sobre la eliminación de RO• y ROO• depende de la concentración de oxígeno.

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COMPLEJIDAD DEL GRUPO

GRUPO ESQUELETO Fenoles simples _C6 Derivados de ácido benzoico C6-C1 Derivados de ácido fenil acético C6-C2 Derivados de ácido cinámico C6-C3 Estilbenos _C6-C2-C6 Flavonoides e isoflavonoides C6-C3-C6 lignanos _{(C6 - C3)}₂ taninos _{(C6 –C3 – C2)}_n OH C(CH3)3 OCH3 (CH3)3C OH C(CH3)3 CH3 BHA BHT HO OH OH OH C(CH3)3

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EVALUACIÓN DE LA ACTIVIDAD

• Métodos directos: Miden la capacidad de eliminar los

radicales peróxido producidos mediante iniciador (APPH, AMVN) – ORAC/TRAP – Decoloración de crocina – Decoloración de β-caroteno – Formación de I2 – Disminución de la

quimiluminiscencia del luminol

Métodos indirectos: Miden la capacidad de eliminar radicales, el poder reductor, etc.)

– Reacción con radicales (TEAC) • ABTS test • DPPH test • DMPD test – Reducción de Fe (III) (FRAP)

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RESULTADOS GENERALES: RELACIÓN

ESTRUCTURA ACTIVIDAD

• Resultados coherentes

– Métodos directos

• Concentración molar • Buena solubilidad

• Discrepancias

– Concentración en mg/kg – pH

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RESULTADOS GENERALES: RELACIÓN

ESTRUCTURA ACTIVIDAD

• La actividad aumenta

– con el número de grupos hidroxilo (

orto > para >

)

– en caso de extensión del sistema conjugado

(estilbenos y derivados del ácido cinámico)

• La actividad tiende a disminuir

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ACTIVIDAD EN ACEITES

• Antioxidantes hidrófilos deben actuar para retrasar la

oxidación en un medio lipófilo

• Presencia de otros antioxidantes primarios en

concentración variable

• Formación de radicales en función de la composición

(insaturación, componentes menores, calidad inicial,

etc)

• Actividad de los antioxidantes depende del sistema

del sistema de evaluación y del método seleccionado

aplicar

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¾ FASE DISCONTINUA

EMULSIONES ATOMIZADAS

¾ FASE CONTINUA

9

Aceites microencapsulados (ingrediente)

9

Fórmulas infantiles (en polvo)

9

Leche y productos lácteos

9

Fórmulas infantiles (líquidas)

9

Margarinas y mantequillas

9

Aceites emulsionados (ingrediente)

9

Aceites y grasas

EMULSIONES NATURALES O FORMULADAS

DISTRIBUCIÓN DE LOS ACEITES

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PROCEDIMIENTOS DE EVALUACIÓN DE LA

ACTIVIDAD EN ACEITES

• Aceites vegetales

– Estabilidad oxidativa

(OSI, Rancimat)

– Ensayos a 40-60 ºC

(oscuridad)

– Ensayos a 25 ºC

(luz)

• emulsión o/w o

microencapsulados

– Ensayos a 40-60 ºC

oscuridad y agitación

– Ensayos a 25 ºC y

aceleración mediante

metales (Cu, Fe) y

agitación

– Adición de iniciadores

(ORAC)

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MÉTODOS ANALÍTICOS MÁS UTILIZADOS

PARA MEDIR LA ACTIVIDAD

– Periodo de inducción (h)

– Índice de peróxidos (10 ó 20 meq/kg)

– Rancidez (evaluación sensorial)

– Otros (dienos conjugados, TBARS, hexanal,

etc.)

– Evaluación a tiempo fijo (Índice de peróxidos,

volátiles, etc.)

(14)

MÉTODOS ANALÍTICOS MÁS UTILIZADOS

PARA MEDIR LA ACTIVIDAD

FACTOR DE PROTECCIÓN: (OSI, ensayos a IP fijo)

Periodo de tiempo con antioxidante/ Periodo de

tiempo sin antioxidante

– % DE INHIBICIÓN (ensayos a tiempo fijo)

(

Resultado con antioxidante/ resultado sin

(15)

EVOLUCIÓN DE LA OXIDACIÓN

TIEMPO

(16)

EVALUACION DE ANTIOXIDANTES EN

ACEITES

• Aproximación a la situación real

• Control de otros antioxidantes y

prooxidantes en el medio

• Evaluación individual de antioxidantes

– Concentración – Polaridad

– Estabilidad – Volatilidad

(17)

• Aunque discutida, la determinación de la estabilidad oxidativa permite comparar resultados de distintos autores, cuando se utilizan matrices lipídicas

• La evaluación de la actividad de un determinado

antioxidante en aceites y grasas exige la eliminación previa de los antioxidantes inicialmente presentes.

(18)

EVALUACIÓN DE ANTIOXIDANTES EN ACEITES

DESPROVISTOS DE ANTIOXIDANTES NATURALES

OSI (horas a 100 ºC) 3,4 dihidroxi-benzoico 3,4,5 trihidroxi-benzoico 0.5 1 0.5 1 Oliva 18,4 26,8 73 147 Girasol alto C18:1 13,2 19,6 78 140 Girasol alto C18:2 6,2 12,8 12,3 22,4 Soja 5,3 10,6 9,7 17,2 Antioxidante (mM/kg)

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EVALUACIÓN DE ANTIOXIDANTES EN ACEITES

DESPROVISTOS DE ANTIOXIDANTES NATURALES

OSI (horas a 100 ºC) 3,4 dihidroxi-cinámico 4 hidroxi 3-metoxi cinámico 0.5 1 0.5 1 Oliva 52,8 130 9,6 18,2 Girasol alto C18:1 63,2 142 8,4 19,1 Girasol alto C18:2 7,3 14,1 2,5 5,2 Soja 6,5 11,9 1,9 3,0 Antioxidante (mM/kg)

(20)

EVALUACIÓN DE ANTIOXIDANTES EN ACEITES

DESPROVISTOS DE ANTIOXIDANTES NATURALES

OSI (horas a 100 ºC) 3,4 dihidroxi-benzoico 3,4 dihidroxi-fenilacético 3,4 dihidroxi-cinámico 0.5 1 0.5 1 0.5 1 Oliva 18,4 26,8 44,5 98 52,8 130 Girasol alto C18:1 13,2 19,6 45,2 116 63,2 142 Girasol alto C18:2 6,2 12,8 6,1 13,2 7,3 14,1 Antioxidante (mM/kg)

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EVALUACIÓN DE ANTIOXIDANTES EN ACEITES SIN

Y CON ANTIOXIDANTES NATURALES

OSI (horas a 100 ºC) 3,4 dihidroxi-benzoico 3,4 dihidroxi-fenilacético 3,4 dihidroxi-cinámico

Sin Con Sin Con Sin Con

Oliva 26,8 42,8 98 104 130 124 Girasol alto C18:1 19,6 40,3 116 73 142 78 Girasol alto C18:2 9,8 12,1 13,2 19,2 14,1 13,1 Soja 10,6 15,5 11,6 29,5 11,9 23,6 Antioxidante mM/kg

OSI inicial: Oliva: 36,5 h; Girasol alto oleico: 35,2 h; Girasol alto linoleico: 9,8 h; Soja: 13,3 h.

(22)

ACEITE DE OLIVA: INFLUENCIA DE LA

CONCENTRACIÓN DE ANTIOXIDANTES

OH OH CH₂CH₂OH HO O TOCOFEROL < C18:2

(23)

INFLUENCIA DE LA CONCENTRACIÓN

OH OH CH₂CH₂OH HO O TOCOFEROL < C18:2

(24)

(25)

ROOH + A

• →

ROO

• + AH

A

• + O

2

→

AOO

• RH + A

• →

R

• + AH

A elevada concentración, un aumento de antioxidante en la mezcla puede tener como consecuencia una acción prooxidante

(26)

• La actividad de los antioxidantes aumenta

con la concentración hasta llegar a ser

prácticamente constante a concentraciones

elevadas

• La presencia de tocoferoles modifica la

actividad de los antioxidantes fenólicos. Su

efecto depende de las concentraciones

relativas entre ellos.

(27)

EFECTOS DE ANTIOXIDANTES EN

EMULSIONES Y MICROENCAPSULADOS

• La obtención del periodo de inducción exige

el uso de iniciadores de radicales o

aceleración con metales prooxidantes.

• La utilización de ensayos a tiempo fijo exige

la utilización de varias determinaciones

analíticas.

• Son aplicables los ensayos con iniciadores

de radicales.

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ACCIÓN DE ANTIOXIDANTES

Toc Toc Toc Toc Trolox Trolox Trolox

EMULSIÓN

ACEITE

Toc Toc Toc

Trolox Trolox Trolox

AIRE

HO O TOCOFEROL HO O COOH TROLOX

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HO O HO O COOH TOCOFEROL _TROLOX TOCOFEROL TROLOX 0 10 20 25 5 15 FACTOR PROTECCIÓN

ACEITE EMULSIONES O/W

POLARIDAD

PI_antiox. PI_control

(30)

ACEITE MICROENCAPSULADOS POLARIDAD 10 20 25 5 15 FACTOR PROTECCIÓN HO OH OH O OH HO OH OH O O HO OH OH O O ÁCIDO GÁLICO GALATO DE DODECILO GALATO DE PROPILO

POLARIDAD DE ANTIOXIDANTES

(31)

MICROENCAPSULADOS FÓRMULAS INFANTILES

Ingredientes Alimentos suplementados

PUFAs LC-PUFAs / Minerales

(32)

FACTORES DE PROTECCIÓN

10 0 20 30 Cu (II), 40º C 40 Aceite Superficial Aceite Encapsulado

Tocoferol Trolox Galato de

Propilo Galato de

Dodecilo

(33)

ACCIÓN A ELEVADA TEMPERATURA

A elevada temperatura la concentración de oxígeno es baja y la reacción de inhibición del radical

R

• + AH

→

RH + A

•

Por otra parte, la velocidad de descomposición de ROOH es mayor que su formación

ROOH

→

RO

• + OH

• 2 ROOH

→

ROO

• + RO

• + H2O

y la acción del antioxidante sobre la eliminación de RO• y ROO• depende de la concentración de oxígeno.

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ACCIÓN ANTIOXIDANTE A TEMPERATURA

ELEVADA

• Procedimiento:

– Calentamiento a temperatura elevada y determinación a tiempo fijo de compuestos de degradación específicos

• Polímeros

• Compuestos polares

– La actividad del antioxidante se evalúa a partir de las diferencias con un control sin antioxidante

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ACTIVIDAD DE TOCOFEROLES A ELEVADA

TEMPERATURA

Aceites con antioxidantes Aceites sin antioxidantes

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tiempo (h) polímeros (%) 0 20 40 60 80 100 0 2 4 6 8 10 to ta l to c o fe ro le s (%) soja girasol colza palma

girasol alto oleico oliva 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 2 4 6 8 10 Tiempo (h) po ly me ro s ( % ) Pérdida de tocoferoles

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ACTIVIDAD DE TOCOFEROLES A

ELEVADA TEMPERATURA

Aceites sin antioxidantes

Oliva

Girasol alto oleico Girasol alto linoleico

Soja 0 4 8 12 16 20 0 0,25 0,5 0,75 1 ácido gálico (mM/kg) P o lí m e ro s (% ) 0 4 8 12 16 20 0 0,25 0,5 0,75 1 ácido galico (mM/kg) P ol íme ro s (% )

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CONSIDERACIONES FINALES

- La actividad de un antioxidante para adicionar al aceite debe ser

comprobada en circunstancias similares a las que el aceite va a ser usado

- Los antioxidantes fenólicos a elevada concentración pueden originar

efectos prooxidantes en aceites cuando existen altas concentraciones de tocoferoles naturales

- El aumento de polaridad del antioxidante aumenta su actividad en aceites y grasas siempre que sea soluble en las concentraciones usadas. Por el contrario, la disminución de polaridad aumenta su actividad en

emulsiones aceite en agua y en los microencapsulados obtenidos a partir de ellas

- La aplicación de antioxidantes a elevada temperatura necesita

Efecto de la estructura en la actividad de los antioxidantes fenólicos durante el procesado y conservación de aceites