Carotenoides

2.2.3.1. Estructura y clasificación

Químicamente se clasifican como terpenoides, sustancias derivadas en la naturaleza del intermediario metabólico ácido mevalónico, que aporta la unidad básica estructural. Los terpenoides con una, dos, tres o cuatro unidades isoprenoides (hemi-, mono-, sequi- y di-terpenoides, respectivamente son bien conocidos, pero los más importantes para los químicos de los alimentos son los esteroides, los cuales son triterpenoides (es decir contienen 30 átomos de carbono) y los carotenoides, que son los únicos tretaterpenoides conocidos (Coultate, 1984). La estructura molecular de los carotenoides incluye una larga cadena de dobles enlaces de la que proviene su función antioxidante.

En muchos casos, los carotenoides (normalmente presente en su forma trans) están íntimamente asociados a las estructuras complejas encargadas de recolectar luz en las membranas de los discos tilacoides de los cloroplastos, donde se encuentran en una estructura ordenada asociada a proteínas de unión. En el caso de la zanahoria y del tomate, el β-caroteno y el licopeno, respectivamente se encuentran en forma de estructuras semicristalinas unidas a las membranas de los cromoplastos o cloroplastos. Se esperaría que al ser moléculas liposolubles se encontraran en asociación con estructuras lipídicas subcelulares, sin embargo, se encuentran unidas a proteínas (Pokorny et al., 2005).

Los carotenoides se dividen en dos grupos principales: los carotenos que son estrictamente hidrocarburos y las xantofilas que contienen oxígeno.

 Dentro de los carotenos están el licopeno, β-caroteno, α-caroteno y Ɣ- caroteno, de ellos el más sencillo es el licopeno. Una molécula de licopeno se sintetizan a partir de dos unidades diterpenoides unidas “cabeza contra cabeza”. Otros carotenos se forman por ciclación de los extremos de la cadena.

 Dentro del grupo de las xantofilas están la zeaxantina, luteína, anteraxantina, violaxantina, neoxantina, capsantina y astaxantina. Las xantofilas se forman inicialmente por hidroxilación de carotenos y la mayoría de los tejidos de las plantas contienen trazas de criptoxantinas precursores monohidroxílicos de las xantofilas dihidroxílicas, como la zeaxantina o la luteína. Posteriores reacciones de oxidación conducen a la formación de epóxidos como la anteraxantina y la violaxantina y de cetonas como la astaxantina y la capsantina (Coultate, 1984).

Figura 7. Estructuras de algunos carotenoides comunes (Pokorny et al., 2005).

2.2.3.2. Estabilidad

a) Temperatura. Los carotenoides son pigmentos estables en su ambiente natural, pero cuando los alimentos se calientan o son extraídos en disolución en aceites o en disolventes orgánicos, se vuelven mucho más lábiles. Cuando se calientan en ausencia de aire existe una tendencia de algunos dobles enlaces trans de los carotenoides a isomerizarse a cis; las estructuras de los

“neocarotenos” resultantes no se han descrito completamente, pero conforme aumenta el numero de dobles enlaces cis disminuye la intensidad del color. La diferencia de color entre el color de la piña fresca y la enlatada es un claro ejemplo de este efecto (Coultate, 1984). No todos los tipos de cocinado afectan en la misma medida a los carotenoides, la pérdida aumenta en el siguiente orden: cocción con microondas – cocción al vapor – hervido – salteado. Otros

β-caroteno

licopeno

zeaxantina

luteína

cantaxantina

tratamientos a alta presión, parecen no afectar significativamente a los niveles de carotenoides. 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 (Sociedad latinoamericana de Nutrición, 2007). El β-caroteno resiste bien al calor (hasta 100 °C) y se mantiene activo durante mucho tiempo en las conservas alimenticias (Sintes, 1980).

b) Luz y Oxígeno. En presencia de oxígeno, especialmente en alimentos deshidratados, como por ejemplo zanahorias troceadas deshidratadas, la oxidación y decoloración tiene lugar con mucha rapidez. Los hidroperóxidos resultantes de la degradación de los lípidos favorecen considerablemente la decoloración de los carotenoides (Coultate, 1984).

La degradación de los carotenoides se debe fundamentalmente a reacciones de oxidación, ya sean no enzimáticas o debidas a enzimas y se presenta generalmente durante el secado de frutas y vegetales (Sociedad latinoamericana de Nutrición, 2007).

Durante el almacenamiento la estabilidad de los carotenoides va depender, indudablemente de las condiciones en las que se lleve a cabo. En un estudio se han evaluado cambios que tienen lugar en β-caroteno cuando se mantienen en la oscuridad a diferentes temperaturas (4°C, 25°C y 45°C) y almacenados a 25 °C expuestos a la luz; para ello utilizaron carotenoides en polvo liofilizados, obtenidos a partir de zanahorias. Los resultados revelaron que los niveles de β- caroteno disminuían al aumentar la temperatura de almacenamiento o el tiempo de iluminación (Sociedad latinoamericana de Nutrición, 2007), por lo que la luz es un factor que también interviene en la estabilidad de los carotenos.

c) pH. En general los carotenoides tienen una alta estabilidad frente a los cambios de pH (Fellows, 1994), pero algunos carotenoides son muy inestables en medio ácido lo cual tiene gran importancia debido a la acidez inherente de algunos alimentos (Sociedad latinoamericana de Nutrición, 2007).

2.2.3.3. Biodisponibilidad

Los carotenoides no son absorbidos activamente por el intestino, si no que sufren un proceso de absorción pasiva junto con los lípidos, por lo que su eficacia en

su absorción es dependiente de que las moléculas lipofílicas y cristales se disuelvan en los lípidos de la dieta durante el proceso de digestión; antes de ser absorbidos los carotenoides deben disociarse de su ambiente nativo en los tejidos vegetales y dado que son sustancias liposolubles, disolverse en los lípidos de la dieta, por lo que el medio intestinal y la forma en la que se encuentran los carotenoides desempeñan un papel crucial en la cantidad de carotenoides que se encuentran disponibles para la absorción.

Dado que los carotenoides son sustancias lipofilias es necesario que sean transferidas desde el ambiente acuoso de los tejidos vegetales a la fase lipídica del alimento inalterado o en fase de digestión antes de que se puedan absorber de forma efectiva. Las barreras para este proceso son las proteínas de unión a las que se asocian los carotenoides en las estructuras fotosintéticas y la arquitectura física y la robustez de los tejidos vegetales. Además de estas restricciones físicas, es necesario tener en cuenta la termodinámica de disolución de los dominios lipídicos absorbibles a partir de los complejos proteína-carotenoide, de las gotitas lipídicas ricas en carotenoides y de las estructuras cristalinas ligadas a las membranas.

La transferencia de masa solo puede tener lugar cuando la estructura lipídica (masa de lípidos, emulsión de lípidos o micelas) este adyacente a los carotenoides.

Este íntimo contacto solo se puede producir cuando las estructuras antes mencionadas se alteran. La características de la interfase de las estructuras lipídicas son también importantes y éstas dependerán del pH, la concentración de sales, la presencia de surfactantes (sales biliares, fosfolípidos) y péptidos en el alimento o generados durante la digestión de las proteínas dieta.

El cocinado y la disgregación física son los métodos más frecuentes para aumentar la biodisponibilidad pero se han usado otros métodos, por ejemplo, el coprocesado con lípidos en alimentos preparados o el tratamiento con enzimas para conseguir que se produzca la separación entre células o su rotura (producción de zumos). Durante la digestión, cualquier estado patológico que comprometa la absorción de grasas también disminuirá la absorción de los micronutrientes liposolubles. La ingestión de sustitutos de la grasa, por ejemplo, olestra, o de inhibidores de la absorción de colesterol, por ejemplo los fotoesteroles vegetales, también tendrán un impacto negativo sobre la absorción de carotenoides y quizá de otros micronutrientes liposolubles (Pokorny et al., 2005).