Desarrollo de geles bioactivos basados en residuos de la industria del arroz

177 P6 DESARROLLO DE GELES BIOACTIVOS BASADOS EN RESIDUOS DE LA INDUSTRIA DEL ARROZ Felix, M., Pe ez-Puyana, V., Rome o, A., Gue e o, A. Tecnología y Diseño de P oduc os Mul icomponen es (TEP-229). Depa amen o de Ingenie ía Química. Escuela Poli écnica Supe io . Uni e sidad de Se illa. RESUMEN La indus ia a oce a p oduce ap oximadamen e unos 100 millones de oneladas de esiduos cada año. Aunque es os esiduos engan un al o con enido p o eico, habi ualmen e se incine an debido a su al o pode calo í ico. Sin emba go, exis e una con inua y c ecien e demanda de uen es de p o eína con el in de pode sa is ace las necesidades de alimen ación de la c ecien e población mundial. Una al e na i a in e esan e se ía el uso de concen ados p o eicos p o enien es de es os esiduos pa a desa olla p oduc os alimen a ios. En es e sen ido, se ha comp obado que la ob ención de hid olizados p o eicos a pa i de los concen ados p o eicos puede se una ía al amen e in e esan e, aumen ando la uncionalidad de es os sis emas. Po o a pa e, en el caso de los p oduc os alimen a ios, las p opiedades mecánicas no son las únicas que impo an. De especial ele ancia son las p opiedades an ioxidan es de es os p oduc os. La e aluación de la capacidad an ioxidan e de es os sis emas puede lle a se a cabo median e el empleo de di e en es écnicas. La p esen e con ibución hace uso de un concen ado p o eico de a oz (RPC) y dos hid olizados (RPHA and RPHB) pa a el desa ollo de geles alimen a ios. La ca ac e ización lle ada a cabo comp ende an o a la es uc u a de los sis emas, como a las de las p opiedades an ioxidan es de los mismos. Palab as cla e: Geles alimen a ios, A oz, Reología, An ioxidan e. ABSTRACT Rice indus y p oduces a ound 100 million ons o was es e e y yea . Al hough, hese was es gene ally exhibi s a high p o ein con en , hey a e bu ned due o i s high calo i ic alue. Howe e , scien i ic communi y claims con inuously o new p o ein sou ces in o de o sa is y wo ldwide ood equi emen s. In his sense, one al e na i e could be he use o p o ein concen a es om p o ein su pluses and was es o de elop new ood p oduc s. Addi ionally, he use o p o ein hyd olysa es could be e y ele an since he unc ionali y o p o ein may inc ease. O he wise, no only he unc ionali y o p o eins is ele an in ood p oduc s, bu also he bioac i e p ope ies o hem is a key ac o . Among hese bioac i e p ope ies, he e alua ion o an ioxidan p ope ies o ood p oduc s could in ol e he inc ease in alue o hese by-p oduc s. This wo k deals wi h he e alua ion o a p o ein concen a e (RPC) and wo di e en p o ein hyd olysa es (RPHA and RPHB) in o de o de elop ood-g ade gels. The cha ac e isa ion ca ied ou include mechanical p ope ies and an ioxidan ac i i y o he inal gels. Keywo ds: Food Gels, Rice, Rheology, An ioxidan s. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS La p o eína de a oz, p esen e en la casca a de a oz, es uno de los mayo es subp oduc o de la indus ia a oce a. La casca illa de a oz es un esiduo ag ícola que se p oducen en g andes can idades, ap oximadamen e de cada 100 kg de a oz se ob ienen 20 kg de casca illa. Los mayo es p oduc o es mundiales son la India, China, Tailandia y Bangladesh (Fe e o y Tina elli, 2007). En Eu opa, España jun o con I alia son los mayo es p oduc o es, gene ándose en España unas 100.000 Tm de casca illa de a oz. Ac ualmen e la casca illa de a oz se a a como esiduo de la p oducción, y es incine ada con ines ene gé icos. El cul i o del a oz en España es á muy concen ado, en e cinco comunidades se epa e el 97% del o al. Andalucía es la comunidad que p oduce mayo can idad con el 40% del o al, le sigue Ex emadu a, con el 23%, la Comunidad Valenciana, con el 15,5%, Ca aluña, con el 15%, y A agón 5,75%. En Andalucía, Se illa es la p ime a p o incia española en p oducción de a oz, con 35.000 hec á eas, y especialmen e se concen a en las ma ismas del Guadalqui i , conc e amen e en los municipios de Isla 178 Mayo , Puebla del Río, Co ia del Río, Los Palacios y Villaman ique de la Condesa. Debido a la impo ancia del sec o del a oz en Andalucía, es de g an u ilidad da le un alo añadido a la casca a de a oz. Una de las más in e esan es al e na i as de es os p oduc os es la p oducción de p oduc os alimen a ios esol iendo un p oblema de con aminación ambien al (Li, Liu, Liao y Yan, 2010). Si se compa a el compo amien o de la p o eína de a oz, con o as adicionalmen e u ilizadas, se demues a que la p o eína de a oz es una ma e ia p ima adecuada pa a es e uso (Rome o y col., 2012). Po o a pa e, el uso de es e ipo de p o eínas pod ía se al amen e in e esan e pa a el desa ollo de p oduc os alimen a ios ipo gel (Gosal y Ross-Mu phy, 2000). La geli icación p o eica es un p oceso al amen e conocido en el que las p o eínas de un sis ema se en elazan median e in e acciones químicas y/o ísicas pa a o ma una es uc u a idimensional en la que una g an pa e de agua queda ocluida en su in e io (Cla k, Ka anagh y Ross-Mu phy, 2001). Pa a consegui es e enómeno, se han desc i o di e sos p ocedimien os que an desde el cambio de la concen ación de sal en el sis ema, has a la modi icación de pH o un a amien o é mico. En cualquie caso, la desna u alización p o eica, y el desa ollo de in e acciones p o eicas ienen luga . En e los p ocedimien os an e io men e mencionados, el a amien o é mico ha sido uno de los más empleados adicionalmen e, ya que es bas an e e sá il y pe mi e una eo denación p e ia de las cadenas p o eicas an es de su pos e io desa ollo de in e acciones (Sano, Noguchi, Ma sumo o y Tsuchiya, 1990). Además de las p opiedades uncionales de las p o eínas, las cuales pe mi en el desa ollo del sis ema ipo gel an e io men e mencionado, las p o eínas ambién son conocidas po ene una g an ac i idad bioac i a (Foegeding y Da is, 2011). Así, las p o eínas son conocidas po su capacidad an ihipe ensi a, hipocoles e emica o an ioxidan e. En e ellas, las p opiedades an ioxidan es de los alimen os no solamen e es án elacionadas con su conse ación, sino que ambién han sido elacionadas con su capacidad de p e eni el daño celula , el cual es á elacionado con el en ejecimien o y con el desa ollo de en e medades g a es (Elias, Kelle by y Decke , 2008). El obje i o del p esen e abajo es el es udio y ca ac e ización de geles alimen a ios ob enidos a pa i de un concen ado p o eico p oceden e de la casca illa de a oz (RPC), así como de dos hid olizados p o enien es de dicho concen ado (RPHA y RPHB). Pa a la e aluación de es os geles, se han empleado écnicas eológicas, pa a de e mina la es uc u a y análisis químicos que han pe mi ido de e mina las in e acciones en e las dis in as p o eínas, así como la capacidad an ioxidan e de es os compues os. METODOLOGÍA Pa a desa olla los geles a pa i de la p o eína p o enien e de la casca illa de a oz, se empleó un concen ado p o eico de a oz suminis ado po indus ias Remy (Lo aina, Bélgica). Además de es e sis ema p o eico, se desa olla on dos hid olizados. Pa a la ob ención de hid olizados se empleó ipsina panc eá ica en un a io 1:10 (E/S) du an e 10 y 120 minu os a 50ºC, ob eniendo dos g ados di e en es de hid ólisis (RPHA y RPHB, espec i amen e). La enzima ue inac i ada median e el some imien o de la dispe sión p o eica en un baño de agua a 80ºC du an e 15 min. Los geles ue on ob enidos median e un p ocesado é mico de dispe siones p o eicas al 10%. De es e modo, dichas dispe siones se some ie on a una ampa de calen amien o desde 20 ºC has a 90 ºC a una elocidad de 5ºC/min. Pos e io men e, el sis ema se man u o a 90 ºC du an e 30 min. Finalmen e, se p odujo el en iamien o de las dispe siones has a 20 ºC a una elocidad de 5ºC/min. Dis in as écnicas ue on empleadas pa a la ca ac e ización de los geles. Po una pa e, el p oceso de geli icación ue simulado in-si u en un eóme o. De es e modo se pudo ob ene el cambio de es uc u a de dichos sis emas median e el seguimien o de la e olución de los módulos iscoelás icos en unción de la empe a u a. Pa a lle a a cabo es e p oceso se empleó un eóme o Kinexus (Ingla e a, Mal e n) equipado con una geome ía de pla os pa alelos de 60 mm a una ecuencia cons an e de 1 Hz y es ue zo den o del in e alo iscoelás ico lineal. El sis ema se equipó de una ampa de disol en e pa a e i a cualquie la e apo ación de agua. T as la ca ac e ización de la es uc u a desa ollada du an e es os ensayos, se p ocedió a de e mina an o las in e acciones p o eicas más ele an es, como la capacidad an ioxidan e que mues a es os geles. La p ime a ca ac e ización se lle ó a cabo median e la medida de solubilidad p o eica en 5 disoluciones ampón di e en es. Las disoluciones ue on: (A) 0,05 M NaCl; (B) 0,6 M NaCl; (C) 0,6 M NaCl + 1,5 M U ea; (d) 0,6 M NaCl + 8 M U ea; (e) 0,6 M NaCl + 8 M U ea + 0,5 M β-Me cap oe anol. De es e 179 modo, la di e encia de solubilidad obse ada en e las disoluciones a y b es a ía elacionada con las in e acciones iónicas, en e b y c con los puen es de hid ógeno, en e c y d con in e acciones hid o óbicas y en e d y e con puen es de disul u o. Seguidamen e a la de e minación de las in e acciones p o eicas, se lle ó a cabo la de e minación de la capacidad an ioxidan e median e el empleo de 2,2-di enil-1-pic ilhid azil (DPPH). Es e eac i o se ca ac e iza po ene o ma de adical en disolución acuosa, y po cambia de colo cuando es e adical se p o ona. Así, de acue do con el mé odo de B and-Williams y col. (1995), el día an es del ensayo se p epa ó una disolución 0,1 M de es e compues o, la cual se man u o agi ando en oscu idad du an e oda la noche a 4ºC. 0,1 mL de las dispe siones acuosas de la mues a se hicie on eacciona den o del in e alo de concen acioens adecuado con 2,9 mL de eac i o. Como es ánda se empleó p opil gala o, el cual es un an ioxidan e ampliamen e u ilizado en la indus ia. La abso bancia de las mezclas DPPH/dispe siones p o eicas se midie on a 515 nm. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la igu a 1 se mues a la e olución del módulo elás ico pa a los es sis emas p o eicos es udiados (RPC, RPHA y RPHB) du an e el a amien o é mico aplicado a las dispe siones p o eicas. De mane a gene al, puede obse a se el siguien e compo amien o: inicialmen e puede los módulos disminuyen como consecuencia de la agi ación é mica que iene luga . En es e caso, la mo ilidad de las cadenas p o eicas aumen a y po an o disminuyen las in e acciones ísicas. T as es a p ime a e apa, la subida de empe a u a conlle a el desa ollo de nue as in e acciones, que iene luga como consecuencia de la desna u alización de la p o eína. Dicha desna u alización conlle a la ape u a de la misma, la exposición de g upos hid o óbicos y po an o la posibilidad que nue as in e acciones engan luga . El inc emen o de la empe a u a iene como consecuencia el desa ollo de in e acciones co alen es ue es, que dan luga a los mayo es alo es de módulos. Po úl imo el descenso en empe a u a iene como consecuencia el desa ollo de nue as in e acciones ísicas que dan luga a un inc emen o del módulo elás ico. Es a espues a del módulo elás ico ha sido an e io men e obse adas pa a p o eínas mio ib ila es (Ac on y Dick, 1988). Figu a 25: E olución del módulo elás ico en unción del a amien o é mico aplicado. Además de la endencia gene al obse ada pa a odos los módulos independien emen e del sis ema p o eico empleado, es impo an e des aca el e ec o del g ado de hid ólisis. De es e modo, puede obse a se cómo los alo es más bajo del módulo se ob u ie on pa a la p o eína sin hid oliza , mien as que los alo es más al os se ob u ie on pa a el sis ema p o eico con un g ado de hid ólisis in e medio (RPHA). Es os esul ados pueden debe se a que po lo gene al la hid ólisis p o eica conlle a un aumen o de la uncionalidad de la p o eína, pe mi iendo la desag egación de la misma y p omo iendo el desa ollo de nue as in e acciones ya sean de ipo ísico o co alen e. Sin emba go, un ele ado g ado de hid ólisis, puede conlle a a una pé dida de la uncionalidad de la misma, debido a la ele ada educción del peso molecula de las cadenas polipep ídicas que iene luga (Cho ikachinda y col., 2013.). 180 La igu a 2 mues a las in e acciones p o eicas ob enidas pa a es os sis emas ipo gel en unción del g ado de hid ólisis. Como puede se obse ado, las in e acciones cambian en in ensidad y en na u aleza dependiendo del ipo del ipo de sis ema p o eico empleado. 0 2 4 6 8 10 12 14 In e acciones iónicas Puen es de hid ógeno In e acciones hid o óbicas Puen es de disul u o Solubilidad p o eica (p/p %) RPC RPHA Sis ema RPHB Figu a 2: E olución del módulo elás ico en unción del a amien o é mico aplicado. Es a igu a mues a que las in e acciones iónicas aumen an su alo con o me aumen a el g ado de hid ólisis. Es e esul ado es espe able ya que la hid ólisis aumen a el núme o de cadenas e minales ca gadas. Del mismo modo, es a igu a ambién con i ma que los mayo es alo es del módulo elás ico obse ados en la igu a an e io se co esponden con el desa ollo de un mayo núme o de puen es de disul u o. Es e ipo de in e acciones hid o óbicas se han elacionado p ecisamen e con el desa ollo de una es uc u a pe manen e más ue e. Po úl imo, en elación a las in e acciones hid o óbicas es des acable señala que las in e acciones hid o óbicas alcanzan su máximo ni el pa a un g ado bajo de hid ólisis. Es e p oceso puede es a elacionado con una ape u a inicial de la p o eína, como consecuencia de un bajo g ado de hid ólisis. Es a ape u a pe mi e el desa ollo de in e acciones hid o óbicas. No obs an e, un excesi o g ado de hid ólisis pod ía conlle a a un aumen o de la hid o ilia de la p o eína, po lo que las posibles in e acciones hid o óbicas disminui ían. Finalmen e, la Tabla 1 mues a los alo es ob enidos pa a los ensayos de ac i idad an ioxidan e medidos con el eac i o DPPH. Sis ema mmoles Eq. p opil gala o RPC 417,1 ± 16,3 RPHA 547,1 ± 37,8 RPHB 466,1 ± 13,6 Tabla 9: Ac i idad an ioxidan e de los geles ob enidos medidas con DPPH y exp esada como mmoles Eq. p opil gala o. Como puede obse a se, la ac i idad an ioxidan e de es os geles alcanza unos alo es ele ados en odos los caso, indicando que la p o eína iene una ele ada capacidad pa a dona un p o ón al adical o mado. En es e caso hab ía que conside a que el sis ema p o eico se encuen a p óximo al pun o isoeléc ico (Souza y col., 2016), po lo que a es e alo de pH el gel es abilizado po el sis ema p o eico empleado iene su icien e capacidad pa a dona p o ones. Además es in e esan e obse a que si bien es cie o que a un alo in e medio de hid ólisis, la ac i idad an ioxidan e es lige amen e supe io , és a es ele ada en odos los casos y las di e encias pueden debe se p incipalmen e a la di e en e exposición de los g upos hid o óbicos de la p o eína como consecuencia de la hid ólisis lle ada a cabo. En es e caso, la ac i idad an ioxidan e no se e a ec ada po la apa ición de pép idos debido a que el mecanismo p edominan e es la donación de p o ones, el cual no es á ligado a la apa ición de es as especies. 181 CONCLUSIONES Es e abajo mues a cómo a pa i de los esiduos p o enien es de la casca illa de a oz es posible desa olla geles alimen a ios con p opiedades bioac i as. Además, es especialmen e in e esan e la ob ención de hid olizados, ya que un adecuado g ado de hid ólisis conlle a la o mación de geles con un módulo elás ico deseable. Po o a pa e, la es uc u a eológica obse ada se co esponde con las in e acciones isicoquímicas obse adas, ya que el mayo núme o de in e acciones se ob iene pa a el sis ema con un mayo módulo elás ico. Finalmen e, la ca ac e ización elacionada con la capacidad an ioxidan e de es os geles e leja que odos ellos ienen unos alo es adecuados pa a el ipo de sis ema con el que se es á abajando, donde además el desa ollo de hid olizados no a ec a nega i amen e a dicha capacidad. AGRADECIMIENTOS Los au o es ag adecen a la Uni e sidad de Se illa la con ibución económica lle ada a cabo median e la ejecución de un con a o de acceso pe enecien e al V Plan p opio. BIBLIOGRAFÍA Ac on, J.C., Dick, R.L. (1988). Func ional oles o hea induces p o ein gela ion in p ocessed mea . J. Am. Oil Chem. Soc. 65, 497. B and-Williams, W., Cu elie , M.E., Be se , C. (1995). Use o a ee- adical me hod o e alua e an ioxidadn ac i i y. Food Sci. Technol. Technol. 28, 25–30. Cla k, A.H., Ka anagh, G.M., Ross-Mu phy, S.B. (2001). Globula p o ein gela ion - heo y and expe imen . Food Hyd ocoll. 15, 383–400. Cho ikachinda, R., Tan iki i, C., Benjakul, S., Rus ad, T., Kuma nsi , E. (2013). 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