Charla Ingeniería en Alimentos de la Benemértia Universidad Autónoma de Puebla

1. Polifenoles como ingredientes alimentarios:
consideraciones tecnológicas y biofuncionales
DIEGO A. LUNA-VITAL
The Institute for Obesity Research
Departamento de Bioingeniería
dieluna@tec.mx

2. Diego A. Luna
Formación académica
Ingeniería en alimentos – BUAP
Doctorado en Ciencia de los Alimentos – UAQ
Experiencia laboral
Investigador asistente – COLPOS Centro de Inv. en Ciencias Agrícolas
Assistant research professor – University of Illinois, Food Science and Human Nutrition
Profesor investigador – Tecnológico de Monterrey
Presentación

3. Intereses
Investigación
• Desarrollo de productos e ingredientes basados en proteínas y pigmentos vegetales
• Evaluación in vitro e in vivo del potencial antiinflamatorio de proteínas y pigmentos naturales en
condiciones de obesidad
• Estabilización de pigmentos naturales para mejorar su vida de anaquel y beneficios a la salud
Docencia
Bioprocesos, Fundamentación de sistemas biológicos, Biología Molecular
Personales
Correr, cocinar, leer novelas de ciencia ficción, videojuegos

4. ¿Son los polifenoles los únicos
compuestos antioxidantes en la dieta?
No, existen diversas moléculas con características
antioxidantes.
Ácido ascórbico
Glutatión
Ácido lipoico
Péptidos antioxidantes
Carotenos
Tocoferoles

5. En esta sesión charlaremos sobre:
Generalidades de polifenoles provenientes de los
alimentos
Importancia de los polifenoles
Caso de investigación: maíz criollo como fuente de
antocianinas

6. Polifenoles
Zhang y Tsao, 2016. Curr Op Food Sci. 8, 33-42.

7. ¿Porqué se sintetizan los polifenoles en
las plantas?
Son metabolitos secundarios
Principalmente, son mecanismos de defensa
Ferdinando et al., 2014. Env Exp Bot. 103, 107-116.

8. Importancia de los polifenoles para la
humanidad
Beneficios a la salud
Obesidad
Cáncer
Diabetes
Relevancia tecnológica
Antioxidantes
Colorantes naturales
Tendencias del consumidor

9. Aspectos tecnológicos
de polifenoles y su
aplicación en alimentos

10. ¿Cómo se encuentran los polifenoles en
las fuentes dietarias?
Extraíbles con solventes
comunes como agua,
etanol, metanol,
acetona.
Comúnmente
contenidos en vacuolas.
Libres Polifenoles conjugados,
por ejemplo con
azúcares u otros
compuestos.
Extraíbles también con
agua, etanol, y otros
solventes comunes.
Conjugados
Polifenoles unidos
covalentemente a
componentes de la
pared celular.
Usualmente extraídos
por hidrólisis alcalina.
Ligados
Ácido gálico
Isoquercitrina
Acosta-Estrada et al., 2014. Food Chem. 152, 46-55

11. Extracción de polifenoles
Aspectos a considerar durante la extracción de polifenoles:
Costo de la técnica
Estado de los polifenoles (libres, ligados, conjugados)
Tiempo de extracción
Pureza
Compatibilidad de solventes
Estabilidad a pH, temperatura, ultrasonicación

12. Algunas técnicas de extracción de
polifenoles
Ventajas Desventajas
Extracción líquido-líquido Proceso sencillo
Pobre selectividad de polifenoles.
Usualmente se requiere una purificación.
Genera residuos de solventes.
Extracción en fase sólida
Se puede alcanzar alta pureza, poco
volumen de solventes.
Comparado con extracción líquida, tiene
un costo más elevado.
Extracción con fluidos supercríticos
Rápido, proceso sencillo, permite
extracción selectiva. Mínima oxidación
Limitado a compuestos con polaridad
baja o media. Alto costo del equipo.
Extracción con líquido presurizado
Rápido. Consumo reducido de solvente.
Es posible la selectividad de polifenoles.
Potencial tecnología verde.
No aplicable para todos los casos.
Extracción asistida por microondas
Proceso rápido. Puede conducirse en
ausencia de luz. Baja degradaciones de
polifenoles.
Es peligroso si se utiliza con solventes
inflamables.
Extracción asistida por ultrasonido
Mejora la eficiencia de extracción. No se
requieren altas temperaturas.
Uso prácticamente inevitable de
solventes orgánicos. Formación de
radicales hidroxilo.
Kelly et al., 2018. Trends Food Sci Technol. 83, 248-258

13. Frecuentemente los polifenoles
requieren purificarse o concentrarse
Selectividad por tamaño de partícula: tecnología de membrana
Microfiltración (0.1 – 10 µm)
Ultrafiltración (0.002 – 0.2 µm)
Nanofiltración (15 – 30 Å)
Ósmosis inversa (5 – 15 Å)
Técnicas cromatográficas
Polaridad
Tamaño de molécula
Compatibilidad de adsorción y solventes
Cantidad deseada del compuesto purificado

14. Aplicaciones en la industria
Aditivos alimentarios
Agentes antimicrobianos
Propiedades antioxidantes
Mejoradores de calidad organoléptica
Ingredientes funcionales y suplementos alimenticios
Pigmentos naturales en alimentos y bebidas
Colorantes naturales vs sintéticos
Carotenoides, betalaínas, flavonoides
Papuc et al., 2017. Comp Rev Food Sci Food Safety. 16, 1243-1268

15. Nutricosmética y cosmecéutica
Extracto de té verde para
eliminar bacterias
Procianidina-B2 de manzana
para crecimiento de cabello
Floretina y ácido ferúlico
Beauty by earth
ApplePoly
Skinceuticals

16. Interacción de polifenoles con
compuestos de la matriz alimentaria
La naturaleza de la matriz alimentaria tiene
efectos en la eficacia de los polifenoles.
Conjugación de los polifenoles con biomoléculas
Efectos del procesamiento
Estabilidad de los compuestos fenólicos
Susceptibilidad a oxidación

17. Detección/cuantificación
Es importante conocer el tipo de polifenoles y la concentración antes y después
de aplicarlo
La selección del método de cuantificación y detección varía dependiendo de la
naturaleza química de los polifenoles.

18. Limitaciones, consideraciones
Para efectos prácticos y aplicaciones, la extracción juega un papel
importante.
Residuos de solventes
Toxicidad
Regulación
Cuantificación vs aplicación
Estabilidad
Métodos novedosos para estabilizar polifenoles
Interacciones con la matriz alimentaria

19. Aspectos biofuncionales
de los polifenoles

20. Modelos de estudio para análisis
biofuncional de polifenoles
Análisis in vitro
Evaluación de los polifenoles en las
células de los órganos diana. Aquí
resulta importante considerar el
metabolismo de los polifenoles
Modelos in vivo
Usualmente usado para evaluar
toxicidad, o efectos en ambientes
controlados. Recomendable utilizer
varias concentraciones. Requiere
planeación a conciencia.
Estudios bioquímicos
Utilización de enzimas, usualmente
mediante técnicas colorimétricas,
fluorométricas, y en general
espectrométricas.
Estudios clínicos
A este punto se debe tener idea de
dosis/concentraciones. Implicaciones
estadísticas. Autorización comité
bioético.
Evaluación
biofuncional de
polifenoles

21. Metabolismo de polifenoles
2-5%
95%
Cipolletti et al., 2018. Int J Mol Sci. 19, 2624.

22. Selma et al., 2009. J Ag Food Chem. 57, 6485-6501.
Metabolitos comunes de
algunos polifenoles
 Moléculas más pequeñas
 En el hígado sufren
transformaciones
(conjugaciones)

23. Interacción de polifenoles con la matriz
alimentaria
La interacción de los polifenoles con
compuestos de las matrices
alimentarias afectan no solo su
potencial tecnológico, pero también
su biodisponibilidad.
¿Interacción con micronutrientes?
Mandalari et al., 2016. Nutrients, 8, 568,
Ejemplo: polifenoles de piel de almendra en varias matrices
alimentarias.
WT: Agua
CB: galleta tipo cracker
HB: pan tostado
FM: Leche entera

24. Fenoles completos vs metabolitos
Estudios in vitro requieren
considerar qué tipo de
tratamientos utilizar.
Las moléculas completas
puede que no lleguen al órgano
diana.
Mazewski et al., 2019. Scientific Reports. 9, 11560.
PB1: procianidina B1, DC: definidina, GA: ácido gálico

25. ¿Pero, solo son antioxidantes los
polifenoles?
Mecanismos no específicos
Potencial antioxidante
Interacción de polifenoles con membranas
Mecanismos específicos
Interacción de polifenoles con enzimas
Interacción de polifenoles con factores de transcripción
Interacción de polifenoles con receptores
Fraga, et al., 2010. Mol Asp Med. 31, 435-445

26. La viabilidad de la dosis/concentración
de polifenoles
Concentración fisiológica después de
comer un alimento rico en
polifenoles: 0.1 – 1 μM
Ensayos bioquímicos
Ensayos in vitro
Es importante considerar la traslación
de la dosis animal a humana
1 g de extracto de té verde:
833 nM catequina
Henning et al., 2020. Food Funct.

27. Polifenoles en combinación vs polifenoles
purificados
Interacción
Efectos sinergísticos
Efectos antagonistas
Finalidad del experimento
Mecanismo de acción
Efectos en algún padecimiento en particular
Aplicaciones prácticas
Industria farmacéutica
Industria alimentaria
Suplemento alimenticio

28. El maíz morado como
fuente de pigmentos
con valor agregado

29. Ejemplo: antocianinas de maíz morado
Las antocianinas se encuentran en
diferentes partes del maíz dependiendo
del genotipo
Luna-Vital et al. (2017) Food Chemistry, 232, 639-647; Li et
al., (2017) Food Chemistry. 231, 332-339.

30. Producción de pigmentos ricos en
antocianinas
Colored maize
pericarp
Pressure-assisted
water extraction
Purple corn
ANC-rich
extract (PCW)
Costo de producción: $59.83/kg
comparado con el valor del
mercado: $70/kg
Peonidina-3-O-
glucósido (P3G)
Pelargonidina-3-O-
glucósido (Pr3G) Formas condensadas
(CF)
Cianidina-3-O-
glucósido (C3G)

31. El pH y la temperatura tienen un efecto directo en la
degradación de pigmentos ricos en antocianinas
Luna-Vital et al. (2017) Food Chemistry, 232, 639-647

32. Evaluación biológica de pigmentos ricos en
antocianinas en desórdenes metabólicos
Evaluación
biológica
In vitro
Células
pancreáticas y
adipocitos
In vivo
Modelo de
obesidad en
ratones

33. Receptor FFAR1 (También conocido como GPR40)
Receptor acoplado a proteína G, expresado en células pancreáticas y
enteroendócrinas. Se une a ácidos grasos actuando como un sensor de
nutrientes para regular la homeostasis energética.
Mancini et al., 2013. Trends Endocrinol. Metabol. 24(8), 398-407

34. El fraccionamiento de los pigmentos permitió
obtener antocianinas semipurificadas

35. Los polifenoles presentes en los pigmentos de maiz morado
incrementaron la secreción de insulina en células INS-1E.
%
o
f
in
s
u
lin
s
e
c
r
e
t
io
n
r
e
la
t
iv
e
t
o
C
+
C
-
C
-
C
+
C
+
C
3
G
C
3
G
D
3
G
D
3
G
C
3
G
P
C
3
G
P
C
F
C
F
P
C
W
P
C
W
T
A
K
0
5 0
1 0 0
1 5 0
2 0 0
a
a b
b
c c
b c
d f
e
Antocianinas
puras
Pigmentos de
maíz

36. Potencial activador del receptor FFAR1 en celulas INS-1E por
polifenoles presentes en pigmentos de maíz morado. Se determinó
indirectamente mediante la cuantificación de inositol monofosfato.
Luna-Vital y de Mejia, 2018. PlosONE, 0200449

37. La activación del transportador de glucosa GLUT4 es importante
en tejido adiposo resistente a la insulina
Thorn et al., 2013. EJNMMI Res. 3(1):48

38. Los pigmentos de maíz morado estimularon la translocación del
transportador de glucoosa GLUT4 a la membrana celular
Nuclei GLUT4 Merged
TNF-α (10
ng/mL)
TNF-α + PCW(0.4
mg/mL)
TNF-α + C3G (50
µM)
Luna-Vital et al., 2017. Mol Nutr Food Res. 61(12), 1700362

39. Los pigmentos de maíz morado a una concentración de
200 y 500 mg/Kg previnieron obesidad en ratones

41. Traslación de dosis a equivalentes para
humanos:
16 – 40 mg/kg.
Para un individuo sano adulto de 60 Kg,
es 960-2400 mg de extracto al día.

42. La adición de zinc y alginato promovieron una
mayor estabilidad de las antocianinas en una
bebida modelo
AA: alginato
Luna-Vital et al., 2017. Food Res Int. 105: 169-177

43. Trabajo en proceso
•Esterificación de antocianinas de maíz por medio de lipasas para
mejorar su estabilidad
•Utilización de antocianinas de maíz como pigmentos textiles
•Determinación del potencial biológico de antocianinas de maíz en un
modelo in vivo de osteoporosis

44. Acilación de antocianinas de maíz

45. La estabilidad térmica de las antocianinas totales de
maíz morado fue mayor posterior a la acilación (80°C)

46. Mensaje para llevar
Existe mucha controversia sobre el uso de los polifenoles,
sin embargo una correcta experimentación permitirá
incorporar exitosamente polifenoles como ingredientes
funcionales, en las cantidades adecuadas para promover
beneficios a la salud.

48. ¡Gracias!