Degradación cinética de carotenoides obtenidos de frutos de Carica papaya L.

Kinetic degradation of carotenoids from Carica papaya L. fruits.

M. J. Moreno Alvarez^1,2, D. R. Belén Camacho¹, V. Torrez¹

1 Universidad Simón Rodríguez, Laboratorio de Biomoléculas, núcleo Canoabo, estado Carabobo, Vía Carretera Urama, Sector Los naranjos, República Bolivariana de Venezuela. E-mail: morenoalvarez@Latinmail.com y/o morenoalvarez@Hotmail.com
2 A quien debe dirigirse correspondencia

Resumen

Se evaluó la degradación de carotenoides extraídos de frutos de lechosa (Carica papaya L.). Los pigmentos previamente separados y liofilizados fueron almacenados en la oscuridad. Se midió su absorbancia a 440 nm, cada 15 días. Se determinó el orden de reacción, tiempo de vida media (t_1/2) y constante de velocidad de degradación (k). La degradación de los carotenoides siguio una cinética de primer orden. El producto liofilizado presento t_1/2: 43,3 días y k: 0,0160 días^-1. Bajo estas condiciones experimentales los carotenoides tardaran 250 días en degradarse por completo.
Palabras clave: Carica papaya L., carotenoides, cinética, degradación, liofilización.

Abstract

Degradation of carotenoids from Carica papaya L. fruits was evaluated. Pigments previously extracted from the fruit, were lyophilized, stored in the dark and monitored spectrophotometrically by absorbance at 440 nm, over intervals of 15 days. Reaction order, half-life (t_1/2) and constant degradation rate (k) were determined. Reactions followed a first order kinetic model. The lyophilized product presented t_1/2: 43.3 days and k: 0.0160 days^-1. Under these experimental conditions the carotenoid concentrations will be zero at 250 days.
Key words: Carica papaya L., carotenoids, kinetics, degradation, lyophilization.

Recibido el 3-9-2001 l Aceptado el 2-9-2002

Introducción

Los carotenoides son hidrocarburos polienicos, formados básicamente de ocho unidades isoprenicas enlazadas de tal manera que éstas se encuentran invertidas en el centro de la molécula, los dos grupos metilo centrales están en posición 1,6, mientras que el resto de los grupos metilos se encuentran en posición 1,5 (11, 24).

Se ha demostrado que el consumo de carotenoides esta ligado substancialmente a la disminución de la incidencia de cáncer (14). Además, representan una fuente de provitamina A, no son tóxicos y presentan en la célula actividad antioxidante, participan en la desactivación de radicales libres producidos en el metabolismo celular, imparten los colores amarillos y rojos de las plantas y animales (5, 6, 20, 24).

Algunas de las propiedades físicas y químicas más importantes de los carotenoides son las siguientes: solubles en lípidos y solventes no polares, se extraen fácilmente con solventes no polares, son sensibles a la luz y oxígeno, su degradación se acelera por los radicales libres que se forman en la oxidación lipídica. (5, 6, 10, 18, 20). Debido a su cadena poliénica presentan importante inestabilidad química, susceptibilidad a la oxidación e isomerización geométrica. Razón por lo cual es necesario la búsqueda de procesos que aumenten su vida util.

El objetivo de esta investigación fue el de evaluar mediante un estudio cinético (constante de velocidad k, tiempo de vida medio y orden de reacción) la perdida de carotenoides totales liofilizados, obtenidos mediante remoción con solventes orgánicos del pericarpio de frutos de lechosa Carica papaya L. tipo Cartagena.

Materiales y métodos

Pasos preliminares

Se seleccionó, siguiendo los criterios de Torrez et al.. (21), un lote de cinco frutos con un peso promedio de 7,3 kg de lechosa Carica papaya L. del tipo Cartagena procedentes de una plantilla agrícola ubicada, en el municipio Canoabo, estado Carabobo, Venezuela (cosecha enero-febrero 1999) y se almacenaron a 25,0 ± 0,1ºC y una humedad relativa de 80,0% hasta alcanzar madurez de consumo (16). Los pericarpios removidos manualmente se sometieron a un proceso de extracción de carotenoides mediante marcha de separación con solventes orgánicos según procedimiento establecido por Moreno-Alvarez et al.., (16). La relación peso de pericarpio/volumen de solvente fue de 1,00 g/100mL.

Liofilización de los extractos

La fase no polar previa decantación sé liofilizó en un equipo piloto MLW LGA-05 Marca DIDACTA, según condiciones establecidas por Torrez et al., (21). Los volúmenes utilizados de extractos fue de 25 mL por triplicado. Las muestras liofilizadas se almacenaron a 25Cº y pH 6,0 en completa oscuridad hasta su evaluación.

Evaluación de los extractos concentrados

Los extractos concentrados sé resuspendieron con un volumen de 10 mL de n-hexano y diluidos en el mismo solvente a una relación 1/10 mL para determinar absorbancia a 440 nm, mediante spectronic 20 marca Baush & Lomb, según procedimiento establecido por Moreno-Alvarez et al. (16). La cuantificación del contenido de carotenoides totales se efectúo por triplicado mediante curva patrón de b-caroteno (Sigma St. Louis, Mo, USA), ajustada mediante regresión lineal: Y: 0,022 + 28,138 X R² : 0,997. Los extractos concentrados en el tiempo cero fueron evaluados mediante espectro visible (360-580 nm). Cada evaluación se efectuo por triplicado.

Cinética degradativa

La degradación de los pigmentos se determinó midiendo la absorbancia a 440 nm, a los 0, 15, 30, 45, 60, 75 y 90 días. Acorde con los criterios establecidos por Cantillo et al.. (7), se determino orden de la reacción, tiempo de vida medio (t_1/2) y constante de velocidad (k).

Análisis estadístico

El modelo estadístico fue totalmente aleatorizado. Para el ajuste de los modelos estadísticos considerados se evalúo a través de análisis de los residuos y análisis de varianza (25).

Resultados y discusión

La figura 1 representa el espectro de absorción visible de los pigmentos extraídos del pericarpio de los frutos de C. papaya en n-hexano en tiempo cero. Se observa máxima absorbancia a 440 nm característico de carotenoides totales (9, 12). La proporción inicial de crotenoides en el pericarpio fue 2,29 mg CT/kg.

En la figura 2 se presentan los cambios en la concentración de los carotenoides totales liofilizados, durante el almacenamiento en la oscuridad.

Figura 1. Espectro visible de carotenoides totales de C. papaya L. Tipo Cartagena

Figura 2. Degradación de carotenoides de C. papaya L. Tipo Cartagena

El producto liofilizado mostró una degradación del 50% a los 40 días del almacenamiento, mientras que al final del estudio (90 días) se degrado un 76% de los pigmentos inicialmente evaluados. Esta degradación ha sido descrito por otros autores (1, 8). Así, Arya et al. (23) evaluaron la estabilidad de los carotenoides totales de frutos liofilizados de C. papaya, observando un menor deterioro que el descrito en esta investigación. Estas diferencias están asociadas a disminución de la oxidación por inactivación de enzimas productos del escaldado o tratamientos previos con antioxidantes.

La degradación de los carotenoides totales liofilizados extraídos del pericarpio de la lechosa siguió una cinética de primer orden. Este comportamiento tambien ha sido observado para carotenoides totales obtenidos de diferentes fuentes (1, 8, 23). Los datos obtenidos se ajustaron al siguiente modelo estadístico:

A= 0,54 e-^0,0160t; R²:0,996

donde t es el tiempo de almacenamiento en días, y A es la absorbancia de los extractos al tiempo t.

En el cuadro 1 se presentan los valores de velocidad (k) y de vida media de la cinética evaluada. La constante de velocidad obtenida (0,0160 días ^-1 = 6,67 x 10^-4 h^-1 fue inferior a los valores obtenidos por Anguelova y Warthesen (1) en la degradación de carotenoides a 60 y 37ºC, lo cual permite inferir que la liofilización favorece la estabilidad química de los pigmentos presentes.

Cuadro 1. Constante de velocidad y vida media para la degradación de carotenoides totales obtenidos del pericarpio de Carica papaya L. tipo Cartagena¹

1 Valores promedios (n: 21); Intervalo de confianza (± t s/vn) P<0,05

Entre los factores involucrados en el deterioro de los carotenoides se han señalado: la temperatura de almacenamiento y procesamiento, contenido de humedad y actividad de agua, contenido graso, presencia de iniciadores de radicales libres y la luz (8, 17, 22, 23). A pesar de que los procesos liofilización se efectúan a temperaturas y presiones bajas, algunos autores señalan deterioro progresivo de los carotenoides. A este respecto Kon y Shimba (13) y Arya et al. (3) describen este efecto en muestras de calabaza y lechosa liofilizada respectivamente. Similares resultados fueron obtenidos en esta investigación. En la figura 2, se establece que son necesarios 42 días para que se degrade el 50% de los carotenoides presentes. Al comparar el valor estimado (43,3 días) se evidencia una diferencia del 3%, lo cual esta dentro del rango de error establecido por el modelo estadístico (5%). El modelo da un t_1/2 = 43,3 días, por lo que se estima que la degradación total de los carotenoides tiene lugar en 250 días.

Conclusiones

La degradación de los carotenoides totales liofilizados obtenidos del pericarpio de lechosa estableció una cinética de primer orden ajustada a la expresión matemática A= 0,54 e ^{0.0160 t} . La constante de velocidad fue de 0,0160 días ^-1 lo cual representa una vida media de 43,3 días. Bajo las condiciones experimentales descritas se concluye que las muestras liofilizadas alcanza el deterioro total a los 250 días.

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