Datos analíticos de la goma de la semilla de Leucaena leucocephala

Analytical data of seed gum from Leucaena leucocephala

D. Abed El Kader¹, E. A. Molina¹, K. C. Montero¹, O. Gutierrez¹, G. Troncone² y G. León de Pinto¹

Autor de correspondencia e-mail: mscdinak@cantv.net; emolina@luz.edu.ve

1Universidad del Zulia, Facultad de Humanidades y Educación, Centro de Investigaciones en Química de los Productos Naturales. Apartado postal 526. Maracaibo, Venezuela.

²Empresa Polar. Coordinadora de Investigación Aplicada. Caracas. Venezuela.

Resumen

Las semillas de Leucaena leucocephala (Lam.), contiene goma muy soluble en agua. Se determinaron los contenidos de ceniza, materia seca, fibra dietética, fibra cruda, proteína, taninos, la composición de azúcares y aminoácidos. Se usaron métodos analíticos clásicos para la caracterización de la goma, cromatografía liquida de alta resolución (HPLC), análisis proximal y espectroscopia de absorción atómica. La goma contiene manosa y galactosa. Se demostró la presencia de aminoácidos esenciales y no esenciales con excepción de la cisteina. La composición mineral de la ceniza de la goma mostró predominantemente la presencia de calcio, magnesio, sodio y potasio. El contenido de fibra dietética es menor que aquéllos reportados para algunas gomas comerciales. Los datos analíticos sugieren que la goma de semilla de L. leucocephala tiene potencial aplicación en las industrias de textil, química y pintura.

Palabras clave: goma de semilla, Leucaena leucocephala, caracterización analítica.

Abstract

Seeds from Leucaena leucocephala (Lam.) contain gum very soluble in water. Ash, dry matter, dietetic fiber, crude fiber, protein, tannin, sugar contents and amino acids composition were determined. Classic analytical methods like high performance liquid chromatography (HPLC), proximate analysis and atomic absorption spectroscopy were used for gum characterization. Gum contains mannose and galactose. Presence of essential and no essential amino acids -with the exception of cysteine- was demonstrated. The mineral composition of ash showed calcium, magnesium, sodium and potassium predominantly. The dietetic fiber content is lower than those reported for some commercial gums. The analytical data suggest that L. leucocephala gum has a potential application in textile, chemistry and painting industries.

Key words: seed gum, Leucaena leucocephala, analytical characterization.

Recibido el 6-11-2006  Aceptado el 10-10-2007

Introducción

Las semillas de leguminosas contienen proteínas, minerales y carbohidratos en el endospermo, como sustancias de reserva. Se ha reportado la presencia de gomas en las semillas de Cyamopsis tetragonolobus (guar), Ceratonia siliqua (locust bean) y Caesalpina spinosa (Tara) (De La Cruz. 2004; Wielinga. 1990).

Las propiedades emulsificantes y estabilizantes de estos hidrocoloides son aprovechadas como aditivos en las industrias alimentaría, farmacéutica y cosmética.

Se ha reportado que algunas especies localizadas en Venezuela producen goma tanto a nivel de tallo como de semilla (Clamens et al., 2000). Se destacan las gomas de Hymeneae courbaril (Añez et al., 2007), Sterculia apetala (Larrazábal et al., 2006) Samanea samán (León de Pinto et al., 1998a), Acacia glomerosa (León de Pinto et al., 2001), Acacia tortuosa (León de Pinto 1998b), Acacia macracantha (Martínez et al., 1996), Enterolobium cyclocarpum (León de Pinto et al., 1996), Cercidium praecox (León de Pinto et al., 1993). El alto consumo de aditivos a nivel nacional e internacional incentiva la investigación de nuevas especies productoras de goma que puedan competir con aquéllas usadas tradicionalmente (Anderson et al., 1990; Bourriot et al., 1999; Guarda et al., 2004). La caracterización analítica de la goma de semilla de Leucaena leucocephala es el objetivo de este trabajo.

Materiales y métodos

Origen y purificación de la goma

Los especímenes de Leucaena leucocephala (Lam.) de Wit., conocida como Leucaena, están localizadas en los jardines de la Universidad del Zulia, Maracaibo, estado Zulia, Venezuela, Sur América. La identificación botánica fue realizada por la Lic. Carmen Clamens, taxonomista de la Universidad del Zulia.

La goma, presente en la parte interna de la cáscara de la semilla, se aisló por disolución en agua caliente y agitación mecánica (200 g/L 50ºC, 6 h). La disolución se dializó en tubos de celofán (Spectral Molecular Porous MembranaFischer Scientífic) contra agua de chorro circulante (24 h). La goma pura se aisló por liofilización (Liofilizador Labconco Freeze-One-6), previa congelación con una mezcla frigorífica acetona-hielo seco.

Métodos analíticos

Determinación de humedad

Las muestras de goma (0,2 g), se colocó en crisoles de porcelana secos, previamente pesados, y se llevaron a la estufa (105ºC, 12 h). La humedad se determinó por diferencia de peso (AOAC. 1995).

Determinación de cenizas

Las muestras de goma (1 g) se colocó en crisoles de porcelana secos, previamente pesados, y se calentaron en una mufla (Lin Dbberghevi-Duty) (550ºC, 5 h). El contenido de ceniza (%) se determinó por diferencia de peso (AOAC. 1995).

Determinación de fibra dietética

La muestra de goma (0,5 g) se disolvió en agua (25 mL) y se incubó (37ºC, 90 min).

Los componentes de las fibras solubles en agua fueron luego precipitados con etanol (100 mL, 95%). El residuo se lavó secuencialmente con etanol (20 mL, 78% y 10 mL, 95%) y acetona (10 mL); se secó a 105ºC y se pesó. Luego se analizó para proteína cruda y cenizas (AOAC. 1995).

El total de fibra dietética se calculó:

%TDF = 100 x {(Wr [(P+ A)/100] x Wr} / Ws

Donde: Wr: mg del residuo

P: % de proteína del residuo

A: % de ceniza del residuo

Ws: mg de muestra

Contenido de nitrógeno

El contenido de nitrógeno fue determinado por el método Kjeldahl (AOAC. 1995).

Contenido de taninos hidrolizables

La cuantificación de los taninos hidrolizables, se hizo por el método colorimétrico específico (FAO/WHO. 1982). La curva de calibración, se determinó con soluciones estándar de ácido tánico (Sigma Chemical Co.), en un intervalo adecuado (2,5x 10 ^-4- 5,25x 10 ^-3 % m/v.). La muestra se disolvió en agua destilada (0,5% m/v). Se mezcló 10 mL de la solución gomosa y 0,1 mL de cloruro férrico hexahidratado (9% m/v). Se midió la absorbancia en un Spectronic 20 a 430 nm. El agua destilada, en presencia de cloruro férrico hexahidratado (9% m/v), sirvió como blanco. Se graficó la absorbancia contra la concentración de ácido tánico.

Contenidos de fenoles totales

El análisis de los fenoles totales se realizó por el método de Folin-Ciocalteu utilizando ácido tánico como estándar. La muestra se disolvió en agua destilada (0,2% m/v). Se mezcló la solución gomosa (0,5 mL) con el reactivo (5 mL). Se midió la absorbancia a 765 nm en un espectrofotómetro U.V-Visible. La coloración azul-celeste indica la presencia de fenoles totales (Makkar y Becker. 1993).

Determinación de ácidos urónicos

La muestra (5 mg) se disolvió en agua destilada (25 mL). Se colocó en un baño de agua fría (5-6ºC), se le añadió la solución de tetraborato de sodio (0,0125 M; 3 mL) lentamente, se agitó dentro del baño, y se colocó en un baño (100ºC) durante 5 minutos. Se enfrió y se añadió la solución de metahidroxibifenilo (0,15%; 0,05 mL). La absorbancia se midió en un Spectronic 20 a 520 nm (Blumenkrantz y Asboe-Hansen. 1973).

Composición de azúcares

La goma purificada (500mg) se hidrolizó con H₂SO₄ (0,5 M, 100ºC, 1 h). El hidrolizado se neutralizó con carbonato de bario, se filtró y se redujo su volumen. La separación cromatográfica se hizo en papel Whatman (Nº 1 y 3 MM) en tres sistemas de solventes (v/v): a) ácido acético, acetato de etilo, ácido fórmico, agua (3:18:1:4). b) benceno, 1-butanol, piridina, agua (1:5:3:3, capa superior) y c) etanol, ácido clorhídrico (0,1M), 1-butanol (10:5:1). Antes de usar el sistema de solventes (c), los papeles se sumergieron en una solución 0,3M de ortofosfato dibásico de sodio y se secaron al aire. Se comparó el comportamiento de los monosacáridos con patrones auténticos. Se usó como revelador clorhidrato de anilina en una mezcla de 2-propanol-agua (1:1). La cuantificación de los azúcares se hizo por el método del fenol-ácido sulfúrico y con el empleo de las curvas de calibración de cada monosacárido (Dubois et al., 1956).

Composición de aminoácidos

La goma purificada (40mg) se hidrolizó con HCl (6 M, 110ºC, 24 h, en atmósfera de nitrógeno), en tubos de reacción provistos de una tapa con junta de teflón y se redujo a sequedad; el residuo obtenido se disolvió en fenilisotiocianato para obtener el correspondiente feniltiocarbamil del aminoácido. El producto derivado fue inyectado en una columna Nova-Pak C₁₈, adaptado a un detector UV (254 nm). Se utilizó como fase móvil una mezcla constituida de acetato de sodio trihidratado (0,19%) y trietilamina (0,5 mL) a pH 5,7 y de aguaacetonitrilo (40:60).

Composición mineral de la ceniza

Se determinó por espectrofoto-metría de absorción atómica Ca, Mg, Cu, Fe, Zn, Pb, Al, V y Cr mientras que el Na y K se determinaron por emisión atómica. Se utilizó un espectrofotómetro de llama (Perkin- Elmer 3110), con electrodos específicos para cada metal y llama de aireacetileno (Magdel-Din Hussein et al., 1998). La determinación de calcio, magnesio, sodio y potasio se realizó empleando diluciones adecuadas de la solución madre de minerales (1:10). En la determinación de calcio y magnesio se empleó una solución de cloruro de lantano (1mL, 1%) para evitar la posible interferencia del fósforo. Los metales existentes como microelementos (Fe, Pb, Al, Zn, Cu y Cr), se determinaron directamente en la solución madre de acuerdo a las condiciones específicas de análisis.

Resultados y discusión

El método de extracción en agua de la goma, presente en la semilla de Leucaena leucocephala es económico, sin embargo, el rendimiento es relativamente bajo (7,52%), en comparación con la goma de semilla de Hymeneae courbaril (35%) (Añez et al., 2007).

Los datos analíticos muestran características interesantes (cuadro 1). El contenido de ceniza es mayor que los valores reportados para otras especies de Leucaena sp. (Guarda et al., 2004), pero menor que el correspondiente a otras gomas comerciales (Cui y Mazza 1996). Este parámetro está correlacionado con el contenido de minerales y depende básicamente de las características del suelo donde se desarrolle la planta (Anderson et al., 1990).

Cuadro 1. Datos analíticos de la goma de semillas de Leucaena leucocephala¹.

¹Datos presentados como media ± desviación estándar de tres determinaciones analíticas, expresados en % en base seca . ²Límite de detección (0,05 - 3,05 % m/v).

El contenido de proteína de la goma estudiada es similar a los reportados para otras especies de Leucaena sp (Magdel-Din Hussein et al., 1998, Pérez et al., 1995), pero mayor que el descrito para las gomas de uso industrial Cyamopsis tetragonolobus (guar) (Cui y Mazza. 1996) y Raphanus sativus (Tsumaraya et al., 1987). Los contenidos de nitrógeno (1,72%), fibra cruda (2,17%) y fibra dietética (45,17%) le confieren a la goma una potencial actividad emulsificante y estabilizantes (Cottrell et al., 1979). El valor de la fibra dietética se considera relativamente bajo en comparación con las reportadas para las gomas de Cyamopsis tetragonolobus (guar) (85%) (Milo. 2004).

La goma de semillas de Leucaena leucocephala contiene taninos hidrolizables y fenoles totales, los resultados obtenidos coinciden con el reportado para otras gomas leguminosas (Martínez et al., 2000).

Estos valores son más altos que los reportados para la especie de Leucaena glabrata (Pérez et al., 1995), El contenido de taninos restringe su uso en la industria alimentaria, pero puede ser usado en otras industrias como textil, pinturas entre otras.

La presencia de grupos hidroxil-fenólicos libres permite a los taninos formar puentes de hidrógeno entre los grupos hidroxilo de los taninos y el oxígeno del grupo carbonilo de los péptidos, por lo tanto, los taninos tienen diversas implicaciones nutricionales, sin embargo, su alto contenido son tóxicos para los alimentos (Ramos et al., 1998). La presencia de taninos puede tener efectos negativos en los procesos de digestión ya que forman complejos con proteínas dietéticas y otros compuestos de la dieta; con enzimas digestivas interfiriendo así con la digestión normal; con las proteínas endógenas lo cual lleva a una salida del nitrógeno suministrado y en particular de los aminoácidos (Martínez et al., 2000).

La goma de semilla de Leucaena leucocephala (cuadro 1), contiene principalmente manosa y galactosa. El bajo contenido de ácidos urónicos proviene, probablemente de la cáscara de la semilla. Este resultado es similar a lo reportado para las especies de Leucaena sp (Magdel-Din Hussein et al., 1998) y Cyamopsis tetragonolobus (Cui y Mazza 1996) pero difiere para la goma de Leucaena glabrata (Pérez et al., 1995). La posible presencia de un galactomanán en las gomas de semillas de Leucaena leucocephala es una característica interesante, debido a que se ha reportado actividad biológica como anticoagulante, fibrinolítica, anticancerígeno y antitumoral para este tipo de estructura (Magdel-Din Hussein et al., 1998).

La goma contiene todos los aminoácidos esenciales y no esenciales en concentraciones variables, con excepción de cisteina que no fue detectada (cuadro 2). El contenido de ácido glutámico corresponde a la mayor proporción; mientras que fenilalanina es la menor. La composición de aminoácidos sugiere las posibles propiedades emulsificantes de la goma (Anderson et al., 1991) y por lo tanto, su potencial uso en medicina (Rubial et al., 2003) y otras industrias como textil, pinturas entre otras. (De La Cruz. 2004).

Cuadro 2. Composición de amino ácidos de la goma de semillas de Leucaena leucocephala ¹.

¹Datos presentados como media ± desviación estándar de tres determinaciones analíticas, expresado en % en base seca. ²No se logró la resolución entre arginina y treonina. La cisteina no se detectó.

La composición de minerales de la goma (cuadro 3), muestra que el calcio, sodio y magnesio son los componentes mayoritarios. No se detectó la presencia de cobre, cromo y vanadio pero se evidenció trazas de plomo. Estos hallazgos son similares a los reportados para la mayoría de las gomas de la familia Mimosaceae Venezolanas (Abel El Kader et al., 2003). Los minerales detectados se encuentran en mayor proporción que los reportados para las gomas de Leucaena glabrata y Ciamopsis tetragonolobus (Cui y Mazza. 1996; Rafique y Smith. 1950). La composición y concentración de minerales son influenciadas principalmente por el tipo de suelo, por lo tanto, la comparación de la composición mineral entre muestras de distinto origen geográfico puede mostrar diferencias significativas, aún en gomas derivadas de una misma especie (Anderson et al., 1990).

Cuadro 3. Composición mineral de la goma de semillas de Leucaena leucocephala.¹

¹media ± desviación estándar de tres determinaciones analíticas, expresado en % en base seca  ²No se detectó la presencia de cromo, cobre y vanadio (limite de detección 0.05 µg/g).

Conclusiones y recomendaciones

La facilidad de extracción, la pureza y la solubilidad de la goma en agua son propiedades interesantes. Por otra parte, la composición de aminoácidos, minerales y el contenido de taninos, le confieren un potencial aplicación como emulsificantes y estabilizantes de muchas emulsiones en diversas industrias no alimentaría (textil, papel, pintura entre otras), Es necesario profundizar en los aspectos toxicológicos de las gomas producidas por especies localizadas en Venezuela y la funcionalidad de estos hidrocoloides en diversas industrias.

Agradecimientos

Los autores expresan su agradecimiento al Consejo de Desarrollo Científico y Humanístico (CONDES), Universidad del Zulia, Maracaibo, Venezuela, por el financiamiento recibido para el desarrollo de las investigaciones contempladas en el Proyecto « Factores antinutricionales de las gomas de semilla de Hymeneae courbaril y Leucaena leucocephala» (CC-0767-04).

Literatura citada

1. Abed El Kader, D., E. Molina, G. Colina, L. Montero and G. León de Pinto. 2003. Cationic Composition and tannic content of five gums Venezuelan Mimosaceae species. Food Hydrocoll. 17:251-253.         [ Links ]

2. Anderson, D. M. W., D. M. Brown, N. A. Morrison and W. Weiping. 1990. Specifications for gum Arabic (Acacia senegal), Analytical data for samples collected between 1904 and 1989. Food addit Contamin. 7:303-321.         [ Links ]

3. Anderson, D.M.W. and W. Wang. 1991. Characterization of gum Arabic (Acacia senegal) samples From Uganda. Food Hydrocoll. 5:297-306.         [ Links ]

4. Añez, O., G. León de Pinto, M. Martínez, O. Gotera and L. Sanabria. 2007. Structural features of a xylogalactan isolated from Hymeneae courbaril gum. Food Hydrocoll. 21. 1302-1309.         [ Links ]

5. AOAC. 1995. Official Method of Analysis of the Associations of Official Analytical Chemists. Vol. II W. Horwitz (Eds.). Washington,D.C .         [ Links ]

6. Blumenkrantz, N. and G. Asboe-Hansen. 1973. Method for quantitative determination of uronic acid. Anal. Biochem. 54:484-489.         [ Links ]

7. Bourriot, S., C. Garnier and J.L. Doublier. 1999. Phase separation, rheology and microstructure of micellar casein-guar gum mixtures. Food Hydrocoll. 13:43-49.         [ Links ]

8. Cottrell, Jil., G. Pass and G.O. Phillips. 1979. Assesment of polysaccharides as ice cream stabilizers. J. Sci. Food. Agric. 30:1085-1088.         [ Links ]

9. Clamens, C., F. Rincón, A. Vera, L. Sanabria and G. León de Pinto. 2000. Species widely disseminated in Venezuela which produce gum exudates. Food Hydrocoll. 14(5):253-257.         [ Links ]

10. Cui, W. and G. Mazza. 1996. Physicochemical characteristics of flaxseed gum. Food Reseach International 29(3/4):397-402.         [ Links ]

11. De La Cruz, P. Lapa. 2004. Aprovechamiento integral y racional de la Tara Caesalpinia spinosa-caesalpinia tinctori. Rev. Inst. Investig. Fac. Ing. Geo. Min. Met. Geog. 7(14):64-73.         [ Links ]

12. Dubois, M., K. A. Gilles, P. A. Hamilton, P. A. Rebeis and F. Smith. 1956. Colorimetric method for determination of sugars and related substances. Anal.Chem. 28:350-356.         [ Links ]

13. FAO/ WHO. 1982. Specifications for Food Additives. Food and Nutrition Papers. Roma: WHO. 25:93-95.         [ Links ]

14. Guarda, A., C. M. Rosell, C. Benedito and M. J. Gatollo. 2004. Different hydrocolloids as bread improvers and antistaling agents. Food Hydrocoll. 18:241-247.         [ Links ]

15. Larrazábal, M., M. Martínez, L. Sanabria, G. León de Pinto and J. Herrera. 2006. Structural elucidation of the polysaccharide from Sterculia apetala gum by a combination of chemical methods and NMR spectroscopy. Food Hydrocoll. 20: 908-913.         [ Links ]

16. León de Pinto G., M. Martínez, O. Gutiérrez de Gotera, C. Rivas and E. Ocando. 1998a. Structural study the polysaccharide isolated from Samanea samán. Ciencia. 6 (3):191-199.         [ Links ]

17. León de Pinto, G., M. Martínez and L. Sanabria. 2001. Structural features of the polysaccharide gum from Acacia glomerosa. Food Hydrocoll. 15:461-467.         [ Links ]

18. León de Pinto, G., M. Martínez, L. de Bolaño, C. Rivas and E. Ocando. 1998b. The polysaccharide gum from Acacia tortuosa. Phytochemistry. 47 (4):53-56.         [ Links ]

19. León de Pinto, G., M. Martínez, C. Clamens y A. Vera. 1996. Uso potencial de la goma de Enterolobium cyclocarpum. Revista de la Facultad de Agronomía, La Plata, Argentina. 101(1):51-56.         [ Links ]

20. León de Pinto, G., O. Rodríguez, M. Martínez and C. Rivas. 1993. Composition of Cercidiun praecox gum exudates. Biochemical Systematic and Ecology. 21: 297-300.         [ Links ]

21. Magdel-Din Hussein, M., A. Wafaa, Helmy and H. N. Salem. 1998. Biological activities of some galactomannans and their sulfated derivates. Phytochemistry. 48(3):479-484.         [ Links ]

22. Makkar, H, P. and K. Becker. 1993. Behaviour of tannic acid from various commercial sources towards redox, metal complexing and protein precipitation assays of tannins. J. Sci Food Agric. 62:295-299.         [ Links ]

23. Martínez, M., G. León de Pinto, C. Rivas and E. Ocando. 1996. Chemical and spectroscopic studies of the gum polysaccharide from Acacia macracantha. Carbohydrate Polimer. 29(24):247-252.         [ Links ]

24. Martínez, Sáez, S., J. Hernández y R. Guevara. 2000. Determinación relativa de fenoles, flavonoides y esteroides en cinco leguminosas tropicales. Rev. Prod. Anima. 12:37-39.         [ Links ]

25. Milo, O. L. 2004. Nutraceuticals and Functional Foods. Food Tech.58 (2):71-75         [ Links ]

26. Pérez, R., A. Sánchez, S. Pérez and S. Vargas. 1995. An analytical study of gums from Leucaena glabrata and Spondia purpurea. J. Sci Food Agric. 68:39-41.         [ Links ]

27. Rafique, C.M. and F. Smith. 1950. The constitution of guar gum. J.A.C.S. 72: 4634-7.         [ Links ]

28. Ramos, G. P., F. Frutos, J. Giradles y A. R. Mantecón. 1998. Los compuestos secundarios de las plantas en la nutrición de los herbívoros. Arch. Zootec. 47:597-620.         [ Links ]

29. Rodrigo, J., G. Ros, J. Periago, C. Lopez and J. Ortuño. 1998. Proximate and mineral composition of dried salted roes of hake (Merluccis L.) and ling (Molva molva. L). Food Chem. 63(2):221-225.         [ Links ]

30. Rubial, I. J., M. Dubed, F. Martínez, E. N. Romero, L. M. Vargas y J. L. Santana. 2003. Inhibición de la replicación del virus de inmunodeficiencia humana por extractos de taninos de Pinus caribaea Morelet. Rev. Cubana Farm. 37: 2. In press.         [ Links ]

31. Rubio, M.A. 2002. Implicaciones de la fibra en distintas patologías. Nutr. Hosp. 2:17-29.         [ Links ]

32. Tsumaraya, Y., S. Hashimoto and Yamamoto. 1987. An L-arabino-D-galactan and L- arabino-D-galactan-containing proteoglycan from Radish (Raphanus sativus) seeds. Carbohydr. Res. 161: 113-126.         [ Links ]

33. Wielinga, W. 1990. Production and applications of seed gums. In Gums and Stabilizers for of food industry. Proceedings of 5^th International Conference, Wrexham, July, 1989. Oxford. 5. 383-403.         [ Links ]