Estudio del contenido de compuestos bioactivos del cacao y su aplicación en la obtención de un ingrediente rico en (poli)fenoles para el diseño de un chocolate enriquecido
- Autores: Elena Cienfuegos Jovellanos Fernández
- Directores de la Tesis: Rocío González Barrio (dir. tes.), María Jesús Periago Gastón (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Murcia ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Ángel Gil Izquierdo (presid.), Francisco Javier García Alonso (secret.), Begoña Cerdá Martínez-Pujalte (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: DIGITUM
- Resumen
- español
RESUMEN Actualmente, existe un interés por la demanda de alimentos saludables que puedan tener un efecto beneficioso para la salud de los consumidores. La evidencia científica avala que el consumo de determinados compuestos presentes en los alimentos de forma natural, tiene una relación inversa con la disminución del riesgo de padecer enfermedades, como enfermedades cardiovasculares, cáncer y otras enfermedades degenerativas.
Entre estos componentes presentes en los alimentos de origen vegetal, los (poli)fenoles son considerados potentes antioxidantes con numerosos efectos beneficiosos. El grano de cacao y sus productos derivados, destacan por tener una alto contenido en (poli)fenoles. Sin embargo, numerosos trabajos científicos han demostrado que desde la recogida del grano hasta el producto final, se producen pérdidas de estos compuestos en todas las etapas del proceso. Por ello, es importante reducir las pérdidas de estos compuestos antioxidantes en el producto final.
El objetivo general de la presente Tesis Doctoral ha sido desarrollar y obtener un ingrediente natural de cacao con un alto contenido en (poli)fenoles y con una alta capacidad antioxidante, y que pueda ser apto como ingrediente para su aplicación en productos alimenticios.
En las primeras etapas se realizó un estudio del grano de cacao para seleccionar la materia prima con un elevado contenido de (poli)fenoles. Asimismo, se evaluaron los efectos de diferentes procesos tecnológicos sobre los contenidos en (poli)fenoles totales y flavanoles, con la finalidad de introducir nuevas etapas en el procesado y conseguir un polvo de cacao desgrasado con un perfil fenólico mejorado. De este modo, se consiguió el desarrollo industrial de un ingrediente de cacao rico en (poli)fenoles totales y flavanoles que fue utilizado en la formulación de un chocolate negro.
Los resultados obtenidos muestran que el proceso de fermentación y tostado del grano producen una disminución significativa del contenido de (poli)fenoles totales, observando el mayor contenido de estos compuestos en el "nib". El genotipo de cacao, clon CCN51, producido en Ecuador, es el cacao con el contenido más alto de (poli)fenoles. La inactivación de la enzima polifenol oxidasa mediante un escaldado con agua a 95 ºC y 5 minutos, redujo las pérdidas de (-)-epicatequina, (+)-catequina y procianidina B2, así como el contenido de (poli)fenoles totales. Por ello, el empleo de "nib" de cacao procedente de semillas no fermentadas con la enzima polifenol oxidasa inactivada, es una buena alternativa como materia prima para obtener un ingrediente con un mayor contenido en flavanoles. El prototipo de cacao desgrasado por Soxhlet a partir de semillas con la enzima polifenol oxidasa inactivada, representó a un cacao no afectado por variables postcosecha. El prototipo óptimo fue escalado a nivel piloto mediante un desgrasado con CO2 supercrítico, resultando un cacao con un mayor contenido de (poli)fenoles totales y de flavanoles, así como una capacidad antioxidante superior respecto a los valores encontrados en un polvo de cacao convencional.
La aplicación de un tratamiento térmico con calor húmedo a 121 ºC y 1 minuto, no afectó al contenido de (poli)fenoles, obteniendo un ingrediente de cacao con un elevado contenido de procianidinas. La formulación de un chocolate negro empleando un 15% de este ingrediente, ha dado lugar a un enriquecimiento notable de las fracciones de procianidinas oligoméricas y de (-)-epicatequina, (+)-catequina y los dímeros B1 y B2, cuando se compararon los valores con los de un chocolate negro no enriquecido.
Aunque la actividad biológica de este ingrediente no ha sido objeto de este estudio, la caracterización del mismo, en cuanto a su perfil (poli)fenólico, abre nuevas líneas de investigación, dirigidas al estudio de la funcionalidad de dicho ingrediente evaluando tanto in vitro como in vivo sus efectos beneficiosos relacionados con los mecanismos de estrés oxidativo.
- English
ABSTRACT Currently, there is an interest in the demand for healthy foods that can have a beneficial effect on the health of consumers. The scientific evidence supports that the intake of certain compounds present naturally in foods has an inverse relationship with reduced risk of some diseases, such as cardiovascular disease, cancer and other degenerative diseases.
Among the components present in food of plant origin, (poly)phenols are considered powerful antioxidants with numerous beneficial effects. Cocoa beans and their derived products are characterized by having a high content of (poly)phenols. However, numerous scientific studies have shown that from the collection of the bean to the final product, part of these bioactive compounds are lost at the different processing stages. Therefore, it is important to reduce losses of these antioxidant compounds in the final product.
The overall objective of this PhD thesis has been to develop and obtain a natural cocoa ingredient with a high content of (poly)phenols and with high antioxidant capacity, which may be also suitable as an ingredient for use in food products.
In the first part of the thesis, a study of the cocoa bean was performed to select the raw material with a high content of (poly)phenols. Also, the effects of various processes on the contents of (poly)phenols and flavanols were evaluated, in order to introduce new steps in the processing for the production of a defatted cocoa powder with an improved phenolic profile. This way, the industrial development of a cocoa ingredient rich in (poly)phenols and flavanols was achieved, which was then used in the formulation of a dark chocolate.
The results show that the fermentation and roasting of the bean produce a significant decrease in the total content of (poly)phenols, the highest content of these compounds being observed in the "nib". The genotype CCN51 clone, produced in Ecuador, is the type of cocoa with the highest content of (poly)phenols. Inactivating the polyphenol oxidase by blanching with water at 95 °C and 5 minutes, reduced losses of (-)-epicatechin, (+)-catechin, and procyanidin B2, as well as the total content of (poly)phenols. Therefore, the use of cocoa "nib" from unfermented beans with the polyphenol oxidase inactivated seems to be a good alternative as a raw material to obtain a cocoa ingredient with an increased content of flavanols. The prototype of cocoa defatted by Soxhlet from beans with the polyphenol oxidase inactivated, represented a cocoa powder unaffected by postharvest variables. The optimum prototype was taken to pilot scale level by defatting with supercritical CO2, this resulting in a higher content of total (poly)phenols and flavanols, as well as an antioxidant capacity higher than that found in a conventional cocoa powder.
The subsequent application of a heat treatment with moist heat at 121 °C during 1 minute did not affect the (poly)phenols content, obtaining a defatted cocoa ingredient with a high content of oligomeric procyanidins. Formulating a dark chocolate using 15% of this ingredient resulted in a significant enrichment of the fractions of oligomeric procyanidins, and of (-)-epicatechin, (+)-catechin and B1 and B2 dimers, when the values were compared with a not enriched dark chocolate Although the biological activity of this ingredient has not been the subject of this study, its characterization regarding its (poly)phenolic profile, open new research lines aimed at the study of the functionality of this ingredient, evaluating both in vitro and in vivo its beneficial effects related to oxidative stress mechanisms.
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