Las Opuntia spp. son un recurso fitogenético Mexicano de gran valor nutritivo y alto contenido de betalaínas, compuestos conocidos por sus propiedades antioxidantes. Este estudio evaluó las características fisicoquímicas, el contenido de betalaínas y su capacidad antioxidante (CA), así como el perfil sensorial de frutos de O. robusta y O. ficusindica. Esta última presentó mayor acidez y contenido de sólidos solubles (F= 769,2; P= 0,0001), (F= 360,4; P ≤0,0001), que O. robusta. En humedad y contenido de cenizas no hubo diferencias significativas entre ambas especies. La concentración de betalaínas fue superior en Opuntia robusta (F=529,1; P= ≤0,0001) betacianinas (0,114 mg/mL pulpa) y betaxantinas (0,073 mg/ mL de pulpa), en O. ficus-indica (0,023 mg/ mL de pulpa y 0,0198 mg/ mL de pulpa). Se encontraron diferencias significativas en la CA (F=545,9; P ≤0,0001), en O. ficus-indica hasta 195,38 µmol equivalente Trolox/ mL por el método Ácido2, 2´-azino-bis-(3-etilbenzotiazolina)6-sulfónico (ABTS) y 22% de inhibición de radicales libres por el método 2,2 difenil-1-pricrilhidrazilo (DPPH), para O. robusta 165,6 µmol equivalente Trolox/ mL y más del 36% de inhibición de radicales libres. Los resultados mostraron que la CA está directamente relacionada con la concentración de betacianinas y betaxantinas. Ambas variedades de Opuntia exhiben una tendencia a lo dulce y ácido, con aromas, sabores y resabios con notas frutales y vegetales. Estos resultados sugieren que estas especies pueden ser empleadas para la extracción de betalaínas debido a su gran potencial para utilizarse en la industria como fuente de pigmentos naturales con propiedades antioxidantes y agradables características sensoriales.
Palabras clave: Opuntia robusta, Opuntia ficusindica, capacidad antioxidante, perfil fisicoquímico, características sensoriales.
Opuntia spp. are a Mexican phytogenetic resource with great nutritive value and high betalains (compounds known for their antioxidant properties) content. Our main goal was to evaluate the physicochemical characteristics, betalains concentration and antioxidant capacity (AC), as well as sensory profiles of Opuntia robusta and O. ficus-indica, where the later one showed higher acidity and soluble solids content (F= 769.2; P= 0.0001 and F= 360.4; P ≤0.0001 respectively) than O. robusta. There was no significant difference between the species in terms of humidity and ash content. Betalains concentrations were higher in Opuntia robusta (F=529.1; P= ≤0.0001), while betacyanins (0.114 mg/ mL pulp) and betaxantins (0.073 mg/ mL de pulp) were higher in O. ficus-indica (0.023 mg/ mL pulp and 0.0198 mg/ mL de pulp). Significant differences for AC were found (F=545.9, P ≤0.0001), with O. ficus-indica showing up to 195.38 µmol Trolox equivalent / mL by the method 2,2′-Azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS) and 22% of free radicals inhibition by the method 2, 2 diphenyl-1-pricrylhydrazyl (DPPH), while 165.6 µmol Trolox equivalent / mL and more than 36% free radicals inhibition were found for O. robusta. Results showed that the antioxidant capacity is directly related with betacyanins and betaxantines concentration. Both Opuntia varieties exhibit a tendency to sweetness and acidity, with aromas, flavors and scents within fruity and vegetable notes. These results suggest that both species could be used in the extraction of betalains due to their great industrial potential as a source of natural pigments with antioxidant properties and pleasant sensorial characteristics.
Key words: Opuntia robusta, Opuntia ficus-indica, antioxidant capacity, physicochemical profile, sensory characteristics.
1Universidad Autónoma de Querétaro, Querétaro Qro. México. 2 Instituto Tecnológico de Celaya, Gto. México. 3 Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey Santiago de Querétaro, Qro. México.
Las plantas del género Opuntia se distribuyen ampliamente en las regiones áridas y semiáridas de América ya que se encuentran bien adaptadas a las condiciones ambientales extremas (1). Su plasticidad genética, en sinergia con el hecho de que la Familia Cactaceae es uno de los grupos más populares dentro de las plantas en horticultura (2) ha promovido que el género sea una especie invasora exitosa en los desiertos y semidesiertos de todos los continentes (3). A pesar de ello, este grupo ha brindado notables beneficios al hombre; su presencia cosmopolita así como el amplio aprovechamiento del fruto (tuna) y sus cladodios (paletas), han motivado las investigaciones sobre formas novedosas para el incremento del rendimiento agrícola, adaptabilidad y desarrollo de la planta (4), así como el aprovechamiento de las propiedades nutricionales del fruto, principalmente su capacidad antioxidante (3), o para el aislamiento de metabolitos secundarios, como betalaínas y carotenoides (2). Todas estas investigaciones persiguen el propósito de diversificar el mercado de productos frutícolas, tanto frescos como procesados.
El fruto se denomina como tuna, es ovoide con un pericarpio grueso, la pulpa es jugosa y dulce, y contiene numerosas semillas. El consumo de tuna aporta lípidos, proteínas, minerales, fibra, aminoácidos, vitamina C, compuestos fenólicos y pigmentos betalaínicos (5), así como altas concentraciones de agentes antioxidantes que le confieren al fruto las características de un alimento funcional, es decir, un alimento que además de sus características nutricionales cumple una función específica como puede ser el mejorar la salud y reducir el riesgo de contraer enfermedades como el cáncer y enfermedades cardiovasculares (6).
Las betalaínas son pigmentos solubles en agua e incluyen a las betacianinas de color rojo-violeta y las betaxantinas de color amarillo; el color del fruto es resultado de la concentración y el tipo de betalaínas presentes (3). Estos pigmentos muestran una importante actividad antioxidante y un uso potencial como pigmentos naturales (6).
Actualmente, existe la tendencia de consumo de alimentos nutraceúticos o funcionales porque se ha reportado que previenen algunas enfermedades degenerativas y contribuyen a mantener la buena salud de sus consumidores, lo cual ha provocado un mayor interés en el estudio de fitoquímicos con actividad antioxidante (7).
Actualmente el betabel (Beta vulgaris L.) es la principal fuente de colorante rojo natural, conocido como “remolacha roja”. La betanina es el componente principal del colorante rojo extraído de esta raíz y es uno de los productos más utilizados debido a su alto contenido de este compuesto; lo que permite aislarlo a nivel industrial (8). Sin embargo se ha demostrado que este tubérculo presenta algunos problemas sensoriales, entre ellos el sabor terroso, ocasionado por el contenido de geosminas y pirazinas además de su incompatibilidad con lácteos, características que no poseen los pigmentos obtenidos de Opuntia spp. (9). Stintzing y Carle (10) consideran que la familia Cactaceae, principalmente el género Opuntia, es una excelente alternativa como fuente de betalaínas. El género ha sido poco explotado en el área de obtención de pigmentos y producción de aditivos nutraceúticos, como cápsulas, concentrados, pulpas, bebidas en polvo, etc., con propiedades antioxidantes, hipoglucémicas, hipocolesterolémicas y diuréticas (6).
En México, el género Opuntia tiene una amplia distribución, particularmente en la Sierra Madre Oriental, la Mesa del Centro y el Eje Neovolcánico, donde su diversificación de especies es significativa. Esta diversidad es una fuente potencial de diversos productos, como paletas y nieves, productos deshidratados, jaleas, bebidas y concentrados para la industria alimenticia (11). Dos especies de interés son Opuntia robusta y O. ficus-indica que se distribuyen a lo largo de los estados de Hidalgo, Guanajuato, Michoacán, Querétaro, San Luís Potosí y Zacatecas (12). Debido al alto contenido de betalaínas en estas variedades (5), se consideró que pueden ser una fuente potencial de colorantes y otros posibles aditivos para la industria alimentaria. Hay abundante literatura sobre las actividades biológicas de estos compuestos, particularmente sobre su actividad antioxidante que se ha vinculado con la actividad anti cáncer. Si bien la remolacha ha sido incluida entre los 10 vegetales con mayor poder antioxidante, los frutos de Opuntia han mostrado también alta capacidad antioxidante además de presentar considerables ventajas tecnológicas y sensoriales (13). Un ensayo publicado en 2005 mostró que la contribución de las betalaínas a la actividad antioxidante in vitro observado para extractos de Opuntia era mayor que la aportada por el ácido ascórbico (10).
Por ello, la meta de este trabajo fue determinar el perfil fisicoquímico, el contenido de betalaínas, la capacidad antioxidante y las características sensoriales de los frutos de O. ficus-indica y O. robusta como herramientas para determinar la viabilidad de estas especies como fuente de producción y extracción de betalaínas; así como su posible uso como aditivo en la industria alimenticia.
Los frutos de O. robusta y O. ficus-indica fueron colectados en el semidesierto Queretano en los Cerros San Martí y El Patol (N 20º 44’ 18.89” W 99º 58’ 27.04” y N 20º 49’ 19.55” W 99º 55’ 48.49”, respectivamente) durante los meses de octubre y noviembre de 2015. La elección de los frutos e índice de cosecha se basó en la expresión de un color rojo intenso o morado y el tamaño del fruto (más de 7 cm en O. ficus-indica y más de 11 cm en O. robusta). Los especímenes fueron identificados en campo, y su especie se corroboró en el Herbario Dr. Jerzy Rzedowski QMEX de la Universidad Autónoma de Querétaro
La pulpa de tuna se obtuvo trozando las tunas previamente peladas y separando las semillas, esta masa se pasó a través de un tamiz de 2 mm (#10). La pulpa se envasó en bolsas de polipropileno 500 g y se congeló a -20º C hasta el momento de su uso. Los sólidos solubles totales en la pulpa fueron determinados con un refractómetro digital (escala de 0-53 %) (ATAGO, Japón) y expresados como ºBrix. La determinación del pH se hizo con un equipo Thermo Orion (420 A, USA), para ello se disolvieron 2,0 g de pulpa en 20 mL de agua destilada; la mezcla fue filtrada antes de emplearla. La acidez titulable fue cuantificada en una solución de 10 g de pulpa con 50 mL de agua destilada. La muestra se filtró y se ajustó a pH 8,2 con la adición de NaOH 0,01 N Sigma Chemical®. La acidez fue reportada como ácido málico 100 g-1 de pulpa. Métodos de la AOAC (14) fueron utilizados para cuantificar la humedad y cenizas.
El contenido de betacianinas y betaxantinas se determinó según lo descrito por Castellanos y Yahia (3), mediante la absorbancia de los extractos de betalaínas a 538 y 473 nm en un espectrofotómetro Perkin Elmer Lambda 25® UV/Vis (USA). Para la conversión de las unidades de absorbancia en unidades de concentración se utilizó la expresión B (mg/g) = (AxFDxPMxV) / (εxL), dónde B es betacianinas o betaxantinas, A es la absorbancia a 538 nm para betacianinas y 476 nm para betaxantinas, FD es el factor de dilución al momento de leer en el espectrofotómetro, PM es el peso molecular de betacianina o betaxantina, V es el volumen del extracto, ε es el coeficiente de extinción molar, y L es la longitud de la celda (1 cm).
La capacidad antioxidante de los extractos se midió a través de la inhibición del radical estable 2,2 difenil-1-pricrilhidrazilo (DPPH) Sigma Aldrich®. Para esto se colocaron 3 mL de una solución metanólica de DPPH 6,1 x 10-5 M y se hicieron reaccionar con 0,1 mL de tres concentraciones de cada extracto (15). La mezcla se dejó reaccionar en oscuridad y se monitoreo el cambio en la absorbancia de las muestras por un periodo de 60 min., en un espectrofotómetro Perkin Elmer Lambda 25® UV/Vis (USA). El porcentaje de inhibición DPPH fue calculado conforme a la Ecuación 1.
Ecuación 1: % Inhibición de radicales libres = [(Ac-As)/Ac] x 100.
Dónde:
Ac = absorbancia del DPPH antes de la reacción.
As = absorbancia de la mezcla de DPPH con la muestra
Se hizo reaccionar ABTS Sigma Aldrich® (7 mM) con persulfato potásico, Sigma Aldrich® (2,45 mM, concentración final) a temperatura ambiente (25 ± 1º C) y en la oscuridad durante 16 h. Una vez formado el radical ABTS se diluyó con etanol hasta obtener un valor de absorbancia alrededor de 0,70 (±0,1) a 754 nm (longitud de onda de máxima absorción). Las muestras filtradas se diluyeron con etanol hasta que se produjo una inhibición del 20 al 80%, después se añadieron 20 µL de la muestra a 980 µL de dilución del radical ABTS. La absorbancia se midió de forma continua transcurridos 7 minutos a 754 nm. El antioxidante sintético de referencia Trolox® se ensayó a una concentración de 0-15 µM (concentración final) en etanol, en las mismas condiciones. Los resultados se expresan en TEAC (Capacidad Antioxidante Equivalente a Trolox).
Para obtener el perfil se llevó a cabo un análisis descriptivo, que consiste en la determinación de las propiedades sensoriales y su medición.
En función del tipo de análisis varía el número de panelistas, el grado de entrenamiento, y el número de parámetros sensoriales. Para el análisis sensorial descriptivo se emplearon 15 panelistas, en función de su habilidad para reconocer diferentes estímulos sensoriales. Se capacitaron en la teoría sobre los principios básicos del análisis sensorial, explicando las técnicas establecidas para la evaluación. Posteriormente se les entrenó en reconocer sabores, aromas y textura. La escala de intensidad empleada fue 1= apenas detectable, 3= moderadamente intenso y 5= intensidad extrema. Para la evaluación de los frutos se empleó un análisis sensorial de tipo descriptivo, ya que el objetivo fue describir la intensidad de sabor, aroma y resabio de la pulpa extraída directamente de O. robusta y O. ficusindica.
Todas las pruebas fisicoquímicas, la concentración del pigmento así como los resultados de la actividad antioxidante fueron llevadas a cabo por triplicado para las dos variedades (O. robusta y O. ficus-indica), el diseño experimental fue completamente al azar, para comparar las variables de respuesta se hizo un análisis de varianza y una prueba de comparación de medias de Tukey. Posteriormente, para determinar la actividad antioxidante y el contenido de Betalaínas, se llevó a cabo un análisis de correlación para determinar relaciones lineales entre este par de variables, considerando como criterio que por lo menos 50 % (r2 = 0,5) de la variación de una variable esté explicada por otra. En cuanto a la evaluación sensorial, los resultados obtenidos de los 15 panelistas (tres repeticiones por panelista), de cada uno de las características de los atributos (aroma, sabor y resabio), de las dos pulpas degustadas (O. robusta y O. ficus-indica), fueron comparadas por medio de un análisis de varianza. Los análisis se hicieron con el paquete estadístico JMP 7.0.1 (SAS Institute Inc.)
De las dos especies estudiadas, O. robusta tuvo el valor más alto de sólidos solubles totales difiriendo significativamente (F= 360,4; P ≤0,0001) de O. ficus-indica (TABLA 1). En cuanto a la acidez titulable el contenido de ácido fue significativamente diferente (F= 769,2; P= 0,0001). En el contenido de humedad y contenido de cenizas no se presentaron diferencias significativas entre las variedades.
La concentración de Betalaínas (determinada como betacianinas y betaxantinas) fue mayor en O. robusta, con una concentración de betacianinas de 0,114 mg/ mL pulpa base húmeda y betaxantinas de 0,0732 mg/ mL pulpa base húmeda. O. ficus-indica presentó valores menores (0,0225 mg/ mL de Betacianina en pulpa y 0,0089 mg betaxantinas/ mL de pulpa respectivamente), difiriendo significativamente de los exhibidos por O. robusta (TABLA 2).
La capacidad antioxidante está directamente relacionada con el contenido de pigmentos del fruto. Se determinó la capacidad antioxidante en la pulpa de tuna de ambas variedades, utilizando el método de radical DPPH se observó que O. robusta a diferentes concentraciones tuvo el mayor porcentaje de decoloración con un 36,97% contra un 22,4 % de O. ficus-indica (TABLA 3).
Mediante este método, O. ficus-indica presentó una actividad antioxidante más alta en promedio que O. robusta (TABLA 3). Lo que implica que además de los compuestos responsables del color, existen otros que están aumentando la capacidad antioxidante, como polifenoles y vitaminas quienes pueden hacer una diferencia en la medición de la capacidad antioxidante. Se observó una correlación entre la concentración de betalaínas y la capacidad antioxidante para los métodos ABTS (r2 = 0,5) y DPPH (r2 = 0,82). La capacidad antioxidante de un fruto depende de la naturaleza y concentración de los antioxidantes naturales presentes en él.
Los resultados de la evaluación sensorial de las pulpas, muestran que no existieron diferencias significativas respecto a la calidad de los atributos de olor, sabor y resabio entre las dos variedades de tuna. El sabor y resabio mostraron una relación ácido-dulce. En cuanto al aroma, sobresalen los aromas frutales con una intensidad de 4, garambullo, vegetal fresco, vegetal y floral (FIGURA 1).
En los resultados del perfil de sabor, predomina el dulce, amargo y ácido, específicamente las notas a betabel, garambullo, tuna, pepino y vegetal, siendo más intensos en O. robusta (FIGURA 2).
Los resultados de resabio (FIGURA 3), nos muestra una tendencia a lo dulce, amargo y ácido, que concuerda con lo arrojado en sabores, específicamente se muestra resabio a tuna, garambullo, nopal, betabel y vegetal principalmente.
Los sólidos solubles totales mostraron valores inferiores (TABLA 1) a los 15,61 a 15,67 °Brix que mencionan Rodríguez (16). La menor concentración puede ser reflejo de la época de colecta, que fue cerca del invierno. De acuerdo con lo reportado por Sáenz y Sepúlveda (17), la concentración de azúcares tiende a disminuir cuando las colectas se hacen en esta estación, comparado con la concentración de azúcares producida en verano. A pesar de ello, la muestra está dentro de los intervalos especificados para tuna roja y morada mencionados por Crivelli y Nani (18). Se asume que las muestras de O. robusta y O. ficus-indica que se encuentran en un intervalo de 10 a 17° Brix contienen principalmente azúcares reductores, donde predomina la glucosa y la fructosa en segundo lugar, lo que hace que la pulpa de la tuna sea “muy dulce” (18). Piga (9) encontró intervalos de 10 a 15° Brix para los azúcares reductores en tunas, lo cual coincide con lo que se reporta en este estudio. En cuanto al pH, se acerca más a la zona de productos ácidos, O. robusta tuvo (0,6767 g ác. Málico/100 g muestra) lo cual concuerda con lo reportado por Crivelli y Nani (18), mientras que O. ficus-indica difiere con un valor por debajo de lo reportado por los anteriores (0,2412 g ác. Málico/100 g muestra), O. ficus-indica presentó pH 4,22, mientras que para O. robusta fue de 4,57 unidades, lo cual se encuentran dentro del intervalo determinado por Crivelli y Nani (18). En el contenido de humedad encontrado en los frutos fue ligeramente menor al reportado por Aquino-Bolaños (19) que varía entre 84 y 90%, así como también menor de 88,4% reportado para Opuntia boldinghii por Viloria- Matos (20). Las variaciones en la caracterización fisicoquímica pueden ser atribuidas a factores como la variedad, las prácticas culturales, el fotoperiodo, clima de la región y estación de cosecha, entre otros factores (19). En el contenido de Betalaínas, las concentraciones que se encontraron son similares a las reportadas para frutos O. ficus-indica (20). A pesar de que la concentración de betalaínas es menor a la reportada para betabel (21), en comparación con otros frutos de cactáceas, Opuntia robusta mostró concentraciones superiores a la pitahaya roja (Hylocereus polyrhizus) que presenta 1,03 ± 0,22 mg/ g (22); y la jiotilla (Escontria chiotilla) que contiene 0,89 mg/g de betacianinas (23). La Capacidad Antioxidante de un extracto o fruto se puede expresar en función del porcentaje de DPPH. En este trabajo se encontró que a medida que aumenta la concentración de betalaínas en los extractos de fruto de Opuntia el porcentaje de DPPH aumenta, por lo tanto Opuntia robusta posee una capacidad antioxidante mayor a la de O. ficusindica. Se ha informado que las betacianinas son antioxidantes más potentes que las betaxantinas (23), y estas últimas son las predominantes en ambas variedades de Opuntia. Por el contrario en el método de ABTS, Opuntia ficus-indica con una menor concentración de betalaínas (0,225 mg/g peso fresco) presentó mayor capacidad antioxidante (195,38 µmol equivalente Trolox/ml de extracto de fruto), por el contrario, O. robusta, a pesar de tener una concentración superior de betalaínas (1,144 mg/g peso fresco), presentó una capacidad antioxidante menor (165,6 µmol equivalente Trolox/ml de extracto de fruto). Se observó correlación entre la concentración de betalaínas y la capacidad antioxidante para los métodos ABTS y DPPH. Para ABTS (r2 = 0,5) mientras que para DPPH (r2 = 0,82). Esto implica que además de los compuestos responsables del color, deben estar presentes otros compuestos como vitaminas y polifenoles que están aportando capacidad antioxidante en O. ficus indica (5,6).
Para el perfil sensorial la combinación de sabores y resabios dulces, ácidos y amargos con distintivas notas frutales, así como aromas florales y frutales característicos de las dos variedades de tuna, resultan agradables al paladar y al olfato, siendo también compatibles con muchos alimentos, incluyendo los lácteos. Estas características, hacen de los frutos ensayados una excelente alternativa como fuente de colorantes y aditivos alimenticios (24), en comparación con los sabores terrosos que distinguen a los colorantes obtenidos del betabel, y a su clásica aversión a los lácteos (9). El sabor y resabio mostraron una relación ácido-dulce, debida principalmente al aumento de la acidez y a la disminución de la concentración de azúcares que tienden a tener los frutos colectados cerca del invierno (17). Otra característica sobresaliente de las betalaínas de Opuntia es su alto coeficiente de extinción molar que les brinda un poder de tinción comparable al de los colorantes sintéticos (25)
El conocimiento de las características de especies de Opuntia no cultivadas es importante con la finalidad de difundir sus características e impulsar su aprovechamiento. Sus cualidades organolépticas, notas dulces, frutales y florales tanto en aroma como en sabor y sus características fisicoquímicas grado de acidez y contenido de azúcares, fueron parecidas ya que no se detectaron diferencias significativas, lo que corrobora la aceptabilidad para su consumo en fresco. Por otro lado, la concentración de betalaínas disponibles en ambos frutos, les confiere la cualidad de poder ser empleadas para la producción y extracción de betalaínas que a su vez pueden ser componentes de productos nutraceúticos por su fuente natural de antioxidantes y sabor dulce afrutado, además de utilizarse en la industria como pigmentos naturales y aditivos alimenticios de origen vegetal los cuales se encuentran en creciente demanda en la industria
Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, por la beca otorgada (No. de beca 231489). Al Instituto Tecnológico de Celaya y al Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey Campus Querétaro, por permitirnos el uso de sus instalaciones y equipo para el desarrollo del presente trabajo y a FOFI 2013, por el financiamiento del proyecto. Al proyecto PFCE-2017 por otorgar los recursos para la publicación de este manuscrito.
Recibido: 22-06-2017
Aceptado: 05-09-2017