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Evaluacion de las propiedades de los compuestos activos de la stevia
Química (204)
Universidad Autónoma de Querétaro
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Nombre del proyecto: Evaluación de las propiedades de los compuestos activos de la extracción de stevia (Stevia rebaudiana bertoni)” Empresa: LABORATORIO DE ANALISIS CLINICOS “AXCAN” Memoria que como parte de los requisitos para obtener el título de TSU de la carrera en: TSU Química área Biotecnología Presenta GONZALEZ LIMON ALAN ASESOR DE LA UTC cDr. Víctor Manuel Hernández Pimentel ASESOR DE LA ORGANIZACIÓN Q.F Ma. Raquel Arias Lara Corregidora, Qro., Agosto de 2018. 1 RESUMEN La presente investigación, tuvo como objetivo obtener un extracto concentrado a partir de hojas de stevia (Stevia rebaudiana Bertoni), para así obtener los compuestos activos y evaluar sus propiedades. Esta planta tiene un poder edulcorante que llega a ser hasta 300 veces más dulce que la sacarosa. Los edulcorantes han sido ampliamente discutidos respecto a algunos efectos ante diferentes enfermedades como: la obesidad, diabetes y caries. Su origen, es un factor determinante en la aceptación de los consumidores, pudiendo ser de extractos naturales y algunos otros son sintéticos. Es por ello que en esta investigación encauzo la atención en la evaluación de la capacidad antimicrobiana, antioxidante y sobre todo de edulcorante de la planta de stevia (Stevia rebaudiana Bertoni). Se extrajeron los compuestos activos de la stevia, mediante algunos tratamientos térmicos trabajando a temperaturas de 80°C y 100°C, para obtener un mayor contenido de edulcorante a 100°C. Se evaluó la capacidad antimicrobiana contra Staphylococcus aureus, donde se trabajó con extractos a 80°C con el fin de no modificar un exceso y el contenido de algunos compuestos antioxidantes, donde se obtuvo una nula diferencia significativa en comparación con una muestra testigo sin extracto ABSTRACT The objective of this investigation was to obtain a concentrated extract from stevia leaves (Stevia rebaudiana Bertoni), in order to obtain and evaluate the active compounds and their properties. This plant has a higher sweetening power than sucrose about 300 times. Sweeteners from a food point of view had been discussed about their effect to several diseases such as obesity, diabetes and dental cavities. The sweeteners origin is a determining factor in the acceptance of consumers, and could be obtained from natural extracts and some others are synthetized. For that reason, this research evaluated the antimicrobial, antioxidant and sweetening capacity of the stevia plant (Stevia rebaudiana Bertoni). Active compounds were extracted from stevia using thermal treatments at 80 ° C and 100 ° C temperatures, obtaining the higher amount of sweetener at 100 ° C. The antimicrobial activity against Staphylococcus aureus was carried out, where extracts were extracted at 80 ° C in order to maintain the content of some antioxidant compounds where no significant difference was observed in comparison with the control treatment without extract. 2 AGRADECIMIENTOS A mi gran Universidad Tecnológica de Corregidora, por la oportunidad brindada para disfrutar de su labor inigualable de abrigo, preparación y acompañamiento durante esta etapa de formación, así como también por ayudarme a conseguir uno de mis grandes sueños que fue aprender sobre lo que más me gusta y me motiva. Al personal docente que conforma a esta mi segunda casa por su paciencia, conocimiento y sobre todo experiencia, son base fundamental para el logro de esta etapa. Al cDr. Víctor Manuel Hernández Pimentel, por el tiempo y conocimiento invertido en este proyecto, maestro créame que su experiencia y actitud son fuente de motivación para seguir adelante, gracias profe. 4 INDICE Introducción ................................................................................................................................ 7 Justificación ................................................................................................................................ 9 Capítulo I .................................................................................................................................. 11 Marco Teórico .......................................................................................................................... 11 1 Edulcorantes ....................................................................................................................... 11 1.1 Definición ........................................................................................................................ 12 1.1 ¿Cuáles son los edulcorantes aceptados actualmente? ................................................ 13 1.1 Tipos de edulcorantes ....................................................................................................... 13 1.1 La ingesta diaria aceptable (IDA) ..................................................................................... 15 1.1 Características de algunos edulcorantes .......................................................................... 16 1. Ventajas y desventajas del uso de edulcorantes .................................................................. 17 1.2. Generalidades de la stevia............................................................................................... 18 1. Especies identificadas. ....................................................................................................... 19 1.3. Composición química de Stevia ....................................................................................... 19 1.3 Descripción morfológica de Stevia ................................................................................... 20 1. Características Agronómicas ............................................................................................. 22 1.4. Clima .............................................................................................................................. 23 1.4. Suelos.............................................................................................................................. 23 1.4. Propiedades Fisicoquímicas ............................................................................................ 23 1. Compuestos Antioxidantes de la Stevia ............................................................................... 25 1. Métodos para la extracción de los compuestos activos de Stevia ........................................ 25 1.6 Obtención de los diferentes compuestos activos de la planta de Stevia con algunos solventes orgánicos. ................................................................................................................................. 25 1.6. Purificación con resinas .................................................................................................. 26 1 Propiedades antimicrobianas .............................................................................................. 26 1 Aplicaciones ........................................................................................................................ 27 Capitulo II................................................................................................................................. 28 OBJETIVOS ............................................................................................................................. 28 2 Objetivo General ................................................................................................................. 28 2 Objetivos específicos ........................................................................................................... 28 Capítulo III. HIPÓTESIS .......................................................................................................... 29 Capitulo IV. METODOLOGÍA ................................................................................................. 30 3 Extracción de los compuestos activos de la stevia ............................................................... 30 3 Purificación con resinas ...................................................................................................... 30 3 Cuantificación de los compuestos activos de la stevia ......................................................... 31 3 Cuantificación de Fenoles totales ........................................................................................................ 31 3 Evaluación de las propiedades antimicrobianas ............................................................. 31 Capitulo V. Resultados.............................................................................................................. 33 4 Cuantificación de los azucares reductores presentes en la planta de stevia ......................... 33 4 Cuantificación de fenoles .................................................................................................... 34 4 Verificación de la propiedad antimicrobiana de la planta de stevia ..................................... 35 Capítulo V. CONCLUSIONES ................................................................................................. 37 Bibliografía ............................................................................................................................... 38 5 Introducción El consumo de azúcar y sus repercusiones con la salud ha sido ampliamente debatido, ya que una persona consume entre los 200 y 300 g al día, y esto es consecuencia de la alta disponibilidad de azúcar en diversos alimentos, y es aquí donde puede conllevar a la aparición de enfermedades crónico-degenerativas, y esto puede considerarse una amenaza para la sociedad. Sin embargo, a pesar de que han sido aceptados en los diferentes mercados como suplementos dietéticos, han generado una gran cantidad de dudas sobre sus efectos al consumirlos sobre la salud humana (Marín, 2011). Los edulcorantes son utilizados como sustitutos del azúcar los tratamientos contra el sobrepeso y la diabetes, enfermedades que pueden conducir al desarrollo de múltiples padecimientos, del tipo crónico degenerativo (INSP, 2011). Existen diversos tipos de clasificación de los edulcorantes: en base a su origen, poder edulcorante y aporte calórico, este último es el que permite evidenciar las características del mismo y define el uso que la industria alimentaria le da, entre los edulcorantes nutritivos o calóricos se incluyen el azúcar tradicional, los azúcares refinados, jarabe de alta fructuosa, edulcorantes derivados del maíz, miel, entre otros, luego se ubican los edulcorantes con un menor valor calórico (polioles o alcoholes de azúcar) como el sorbitol, manitol, xilitol, isomaltosa y los hidrolizados hidrogenados de almidón así como los nuevos endulzantes tagatosa y trehalosa (Velasco et al, 2011). El consumo de alimentos y bebidas que contienen edulcorantes no calóricos ha aumentado significativamente en los últimos años, en Estados Unidos un 86 % de la población consume alimentos y bebidas bajos en azúcares. Los edulcorantes no nutritivos o no calóricos se han posicionado en el centro de atención de la industria de aditivos para alimentos y suplementos dietéticos, que a su vez, han originado controversia en torno a los riesgos de su consumo; entre ellos se encuentran: sacarina, ciclamato, aspartame, acesulfame-K, sucralosa, neotame y stevia (único edulcorante de origen natural) (Yantis, 2011). La stevia en particular es un aditivo alimentario bajo en calorías o podría llamarse así el fármaco potencial adecuado para los diabéticos (Yong-Heng et al., 2014). 7 Las formas disponibles de la stevia en el mercado son diversas (suplementos dietéticos, polvo, líquido e infusión herbal, etcétera) y cada uno cumple la función de nutracéutico o funcional, siempre y cuando éste no haya sido purificado o refinado. Además, está promovido como un aditivo seguro, pues en diciembre del 2008 la Food and Drug Administration (FDA) de Estados Unidos aprobó el uso de extractos de stevia de alta calidad en alimentos y bebidas. La legislación mexicana, por medio del “Reglamento de la Ley Federal de Salud en Materia de Control Sanitario de Actividades, Establecimientos, Productos y Servicios”, expedido en 1999, lo incluye en el grupo 12 de aditivos como: los “edulcorantes no nutritivos” y lo define como “sustancia natural o sintética, que puede sustituir parcial o totalmente el dulzor del azúcar” (Ramírez et al, 2011). 8 que, el almacenamiento a altas temperaturas (110°C), podrían tener lugar a una degradación de los edulcorantes (González et al., 2011). De esta manera, se presenta información respaldada aún y cuando el rendimiento obtenido es mínimo, ya que al utilizar otros métodos, que incluyen el refinamiento, el rendimiento es considerable pero no conserva las propiedades que lo hacen ser natural principalmente porque, como cita González (2011), la stevia sin refinar se usa como bactericida, tema que es objeto de investigación en el presente trabajo, por lo cual no es conveniente emplear métodos de refinamiento para aumentar el rendimiento y así hacer posible la evaluación de sus propiedades antimicrobianas. 10 Capítulo I Marco Teórico 1 Edulcorantes Los millones de personas que existen en el mundo siempre ha optado por los sabores dulces, se ha descrito que hace 2,000 años, dónde el primer edulcorante empleado fue la miel de abeja y que posteriormente, se emplearon o descubrieron otros edulcorantes. En esa época, se podría decir que eran de origen natural según García (2004), actualmente existe un gran incremento en lo que es el consumo de la sacarosa, conocida como azúcar de mesa, que se obtiene de la caña de azúcar y algunas veces de la remolacha. El valor energético de la sacarosa es muy alto y el valor nutritivo es limitado, sin embargo, se ha demostrado que su consumo se ha sido incrementado 5 veces más, y esto cada vez es más grave ya que se pueden tener demasiadas consecuencias al consumir un exceso de azucares como lo son las enfermedades crónico-degenerativas (Campoy, 2006). Se han desarrollado demasiados edulcorantes artificiales que por su composición química son poco calóricos, que surgieron de una forma para complacer a aquellas personas que tiene un cierto límite estricto en cuanto al consumo de calorías. La biotecnología ha tenido un gran impacto ya que ha tenido un gran impacto ya que existen algunos edulcorantes que no son precisamente azucares, y pueden o tienen un método de extracción donde se ven implicados varios procesos mediado por algunos catalizadores (García et al, 2004). El consumo de diversos azucares puede aún ser una gran duda entre los investigadores ya que se desconoce mucha información acerca de cuál es la verdadera causa de su consumo excesivo. Los edulcorantes pueden estar presentes en diversos alimentos que consumimos a diario sin darnos cuenta, ya que por el sabor dulce, no hace ningún desagrado y seguimos consumiendo más ignorando los daños que pueden traer a nuestra salud. El consumo elevado de ciertos azucares se puede asociar a diversas patologías como el sobrepeso, obesidad, daños hepáticos, diabetes, enfermedades cardiovasculares y también pueden contribuir al desarrollo de algunas alteraciones 11 Campoy (2006) concluyó que: Existen compuestos químicos que presenta un sabor dulce y amargo, puede ser que sea al mismo tiempo o uno detrás del otro. Para un sabor dulce, debe existir una relación muy fuerte entre los grupos OH y NH2, ya que tienen una influencia muy grande en los que es la sensación, pero actúan de diferente forma. El poder edulcorante se estableció tomando la sacarosa como referencia y su vez se asignó el valor de 1 al sabor dulce de una disolución acuosa de sacarosa, de 30g/l a 20°C. A continuación se presenta a Tabla (1) con el poder edulcorante reportado para diversos edulcorantes: Tabla 1. Poder edulcorante de algunos azúcares. Azúcar Poder edulcorante Sorbitol, manitol 0.50-0 Lactosa 0 Glucosa 0 Fructosa 1.10-1 Xilitol 1 Galactosa 0 Sacarosa 1 Fuente: Campoy, (2006) 1.1 ¿Cuáles son los edulcorantes aceptados actualmente? Para que un sustituto de azúcar sea aceptado y pueda comercializarse, debe haber pasado varias pruebas en el laboratorio. Hoy en día se han aceptado solamente 5 sustitutos de azúcar: la sacarina, el aspartame, la sucralosa, el neotame y el acesulfame de potasio. Todos ellos tiene prácticamente 0 calorías, comparado con el azúcar común que tiene 16 calorías por cucharada (Velasco et al., 2011). 1.1 Tipos de edulcorantes Existen diversas clasificaciones de los edulcorantes pero principalmente por su origen: 13 a) Naturales: Son extraídos de una materia prima como lo es el azúcar, sacarosa, glucosa, jarabes, miel de abeja, maltosa, jugos concentrados de fruta y stevia. La sacarosa y la fructosa son de los principales edulcorantes provenientes del azúcar que estos regularmente se encuentran en alimentos o se pueden agregar como azucares en edulcorantes de jarabes o maíz. A su vez estos edulcorantes, adicionan ciertas propiedades a algunos alimentos por sus propiedades o efectos sensoriales como lo es el sabor, cristalización, viscosidad, fermentación y caramelización (García et al, 2004). La sacarosa es un disacárido que está compuesto por glucosa y fructosa, aporta 4 kcal/g, y proviene de la extracción de la caña de azúcar o la remolacha azucarera. En este proceso se aplica lo que es la refinación ya que extrae los pigmentos amarillentos y marrones del azúcar sin refinar para obtener los llamados cristales blancos, lo que conocemos como azúcar de mesa y la melaza es la forma menos refinada de la sacarosa. En cambio, la fructosa es un monosacárido, y es un componente de la sacarosa que la podemos encontrar en frutas y se agrega en los alimentos y bebidas como jarabe de maíz o en forma cristalina. La fructosa se obtiene a partir de métodos de isomerización de la dextrosa en el almidón de maíz, y ha remplazado a la sacarosa en los alimentos y bebidas que a diario consumimos en virtud de su poder edulcorante y de sus propiedades que ayudan a realzar el sabor y color (García et al, 2004). Una elevada ingesta de fructosa tiene diversas implicaciones a lo largo de nuestra vida, principalmente en nuestra salud gastrointestinal, el control de la glucosa en la sangre y el metabolismo de los lípidos. Con base a lo anterior, la ingesta de fructosa puede ayudar a conducir un más lento aumento de la glucosa en sangre que la proveniente de edulcorante a base de sacarosa junto a la rápida eliminación de fructosa del suero sanguíneo con lo que ayuda a mejorar el control glucémico. Sin embargo, también se puede decir que una alta ingesta de fructosa ayuda a incrementar la producción de precursores de lípidos y aumenta el riesgo de hipertrigliceridemia (Reyes, et al., 2015). b) Químicos: Son extraídos mediante procesos de síntesis química como lo es la sacarina, aspartame, acesulfame-K y sucralosa. 14 Estas recomendaciones han sido adoptadas en algunos países en sus marcos regulatorios, como lo son: México, Chile, Argentina, Brasil y Bolivia. En la unión Europea, según la Agencia de Seguridad Alimentaria Europea (EFSA, por sus siglas en inglés) estableció las siguientes referencias sobre la ingesta diaria de alimentos (Tabla 3). Tabla 3. Ingesta recomendable por la EFSA sobre aditivos alimentario. Edulcorante Ingesta Diaria Admisible Acesulfame de potasio 9 mg/kg de peso corporal por día Aspartame 40 mg/kg de peso corporal por día Ciclamato 7 mg/ kg de peso corporal por día Sacarina 5 mg/kg de peso corporal por día Sucralosa 15 mg/kg de peso corporal por día Fuente: (Campoy, 2006) 1.1 Características de algunos edulcorantes La siguiente Tabla (4) muestra un listado de edulcorantes clasificados como intensivos, por la potencia de dulzor que presentan respecto al azúcar. Tabla 4. Características de edulcorantes y su poder edulcorante. Edulcorante Poder Edulcorante y -Origen Acesulfame K (potásico) PE 130 a 200 veces más que la sacarosa. Es estable a temperaturas elevadas, mantiene sus propiedades sensoriales en un amplio intervalo de pH, no deja residuo desagradable. Aspartamo E-951 PE 100-200 veces más que la sacarosa. No deja resabio amargo, baja estabilidad frente al calor y el pH inferior a 2 y superior a 5, inestable en bebidas carbonatadas. Ácido ciclámico (ciclamato) y sus sales de sodio y calcio E-952 Sacarina y sales de sodio, PE 80 es veces más que la sacarosa, no deja resabio amargo, y es estable a la luz y al calor en un amplio intervalo de pH Potasio y calcio E-954. PE 300-400 veces más que la sacarosa, resistente al calor y a la acidez, regusto amargo. Sucralosa E-955 PE 600 veces más que la sacarosa, estable a temperaturas elevadas, perfil sabor igual que el del azúcar. 16 Taumatina E-957 PE 1400 a 2200 veces más que la sacarosa, estable al calor y pH. Neoesperidina DC, E-959. PE 250-1800 veces más que la sacarosa, estable al calor y en disolución acuosa con pH entre 1 y 7, actúa más como potenciador de sabor que como edulcorante. Azúcar-alcohol sintético, que se obtiene a partir de la maltosa, procedente del almidón. Presenta un PE de 0 veces más que la sacarosa. Maltitol, manitol, jarabe de maltitol, E- 965 Isomaltol E-953, mezcla de glucosa, sorbitol y glucosa y maltitol Poder edulcorante de 0 veces más que la sacarosa valor energético 2kcal/g. Útil para diabéticos. Azúcar, alcohol obtenido a partir de la lactosa. Ingesta superiores a los Lactitol E-966 25g pueden tener efectos laxantes. PE 0 veces que la sacarosa. Azúcar-alcohol presente en muchos vegetales, comercialmente se obtiene a partir de polisacárido xilano, de la pulpa de la madera. PE 1 Xilitol E-967 veces más que la sacarosa. Potenciador de sabor, soporte, humectante, estabilizador, espesante, agente de carga y secuestrante, productos de confitería y derivados Eritritol E-968 lácteos. Sorbitol E-420 PE 0 veces más que la sacarosa Fuente: (Cruz, M et al, 2015) 1. Ventajas y desventajas del uso de edulcorantes Marín (2011), indicó que en el mercado los edulcorantes han ido creciendo y consecuentemente ha nacido la necesidad de que los productos contengan sabores más dulces y con menos calorías, lo ha generado una gran controversia sobre los efectos que su consumo pueda traer a la salud. A continuación la Tabla (5) muestra las ventajas y desventajas del uso de los edulcorantes clasificados en calóricos y no calóricos. Tabla 5. Ventajas y desventajas de los edulcorantes. Edulcorantes Calóricos Ventajas Alta disponibilidad Desventajas Edulcorantes No Calóricos Ventajas Rápida absorción de Saludables azúcares. Desventajas en Precios altos. relación a nulo o bajo aporte calórico. 17 Especie Nombre Científico Nombres Comunes Rebaudiana Stevia rebaudiana Bertoni Hoja dulce de Paraguay, hee de kaa, ca un yupi, Azucacaa, Eiracaa, capim doce, herba doce y stevia Fuente: (Zanon, 2010). 1. Especies identificadas. Zanon (2010), menciona las especies identificadas de Stevia, siendo: Stevia adenophora B. L. Rob. Stevia alatipes B. L. Rob. Stevia alpina Griseb. Stevia amabilis Lemmon ex A. Gray Stevia callosa Cerv. ex Loudon Stevia potosina Soejima, Yahara & K. Watan. Stevia rebaudiana Bertoni 1.3. Composición química de Stevia Zanon (2010), menciona los principales componentes de Stevia, siendo: Monoterpenos Diterpenos labdamicos Triterpenos Sesquiterpenos Esteroides Flavonoides Taninos Aceites volátiles 19
Evaluacion de las propiedades de los compuestos activos de la stevia
Materia: Química (204)
Universidad: Universidad Autónoma de Querétaro
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