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Archivo para la Categoría "Ciencia y Tecnología de los alimentos"

Guerra al Plástico en la Industria Agroalimentaria

El excesivo uso de los plásticos en la industria agroalimentaria está en el punto de mira de la opinion pública habida cuenta de su acumulación en el medioambiente y su interacción negativa con los ecosistemas. Sin embargo, y según apunta la Profesora Maria Isabel Gil (CEBAS-CSIC), el sector Agro está hacienda un gran esfuerzo para reducer su uso y mejorar la gestion de los resíduos.

Para más información: Plasticos CEBAS

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RIESGOS MICROBIOLÓGICOS

(ANA ALLENDE (Investigadora Científica del Grupo de Tenología de los Alimentos y Vicedirectora del CEBAS-CSIC)

Cada vez más, los productos vegetales ocupan los principales titulares de los periódicos debido principalmente a sus propiedades beneficiosas para la salud, pero también en algunos casos porque están implicados en toxiinfecciones alimentarias (enfermedades que se producen por la ingesta de alimentos contaminados por microorganismos patógenos o sus toxinas). Recientemente, se ha asociado una intoxicación alimentaria al consumo de vegetales congelados contaminados con ‘Listeria monocytogenes’. Las autoridades confirman que han sido casi 50 personas las implicadas y que ha causado nueve muertes. Los estados miembros de la Unión Europea afectados por este brote son Austria, Dinamarca, Finlandia, Suecia y el Reino Unido. Los primeros afectados aparecieron a finales del 2015, pero ha sido en los últimos meses cuando se ha producido un incremento en el número de casos. En principio, todos los productos contaminados se asocian a una planta de procesado de productos congelados ubicada en Hungría.

Desde enero de 2018 se sospecha que han sido los vegetales congelados la causa de la intoxicación, pero no ha sido hasta finales de junio cuando se han comenzado a tomar las primeras medidas por parte de las autoridades competentes. A día de hoy, la producción en la planta de procesado afectada en Hungría ha sido detenida y se ha procedido a retirar los productos afectados que todavía están en los puntos de distribución y venta. La empresa estima unas pérdidas hasta el momento de más de 30 millones de euros.

La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA), con la que la que colaboro como miembro del Panel de Riesgos Biológicos (Biohaz), y del grupo de trabajo involucrado en esta alerta alimentaria, ha publicado este mes, a petición de la Comisión Europea, un informe científico-técnico que incluye las recomendaciones para la detección y el análisis de ‘L. monocytogenes’ en plantas de procesado de vegetales congelados. El informe establece las estrategias de muestreo y los métodos microbiológicos más apropiados para mejorar la sensibilidad de su detección en el agua de proceso y en las plantas de congelación de frutas y hortalizas. También se identifican los puntos críticos de muestreo para la monitorización de ‘L. monocytogenes’ en las instalaciones y el equipamiento.

Esta no es la primera vez que el Cebas-CSIC colabora con la EFSA para identificar los riesgos microbiológicos asociados a productos vegetales. Desde el año 2011, y a raíz del brote toxiinfeccioso en Alemania asociado al consumo de germinados, he formado parte de distintos grupos de trabajo del Panel Biohaz con el fin de determinar las fuentes de riesgos microbiológicos asociados a estos productos, así como posibles métodos de control para evitar dichos riesgos.

Asimismo, los proyectos de investigación llevados a cabo en el Grupo de Calidad y Seguridad del Cebas-CSIC se centran en gran parte en el desarrollo y optimización de nuevas estrategias de control para reducir los riesgos microbiológicos asociados a ‘L. monocytogenes’ y otras bacterias patógenas. Recientemente, y en colaboración con la empresa Danesa ISI-Food, se han realizado estudios para inhibir el crecimiento de ‘L. monocytogenes‘ en hortalizas de hoja mediante el uso de bacteriófagos, que son virus que infectan exclusivamente a las bacterias, y en este caso a la bacteria ‘L. monocytogenes‘. Los resultados obtenidos han sido muy prometedores y con posibilidades de implantación real en la industria de vegetales frescos cortados.

BENEFICIOS DEL CONSUMO DE GRANADA: PAPEL DE LA MICROBIOTA INTESTINAL Y LA PRODUCCION DE UROLITINA

La granada es considerada una de las frutas más saludables debido a que su consumo se asocia con la prevención de diferentes enfermedades crónicas. Los elagitaninos y particularmente las punicalaginas y las punicalinas son los principales polifenoles presentes en dicha fruta. Estos polifenoles poseen una elevada capacidad antioxidante in vitro pero prácticamente no se absorben en el intestino y por lo tanto, su biodisponibilidad es muy baja. Sin embargo, los elagitaninos de la granada son transformados por las bacterias intestinales dando lugar a grupo de moléculas llamadas urolitinas. Estas urolitinas sí son absorbidas en el intestino, son capaces de circular en plasma y llegan a los distintos órganos a una concentración significativa.

Urolitinas_Granada

Estudios in vitro y con modelos animales muestran la capacidad antiinflamatoria, anti-cáncer, cardioprotectora y neuroprotectora de las urolitinas. Sin embargo hay todavía pocos estudios que demuestren sin lugar a dudas, los efectos beneficiosos del consumo de granada en humanos. El motivo es que no todos los individuos producen el mismo tipo y cantidad de urolitinas tras el consumo de granada lo cual depende de la composición de su microbiota intestinal. Los individuos pueden dividirse en tres grupos que hemos denominado metabotipos A, B y 0. Los individuos pertenecientes al metabotipo A se caracterizan por la producción de urolitina-A que es la urolitina más estudiada y a la que más beneficios se han atribuido hasta la fecha. Los individuos del metabotipo B además de urolitina-A, producen isourolitina-A y/o urolitina-B que aunque son urolitinas menos conocidas también muestran actividad biológica en estudios in vitro. Por último, están los individuos pertenecientes al metabotipo 0 que no son capaces de producir urolitinas tras el consumo de granada y que no van a verse tan beneficiados del consumo de granada como lo hacen el resto de metabotipos. En consecuencia, los individuos pueden ser estratificados en tres metabotipos que podrían justificar la controversia que existe respecto a si el consumo de granada es beneficioso realmente y se debe considerar para entender la variabilidad interindividual en los efectos en la salud.

En los últimos años diversos grupos de investigación han trabajado en la identificación de las bacterias intestinales capaces de transformar los polifenoles de la dieta. Particularmente, en el Grupo de Calidad, Seguridad y Bioactividad de Alimentos Vegetales (CEBAS-CSIC), hemos aislado del intestino de humanos sanos, y descrito por primera vez, distintas especies bacterianas pertenecientes a la familia Eggerthellaceae como Gordonibacter urolithinfaciens, Gordonibacter pamelaeae y Ellagibacter isourolithinfaciens que son capaces de producir algunas de estas urolitinas. La actividad biológica cada vez más indudable de las urolitinas, explica la relevancia que tiene la identificación de las bacterias capaces de producir dichas moléculas como potenciales probióticos de nueva generación con aplicación en el desarrollo de alimentos funcionales y nutracéuticos.

Selma MV , García-Villalba R, González-Sarrías A, Romo-Vaquero M, Beltrán D, Cortés A, Espín JC y Tomás-Barberán FA

Laboratorio de Alimentación y Salud,  Grupo de Calidad, Seguridad y Bioactividad de Alimentos Vegetales. CEBAS-CSIC,  Campus de Espinardo, Nº 25, 30100, Murcia, España 

 

Investigadores del CEBAS enriquecen variedades de rábano rosa y rojo para prevenir la obesidad

Científicos del Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura (CEBAS), perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), han demostrado que con la ingesta de brotes de enriquecido en glucosinolatos y compuestos fenólicos, dos tipos de metabolitos secundarios presentes en dichos vegetales, se puede inducir una mejora en el metabolismo energético de los seres humanos.

“Lo que hemos hecho ha sido bioestimular los brotes o germinados; es decir, inducir una respuesta similar a la del ataque de una plaga, para que se defienda y produzca más metabolitos de defensa: los glucosinolatos y los compuestos fenólicos, que son los que a nosotros nos interesan para nuestro organismo”, asegura Cristina García-Viguera, responsable del laboratorio de Fitoquímica en el Departamento de Ciencias y Tecnología de Alimentos del CEBAS-CSIC y una de los investigadores que han realizado el estudio sobre el rábano rosa. García-Viguera destaca que estos metabolitos “pueden ayudar a prevenir o paliar enfermedades como la obesidad o la Diabetes tipo II”.

Para poder comprobar de una forma sencilla cómo funciona el mecanismo de aumento de la producción de glucosinolatos, los investigadores, utilizaron como modelo animal la mosca del vinagre (Drosophila spp) o de la fruta, porque “es un organismo completo y que te permite tener muchas poblaciones. Por lo tanto, te da la comodidad de trabajar con un modelo animal pero a una escala de laboratorio. Además, nos permite realizar muchos experimentos en un espacio de tiempo reducido y con muchas poblaciones a la vez”, afirma Diego A. Moreno, también investigador del Departamento de Ciencias y Tecnología del CEBAS-CSIC y coautor del presente estudio y coordinador del Proyecto AGL 2013-46247P en el que se enmarcan estos estudios.

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Brotes de Rábano Rosa enriquecidos en el laboratorio por los investigadores del CEBAS-CSIC

Moreno destaca que, gracias a estas investigaciones, han demostrado por primera vez la capacidad de este animal de metabolizar los glucosinolatos, produciendo isotiocianatos, que son los metabolitos que ejercen las propiedades beneficiosas.

Otro de los resultados importantes de la investigación ha sido comprobar la reducción en la absorción de glucosa, que se relaciona con la Diabetes tipo II y la obesidad, en la mosca de la fruta, la cual estuvo sometida a una dieta basada en brotes de rábano rojo. “Tratábamos de ver que tomando este alimento podíamos interferir en el metabolismo de la glucosa y, por tanto, interferir en los diferentes factores de la obesidad”, detalla García-Viguera.

Bioinductores para elevar el número de antocianos

Además de buscar un aumento de las cantidades de compuestos beneficiosos para la salud, los investigadores del CEBAS-CSIC han conseguido en un segundo estudio que otras dos variedades de rábano -Rosa y Rambo- produzcan un mayor número de antocianos, unos pigmentos naturales presentes en las plantas, pertenecientes al grupo de los compuestos fenólicos, que pueden contribuir al tratamiento de la obesidad y de otras enfermedades, debido a su efecto antioxidante, y de modulación de enzimas del metabolismo de la glucosa y de los lípidos, así como en relación con mecanismos de la inflamación crónica, que ocurren en obesidad y en otras enfermedades, y por su capacidad para atravesar la barrera hematoencefálica, pudiendo llegar al cerebro y ejercer allí su actividad protectora a nivel de sistema nervioso central, previniendo el deterioro cognitivo.

El método empleado para conseguir esa mayor producción ha consistido en el uso de bioinductores en el rábano, unos compuestos que avisan del peligro y tienen como respuesta la producción de antocianos. Azúcares como la glucosa y la sacarosa resultaron ser los más efectivos tras introducirse en las plantas, pues se consiguió un aumento de estos pigmentos del 50% en rábano Rosa y del 30% en la variedad Rambo.

Los resultados de estas investigaciones podrían dar lugar al desarrollo de nuevos alimentos funcionales y de suplementos dietéticos para mejorar la salud de las personas. No obstante, los investigadores García-Viguera y Moreno coinciden en que la mejor opción es tomar el alimento completo, no únicamente la cápsula con el compuesto aislado. “Lo recomendable sería tomar el alimento enriquecido debido a que también te tomas las vitaminas, minerales y otros nutrientes y compuestos, los cuales se potencian entre sí, por lo que es más beneficioso”, concluye la responsable del Laboratorio de Fitoquímica. Los resultados de ambas investigaciones han sido publicados en las revistas ‘International Journal of Molecular Sciences’ y ‘Food Research International’, y forman parte de la Tesis Doctoral que la investigadora Nieves Baenas Navarro realizó con el equipo del Departamento de Ciencias y Tecnología de Alimentos del CEBAS-CSIC.

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Diego Moreno, Nieves Baenas y Cristina García

EFECTO PERSONALIZADO DE LA GRANADA EN LA PREVENCIÓN CARDIOVASCULAR: NUESTRAS BACTERIAS INTESTINALES DECIDEN.

Nuestro cuerpo se encuentra colonizado por infinidad de microorganismos, y a su conjunto lo llamamos ‘microbiota’. Nuestra piel, nariz, ojos, genitales, aparato digestivo… hasta la sangre presenta multitud de microorganismos. Esta ‘invasión’ ocurre durante el nacimiento, los microorganismos pasan de la madre al bebé en el momento del parto y fundamentalmente a través de la lactancia materna. Esta microbiota (tradicionalmente llamada ‘flora’) queda establecida en los primeros años de vida aunque puede modificarse a lo largo de nuestra vida. Con diferencia, es en nuestro intestino grueso donde se encuentra el mayor número y diversidad de especies microbianas.

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El ADN aportado por los microorganismos supera aproximadamente en 400 veces al nuestro por lo que, genéticamente, somos más microbios que humanos. Y no se trata simplemente de una legión de ‘micro-mascotas’ o un ‘micro-zoo’ que tenemos en nuestro interior, sino que es esencial para nuestra supervivencia y estado de salud. La microbiota intestinal forma un auténtico ecosistema en equilibrio. Hoy día sabemos que alteraciones en este equilibrio (proceso llamado disbiosis) pueden relacionarse con multitud de procesos crónicos como la inflamación intestinal, el colon irritable, cáncer colorrectal y también la diabetes, síndrome metabólico, enfermedades cardiovasculares, obesidad, alergia y asma. Hasta nuestro sentido del humor, conducta, ánimo, salud mental e intelecto pueden afectarse por esta microbiota a través del llamadoeje cerebro-intestino (autismo, enfermedad de Alzheimer y Parkinson, depresión y ansiedad).

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Es conocido que las personas ‘sobre-protegidas’ en su infancia (esterilizar el chupete, sin contacto con animales, vida en ciudad, lavado excesivo de manos, etc.), presentan una microbiota menos diversa que los hace más propensos a las alergias.

La obesidad es un factor de riesgo importante para el desarrollo de numerosas enfermedades, como por ejemplo, las cardiovasculares. Un aspecto conocido es que la microbiota intestinal de obesos y delgados es diferente (en la obesidad hay cierta disbiosis intestinal, que contribuye al riesgo cardiovascular). De hecho, sabemos que si la microbiota de una persona delgada se transfiere a un obeso (lo que se llama ‘trasplante fecal’), el obeso, adelgaza. Y en ratones, también se ha descrito el efecto inverso, el ratón delgado se transforma en obeso al recibir la microbiota intestinal de una persona obesa. Son muchos más los ejemplos disponibles: Si a ratones sanos transferimos la microbiota de enfermos de Parkinson, los ratones desarrollan los síntomas de la enfermedad. También, ciertos voluntarios sometidos a trasplante fecal han comentado ‘que se notan raros, pensando o comportándose de forma diferente a como lo hacían’ (cambios de actitud); y así, un largo y apasionante etcétera.

La microbiota intestinal está influenciada por numerosos factores: genéticos, ambientales y estilos de vida; pero es nuestra dieta la que más le afecta. Sabemos que existe una interacción continua y recíproca entre nosotros y nuestra microbiota. La microbiota transforma los constituyentes de alimentos y éstos a su vez, también pueden modificar la microbiota. Pero estos procesos no ocurren igual en todos los individuos pues depende de la microbiota de cada cual. Esto contribuye a que exista una gran ‘variabilidad inter-individual’, es decir, no todas las personas responden por igual al consumo de alimentos e incluso también de fármacos. Al igual que existe la ‘medicina personalizada’ que considera tratamientos específicos según el individuo, también caminamos hacia la ‘nutrición personalizada’, donde los alimentos y dietas van dirigidos a obtener el beneficio máximo y específico según la persona.

Seguir una dieta rica en frutas y verduras, como la mediterránea, es beneficioso para la salud. Esto se debe en parte a ciertos constituyentes de alimentos vegetales, los polifenoles, a los cuales tradicionalmente se les ha atribuido un papel protector frente a enfermedades crónicas como las cardiovasculares, neurodegenerativas y cáncer. Sin embargo, en los últimos años han surgido controversias y los resultados de distintos estudios no son concluyentes. Un ejemplo es la granada. En el grupo de ‘Alimentación y Salud’ del CEBAS-CSIC fuimos pioneros en el mundo al identificar que cuando ingerimos ciertos polifenoles presentes en la granada, fresas, nueces, etc., llamados elagitaninos, nuestra microbiota intestinal los transforma en otras moléculas más simples, pero con actividad biológica, llamadas urolitinas. Y aquí encontramos un ejemplo de ‘variabilidad-interindividual’ pues no todas las personas pueden realizar este proceso de forma similar.

Los ‘metabotipos’

Hay personas (aprox. el 10% de la población) que no pueden producir estas urolitinas (lo que conocemos como tipo metabólico o ‘metabotipo’ 0). El resto que sí puede, tampoco producen las mismas urolitinas. Según el tipo de urolitinas, hay personas con un metabotipo que llamamos ‘A’ (aprox. el 70% de la población), mientras que otras personas son del metabotipo ‘B’ (aprox. el 20%). Digamos que la transformación de estos elagitaninos nos sirve como herramienta para identificar grupos de población con diferente microbiota intestinal. Lo interesante es que estos porcentajes se refieren a personas sanas y de peso normal, mientras que en personas con sobrepeso-obesidad, el % de metabotipo B sube al 30%; y aún más en pacientes con síndrome metabólico o cáncer colorrectal, donde el % de B (45%) es ya superior al A (40%). Como habíamos comentado, la microbiota intestinal es diferente según los individuos, especialmente en algunos desórdenes o enfermedades en los que existe disbiosis intestinal, como en la obesidad, síndrome metabólico y cáncer colorrectal. Así, en nuestro grupo de investigación hemos descrito que según el tipo de urolitinas producido (y que identificamos en la orina de las personas), podemos detectar si puede existir cierto desequilibrio en la microbiota intestinal. Es decir, presentar metabotipo B sería como un biomarcador (como un semáforo) para identificar disbiosis intestinal (o predisposición a ésta).

 

La granada

En el caso de la granada, se había descrito su potencial preventivo frente a enfermedades cardiovasculares, especialmente al mejorar los lípidos (grasas) en sangre, disminuyendo la concentración de colesterol total, de LDL (‘colesterol malo’), etc. Sin embargo, recientes revisiones que analizan todo lo publicado sobre este efecto han concluido que el consumo de granada no mejora los lípidos en sangre. Pero nuestro grupo ha encontrado la respuesta a tal discrepancia: Si se consideran todos los individuos por igual, estamos asumiendo que el efecto de la granada debe ser el mismo en todas las personas, cuando hemos visto antes que existe una gran variabilidad interindividual en la transformación de sus constituyentes bioactivos. El secreto: encontrar cuál puede ser el criterio para diferenciar el efecto entre personas, por ejemplo, agrupándolas según su metabotipo, reflejo de la microbiota intestinal.

Así, nos planteamos evaluar el efecto del consumo de un extracto de granada en los lípidos sanguíneos de un grupo de 50 personas sanas con sobrepeso-obesidad, pero considerando la capacidad de esos voluntarios para transformar los elagitaninos de la granada en urolitinas; es decir, viendo si el diferente efecto de la granada estaba relacionado con el ‘metabotipo’ específico de estas personas.

 

El estudio

Realizamos un ensayo clínico en 50 personas sanas con sobrepeso y obesidad, donde todos los voluntarios consumieron dos dosis de extracto de granada (1 cápsula/día en la dosis-1; y 4 cápsulas/día en la dosis-2) y un placebo en diferentes fases del estudio y con periodos de descanso entre cada tratamiento. Cada tratamiento duró 3 semanas y el ensayo se prolongó durante 6 meses.

-Se evaluó el efecto en 24 marcadores de riesgo cardiovascular, incluyendo desde colesterol total, LDL, HDL, etc. hasta 20 subtipos de estos lípidos sanguíneos y sus formas oxidadas. La edad media de los voluntarios fue 46 años y el índice medio de masa corporal (IMC) fue 30,4 (obesidad a partir de 30). Por ejemplo, al inicio del estudio, la concentración media de colesterol en sangre considerando todos los individuos era 209 mg/dL, ligeramente superior a la recomendable (menor de 200 mg/dL).

-Un primer resultado interesante fue que al analizar la orina de los voluntarios, y agruparlos según su metabotipo (31 del tipo A; 16 tipo B, y 3 tipo 0) observamos que los voluntarios de metabotipo B tenían peores valores de lípidos sanguíneos que el A y el 0 (en 10 de los 24 analizados). Por ejemplo, el valor medio de colesterol en sangre en los voluntarios de metabotipo A era de 201 mg/dL, mientras que en los de metabotipo B era 235 mg/dL, que ya se considera una concentración que debe reducirse. También el LDL (180 mg/dL), y de forma importante su forma oxidada (LDLox) presentaron valores muy por encima en el B respecto al A. Por tanto, las personas obesas con metabotipo B tenían más riesgo cardiovascular que las obesas de metabotipo A.

-El consumo del extracto durante 3 semanas, especialmente a la dosis-2 (efecto dosis-dependiente), disminuyó de forma importante diversos marcadores de relevancia clínica (-15,5% colesterol total, -15% LDL, -47% la fracción pequeña de LDL, -12% la apolipoproteina B, -24% la LDLox, etc.); pero este efecto solo se observó en los voluntarios con metabotipo B. Es decir, estas personas que estaban en una zona de riesgo cardiovascular, cambiaron tras el consumo de la granada hacia una franja de valores normales. Sin embargo, si hubiéramos considerado el efecto en todos los voluntarios a la vez, sin diferenciar por metabotipos, solo se habría observado cierta tendencia pero ningún efecto relevante, en parte debido a que la granada apenas ejerció ningún efecto en los voluntarios del metabotipo A o 0. En otras palabras, solo al agrupar los participantes por metabotipos, se pudo observar un efecto específico, personalizado, en los voluntarios obesos con metabotipo B. Por tanto, la granada reduce el riesgo cardiovascular… pero según las personas (nuestras bacterias deciden…). Un ejemplo de nutrición personalizada.

El estudio se ha publicado en la prestigiosa revista internacional Molecular Nutrition & Food Research (González-Sarrías A, García-Villalba R, Romo-Vaquero M, Alasalvar C, Örem A, Zafrilla P, Tomás-Barberán FA, Selma MV, Espín JC. Clustering according to urolithin metabotype explains the interindividual variability in the improvement of cardiovascular risk biomarkers in overweight-obese individuals consuming pomegranate: A randomised clinical trial. Mol. Nutr. Food Res. 2017; doi: 10.1002/mnfr.201600830).

foto JCE

Juan Carlos Espín es Profesor de Investigación en el Grupo de Alimentación y Salud del CEBAS-CSIC (Campus de Espinardo, Murcia).

 

 

Tesis Doctoral: “Gestión de la calidad del fruto mediante prácticas culturales y aplicación de un modelo fisiológico en melocotonero”

Autora: Rosalía Alcobendas Puig

Directores: Juan José Alarcón Cabañero y Emilio Nicolás Nicolás

Lugar: Escuela Superior de Ingeniería Agronómica. Universidad Politécnica de Cartagena

La escasez de recursos hídricos constituye uno de los principales desafíos del siglo XXI al que se están enfrentando ya numerosas sociedades de todo el mundo. A lo largo del último siglo, el uso del agua aumentó a un ritmo dos veces superior al de la tasa de crecimiento de la población, siendo la agricultura la gran consumidora de agua a nivel mundial, ya que emplea actualmente más del 70% del agua dulce disponible. Por tanto, resulta de vital importancia llevar a cabo estudios encaminados a conseguir una óptima gestión de los recursos hídricos disponibles, especialmente en zonas áridas y semiáridas como el Levante Español, donde se producen la mayor parte de frutas y verduras a nivel nacional, y en la que la pluviometría es especialmente escasa. Además de intentar optimizar la eficiencia en el uso del agua mediante el estudio de nuevas  estrategias y sistemas de riego de precisión, otra herramienta útil que debemos tener en cuenta es el uso de modelos de producción agraria. Estos modelos nos permiten simular un gran número de situaciones o escenarios, variando las condiciones de cultivo, la climatología, las prácticas culturales, etc., y permitiendo de este modo predecir la producción y/o calidad de la cosecha en función de nuestros “inputs” de entrada (entre los que se encuentran los aportes hídricos). De este modo es posible estimar previamente (y de forma aproximada) la relación coste-beneficio al final de cada ciclo de cultivo.

En esta Tesis Doctoral, defendida el 30 de Octubre de 2014, se han planteado dos objetivos principales, el primero de ellos se centra en evaluar y conocer la calidad del fruto de dos variedades de  diferente maduración de melocotonero, en función de distintos regímenes hídricos y carga de cultivo. El segundo objetivo comprende la simulación de la calidad de la cosecha por medio de la parametrización y validación de un modelo mecanístico específico adaptado a las dos variedades. Las dos variedades estudiadas han sido los cultivares “Flordastar” y “Catherine”. La primera de ellas es una variedad extra-temprana (cosechada entre finales de Abril y primeros de Mayo), cuya importancia económica radica principalmente en su precocidad, siendo ésta cualidad uno de los motivos del progresivo incremento de la superficie de cultivo dedicado a dicha variedad en los últimos años. En cambio, “Catherine” es una variedad de media estación tradicionalmente cultivada en la Región de Murcia, cuya cosecha se realiza a mediados de Julio.

 

Figura 1.- Variedades de melocotonero utilizadas en esta Tesis                                                Doctoral (A: cv. “Flordastar” y B: cv. “Catherine”).

Figura 1.- Variedades de melocotonero utilizadas en esta Tesis
Doctoral (A: cv. “Flordastar” y B: cv. “Catherine”).

En general los resultados obtenidos mostraron que, en el caso de “Flordastar”, la estrategia de riego aplicada afectó al crecimiento de los frutos, obteniéndose un mayor porcentaje de frutos no comerciales en el tratamiento de riego deficitario controlado (RDC). Además, los árboles del tratamiento control produjeron un mayor número de frutos de calibre extra (AAA). La carga productiva también afectó el crecimiento reproductivo, siendo mayores y más firmes los frutos de los árboles que presentaron una carga baja de frutos. Respecto al grado de exposición a la luz solar, éste resultó un factor con gran influencia sobre la calidad de los frutos, siendo los más expuestos a la luz solar los que alcanzaron un mayor tamaño, y presentando un color rojo más intenso que los que no recibieron la luz solar directa. Los resultados obtenidos permitieron identificar que los efectos negativos del RDC sobre la calidad de la fruta en “Flordastar” pueden ser parcialmente compensados mediante una distribución de frutos en el árbol que permita una exposición óptima de los mismos a la luz solar y en la que se evite posicionarlos en las zonas más distales de los ramos fructíferos.

En la variedad “Catherine”, se evaluó además la evolución y contenido de azúcares en la pulpa de los frutos. La concentración de azúcares constituye uno de los principales componentes nutricionales de la fruta, y su proporción en la misma varía a lo largo del ciclo de maduración, aportando el dulzor característico. En este caso, la estrategia de RDC aplicada no afectó significativamente al crecimiento del fruto, sin embargo, influyó sobre algunos de los parámetros de calidad evaluados. Así, el contenido en sólidos solubles, los ácidos cítrico, málico y tartárico, y algunos azúcares (glucosa y sorbitol) resultaron ser más elevados en los frutos procedentes del tratamiento de RDC. Ambos tratamientos de riego produjeron un porcentaje similar de frutos de categoría extra (AAA). Atendiendo a la distribución de los frutos dentro de la copa del árbol (altura, exposición a la luz solar y orientación), se observó que los posicionados en zonas altas del dosel y, por tanto, más expuestos a la luz solar, presentaron un mayor contenido en sólidos solubles, ácidos orgánicos (cítrico, málico y tartárico) y azúcares (sorbitol y glucosa).

El segundo bloque de este trabajo de investigación está dedicado a la validación y parametrización de un modelo mecanístico denominado ‘QualiTree’ (Lescourret et al., 2011), para las dos variedades de melocotonero anteriormente mencionadas. Este modelo integra las ventajas de los dos tipos de modelos existentes en agronomía, (agronómicos y mecanísticos), e incorpora parámetros de calidad de fruto (tamaño, proporción del peso de la pulpa sobre el peso total, contenido en materia seca de la pulpa, y concentraciones de cuatro azúcares reductores) mediante la integración de las ecuaciones publicadas por Lescourret y Génard (2005). En primer lugar, se llevó a cabo la parametrización del modelo para ambos cultivares (cv. “Flordastar” y “Catherine”), seguidamente, se compararon los valores resultantes de las distintas simulaciones con los valores observados en los ensayos de campo previamente realizados. Finalmente, se diseñaron distintos escenarios de simulación, con el objetivo de observar y evaluar la respuesta del modelo a los mismos y las predicciones que ofrece en cuanto a crecimiento vegetativo y reproductivo (cv. “Flordastar y  “Catherine”), y a contenido y evolución de azúcares en los frutos (cv. “Catherine”). Los escenarios de simulación diseñados estuvieron relacionados con la aplicación del déficit hídrico, variando el nivel del mismo, así como su periodo de ocurrencia a lo largo del ciclo de cultivo. Además, en el caso de la variedad “Flordastar” se diseñaron dos escenarios de aclareo basados en la carga productiva observada en campo. Como principales resultados de este segundo bloque, hay que destacar que la  estimación de los parámetros dependientes del cultivar se realizó con éxito en ambas variedades, ya que los valores simulados se ajustaron adecuadamente a los observados, tanto para los valores de crecimiento vegetativo y reproductivo, como para el contenido en azúcares, este último en la variedad “Catherine”. La correcta validación del modelo en ambas variedades, quedó reflejada en los bajos valores de la raíz cuadrada del error cuadrático medio relativo (RECMR) de predicción obtenidos. Finalmente, como principales resultados referentes a los escenarios de simulación diseñados, hay que resaltar, que en el caso de la variedad “Flordastar”, un nivel alto de aclareo puede compensar el efecto negativo sobre la calidad de la cosecha que supone la ocurrencia de un déficit hídrico severo en la fase III. Para el caso de la variedad “Catherine”, la simulación de los distintos escenarios de déficit hídrico puso de manifiesto que la aplicación de estrategias de RDC en esta variedad de melocotonero no conlleva mermas en la calidad de la cosecha, llegando incluso a mejorarla. De forma general, las simulaciones mostraron que: (i) La aplicación de un déficit hídrico sostenido reduce el crecimiento de frutos y brotes de forma proporcional al nivel de déficit aplicado, e independientemente de la carga productiva. (ii) La aplicación de un déficit hídrico moderado durante la fase II ó III de desarrollo del fruto no afecta a su crecimiento ni tampoco al vegetativo, independientemente de la carga del cultivo. (iii) La concentración de azúcares en la pulpa de los frutos, en general, resulta aumentar con el nivel de déficit hídrico.

Finalmente, el uso de modelos en agronomía proporciona una herramienta prometedora en lo referente a la gestión de las explotaciones agrarias, ya que actúan como apoyo en la toma de decisiones relacionadas con las prácticas culturales, en general, y con la gestión de la aplicación de los recursos hídricos disponibles, en particular. Esto puede resultar especialmente relevante en zonas donde los recursos hídricos suponen una importante limitación, como es el caso del Sureste español.

Esta Tesis Doctoral ha sido presentada como compendio de 4 publicaciones en revistas internacionales de alto índice de impacto pertenecientes al JCR (Agricultural Water Mangenemet, Irrigation Science y Scientia Horticulturae), las cuales se encuentran en el primer cuartil de su área correspondiente.

 

Rosalía Alcobendas Puig junto a sus directores de Tesis, el Dr. Juan José Alarcón Cabañero y  el Dr. Emilio Nicolás Nicolás.

Rosalía Alcobendas Puig junto a sus directores de Tesis, el Dr. Juan José Alarcón Cabañero y el Dr. Emilio Nicolás Nicolás.

TESIS DOCTORAL: DISEÑO DE NUEVAS BEBIDAS FUNCIONALES ENRIQUECIDAS EN FITOQUÍMICOS BIOACTIVOS

Autor: Amadeo Gironés Vilaplana

Directores: Cristina García Viguera, Diego A. Moreno Fernández

29/09/14 UCAM (Murcia)

Hoy día hay un interés creciente en el consumo de alimentos ricos en nutrientes y fitoquímicos para el bienestar, la nutrición y la salud en general del consumidor. En este sentido, en la Región de Murcia y regiones orientales de la Península Ibérica, destaca la producción de limón (Citrus limon (L.) Burm. F.), fruto cítrico que es una fuente importante de nutrientes y compuestos fitoquímicos, entre ellos flavonoides, vitamina C, y nutrientes minerales, fibras, y aceites esenciales, que además ha sido ampliamente estudiado en cuanto a su composición, biodisponibilidad y actividad biológica en nuestro grupo en el CEBAS-CSIC.

Por otra parte, los frutos rojos o bayas (frutos del bosque), se caracterizan por tener también muchas propiedades nutricionales y beneficiosas para el organismo, que se han demostrado en diferentes estudios científicos y que se deben principalmente a un tipo de compuestos bioactivos característicos de estos frutos, los antocianos, flavonoides que les confieren sus colores característicos. Recientemente, se ha demostrado que la combinación del zumo de limón con concentrados y liofilizados de frutos rojos puede mejorar las características organolépticas y la actividad biológica del producto final expresados en términos de capacidad antioxidante y modulación enzimática, ofreciendo nuevas posibilidades para desarrollar alimentos y bebidas que puedan ayudar en la alimentación, la nutrición y la salud pública en la lucha contra diferentes enfermedades relacionadas con la dieta (la obesidad, la diabetes mellitus, entre otras) (Figura 1).

Figura 1. Nuevas bebidas hechas con zumo de limón y frutos rojos han demostrado mejorar las características organolépticas y la actividad biológica del producto final.

Figura 1. Nuevas bebidas hechas con zumo de limón y frutos rojos han demostrado mejorar las características organolépticas y la actividad biológica del producto final.

Actualmente, nuestra sociedad se enfrenta a una problemática de salud pública grave, debido a las llamadas ‘enfermedades del primer mundo’: cáncer, enfermedades neurodegenerativas y cardiovasculares. Éstas últimas, a su vez interrelacionadas con problemas de la salud, como la obesidad y la diabetes, que causan un alto nivel de mortalidad en todo el mundo. En particular en España, el 55% de la población adulta tiene sobrepeso, así como el 60% de la Unión Europea, lo que supone más de 260 millones de personas con sobrepeso u obesidad. Además, a causa de la obesidad aparecen otras complicaciones de salud (respiratorias, circulatorias, cáncer, etc.), por lo que el mundo entero estudia y persigue métodos para controlar y tratar esta pandemia. Recientemente, cientos de publicaciones sobre estudios preclínicos y clínicos han demostrado que el consumo de una dieta variada y rica en frutas y hortalizas ayuda a prevenir y a tratar ciertas enfermedades crónicas. En los alimentos vegetales tenemos nutrientes esenciales y otros compuestos bioactivos como los compuestos fenólicos cuyas propiedades antioxidantes han sido documentadas ampliamente, y que poseen afinidad por las proteínas que presentan actividad inhibidora sobre algunas enzimas del metabolismo glucídico (α-glucosidasa) y lipídico (lipasa pancreática), enzimas clave en el estudio y tratamiento de la diabetes y la obesidad.

Por ello el objetivo de esta Tesis Doctoral fue el de la elaboración de nuevas bebidas enriquecidas en fitoquímicos bioactivos, con atributos organolépticos atractivos, con un valor añadido por su potencial para ejercer beneficios en la salud. Bebidas desarrolladas a partir de zumo de limón con frutos rojos de procedencia Latino-Americana y española, centrándonos en frutos rojos novedosos: maqui (Aristotelia chilensis), açaí (Euterpe oleraceae) y endrino (Prunus spinosa).

En primer lugar se evaluó la composición fitoquímica y la bioactividad de frutos latinoamericanos (maqui, açaí, papaya, noni, uchuva)  y de cítricos españoles (naranja, mandarina, lima, pomelo, y limón), y se concluyó que el maqui (especie), es una buena fuente de fitoquímicos que destaca sobre todos los demás frutos rojos.

Una vez evaluados estos frutos, se diseñaron nuevas bebidas de zumo de limón con frutos rojos (açaí, maqui, endrino o aronia), y se observó que estas nuevas bebidas naturales, hechas de zumo de limón con frutos rojos que pueden ser tomadas con regularidad, son de interés para desarrollar productos alimenticios para intervenciones dietéticas y programas nutricionales en personas de edad avanzada, probablemente con un perfil más seguro que drogas y como coadyuvantes de los tratamientos.

Ya en el tercer capítulo (u objetivo), la nueva bebida de limón con maqui se evaluó para conocer cómo se afecta su composición y bioactividad en almacenamiento, destacando que los compuestos bioactivos de esta nueva bebida de zumo de limón con maqui se preservaron bien durante la conservación, sobretodo la vitamina C y los flavonoides del limón, gracias a la protección de los antocianos, los cuales si mostraron una perdida más acentuada. Además, las nuevas bebidas conservaron su color rojo atractivo para el consumidor y su actividad antioxidante durante todo el periodo de almacenamiento, especialmente en las conservadas a 4ºC.

Con el fin de elaborar nuevos formatos de bebida, en el capítulo 4 se diseñaron nuevas bebidas isotónicas utilizando zumo de limón y frutos rojos (maqui, açaí o endrino) (Figura 2), concluyendo que estas nuevas bebidas isotónicas, con un perfil de minerales, de fitoquímicos y de color mejores que las comerciales, pueden enfocarse a la población que busca cuidarse y mantenerse en un peso ideal gracias al ejercicio, debido a su alta capacidad inhibidora de lipasa y α-glucosidasa, teniendo además unas características sensoriales atractivas para el consumidor y una mayor capacidad antioxidante, útil en ejercicios intensos.

Figura 2. Nuevas bebidas isotónicas con zumo de limón y distintos frutos rojos

Figura 2. Nuevas bebidas isotónicas con zumo de limón y distintos frutos rojos.

Por último, con la perspectiva de innovar en nuevos productos para experiencias sensoriales agradables para el consumidor, un licor anisado con maqui fue diseñado y estudiado, basado en la elaboración tradicional del ‘Pacharán’ (Figura 3). De este capítulo se extrajo la conclusión de que el nuevo licor hecho con maqui puede ser una nueva bebida aceptable, comparable con el tradicional ‘pacharán’, con mejores características de calidad, mayor cantidad y retención de antocianos, así como con buenas puntuaciones en el análisis sensorial y en la aceptación del consumidor, ofreciendo un nuevo producto sabroso para una posible futura comercialización.

 

Figura 3. Pacharán tradicional (PE) y nuevo licor de maqui (PM), elaborados en el capítulo 5 de esta Tesis Doctoral.

Figura 3. Pacharán tradicional (PE) y nuevo licor de maqui (PM), elaborados en el capítulo 5 de esta Tesis Doctoral.

Una vez demostrado el potencial in vitro de ciertos frutos rojos, principalmente del maqui, demostrándose que mezclado con el zumo de limón puede preservar mejor sus compuestos fitoquímicos y las bioactividades durante el periodo de conservación, y teniendo en cuenta que como bebida isotónica tiene buenos atributos sensoriales con color atractivo para la aceptación del consumidor y también buena conservación de sus fitoquímicos y actividades durante el almacenamiento, sería interesante demostrar in vivo sus potenciales efectos beneficiosos en la salud, así como la biodisponibilidad de sus compuestos bioactivos. Esta nueva bebida isotónica de limón con maqui podría enfocarse no solo para la población deportista, sino también como alternativa natural para gente adulta con problemas nutricionales como obesidad, diabetes o desordenes cognitivos. En este sentido, se está llevando a cabo investigación más allá de esta Tesis Doctoral acerca de su bioactividad in vivo, biodisponibilidad, tratamientos térmicos, y seguridad microbiológica. Además, este fruto rojo también ha demostrado ser apto para la elaboración de nuevos licores, como una nueva bebida digestiva más enfocada a la satisfacción del consumidor que a la salud, a pesar de que hemos visto que también tiene un alto nivel de compuestos fitoquímicos y una alta capacidad antioxidante.

Amadeo Gironés Vilaplana junto a sus directores de Tesis, la Dra Cristina García Viguera y el Dr Diego A. Moreno Fernández.

Amadeo Gironés Vilaplana junto a sus directores de Tesis, la Dra. Cristina García Viguera y el Dr. Diego A. Moreno Fernández.

 

 

ARTÍCULOS PUBLICADOS EN LA TESIS DOCTORAL:

 -Evaluation of Latin-American fruits rich in phytochemicals with biological effects: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1756464613003198

-Phytochemistry and biological activity of Spanish Citrus fruits:

http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2014/FO/c3fo60700c#!divAbstract

-Phytochemical profile of a blend of black chokeberry and lemon juice with cholinesterase inhibitory effect and antioxidant potential:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0308814612006474

-New beverages of lemon juice enriched with the exotic berries maqui, açaı́, and blackthorn: bioactive components and in vitro biological properties:

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jf300873k

-A novel beverage rich in antioxidant phenolics: Maqui berry (Aristotelia chilensis) and lemon juice:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0023643812000369

 New isotonic drinks with antioxidant and biological capacities from berries (maqui, açaí and blackthorn) and lemon juice:

http://informahealthcare.com/doi/abs/10.3109/09637486.2013.809406

-Evaluation of sensorial, phytochemical and biological properties of new isotonic beverages enriched with lemon and berries during shelf life:

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jsfa.6370/abstract

 

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