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Influencia del contenido fenólico y la actividad enzimática en el pardeamiento y aptitud comercial de 12 variedades de alcachofa

aZapata, P.J., aMartínez-Esplá, A., aValero, D., aMedina-Santamarina, J., aMartínez-Romero, D., aCastillo, S., bParra, J. y cSerrano, M.

aDepartamento de Tecnología Agroalimentaria, EPSO, Universidad Miguel Hernández

bEstación Experimental Agraria de Elche, Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias

cDepartamento de Biología Aplicada, EPSO, Universidad Miguel Hernández

11/03/2019
En este trabajo se analiza el contenido en fenoles y la actividad de la enzima polifenol oxidasa (PPO) en 12 variedades de alcachofa, 10 de semilla y 2 de zueca, con el fin de valorar su cualidad como variedades con propiedades más saludables y su adaptación al procesado en cuarta gama. La determinación de fenoles y PPO se contrasta con un análisis de imagen de la parte comestible, en la que se valora la variación del color como consecuencia del pardeamiento. Los resultados muestran como las variedades con mayor contenido en compuestos bioactivos se pardean antes, por tanto, aunque son más saludables son menos susceptibles para intentar su procesado en cuarta gama.

Introducción

La alcachofa (Cynara cardunculus var. Scolymus Hayek L.) es una planta perenne, similar a un cardo, de la familia Asteraceae con aplicaciones comestibles y médicas de origen mediterráneo. La cabeza de la alcachofa (capítulo) es un alimento saludable debido a su bajo contenido en grasa y alto contenido de fibra, proteínas, minerales y compuestos fenólicos (Fratianni et al., 2007).

Las hojas de alcachofa tienen propiedades terapéuticas con una gran cantidad de compuestos antioxidantes que pueden usarse para el tratamiento de trastornos digestivos, mejorando la función biliar y hepática y reduciendo el azúcar en sangre y el colesterol. Los ácidos fenólicos y flavonoides se distribuyen ampliamente como subproductos con una alta actividad antioxidante en las plantas. Mejoran el sistema de defensa contra el estrés en las plantas y proporcionan beneficios para la salud humana, así como propiedades terapéuticas (Ayaz et al., 2000). El cultivo de la alcachofa y el procesado industrial también se traducen en una alta proporción (casi el 80% del total de biomasa) de subproductos Numerosos estudios muestran que la composición polifenólica de la alcachofa puede verse afectada por las partes de la planta (Fratianni et al., 2007), tiempo de la cosecha y genotipo de la planta (Lombardo et al., 2010). En este sentido, y basado en el excelente concepto saludable que los consumidores tienen para esta hortaliza, la obtención de variedades con mayor contenido fenólico podría ser un componente destacado de calidad que podría incrementar su apetencia al consumo.

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Sin embargo, pese a todas estas cualidades, el cultivo de esta hortaliza se encuentra muy estancado en los últimos 10 años, con una producción anual mundial de 1.500 toneladas (MAGRAMA, 2017). Italia representa el 50 % de la producción mundial, seguida de Egipto y España, siendo en la Región de Murcia y la Comunidad Valenciana (cuenca del Mediterráneo) donde se cultiva más del 70 % de la producción total. Estos datos, nos tienen que hacer plantearnos un cambio generalizado en la producción y comercialización del cultivo, ya que el formato actual no augura un futuro prometedor pese a las grandes características del producto anteriormente descritas.

Respecto a la producción, la principal razón por la que el cultivo de alcachofa no aumenta es debido a los altos costes de producción, principalmente por los altos costes de mano de obra, ya que el cultivo de la alcachofa se basa tradicionalmente en cultivares de propagación vegetativa, especialmente 'Blanca de Tudela' cuyos esquejes son los más cultivados por todos los agricultores del mediterráneo, se trata de una variedad muy precoz y productiva con buena adaptación a nuestras condiciones de cultivo (Fotografía 1). Sin embargo, la efectividad de la reproducción asexual es limitada debido a la baja tasa de multiplicación y la acumulación de patógenos.

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Fotografía 1. Detalle de plantación de alcachofa ‘Blanca de Tudela’.

En este escenario, las variedades propagadas por semillas han ganado importancia económica debido a varias ventajas, tales como: reducción de los costos laborales y manejo agrícola, conversión en un cultivo anual e introducción en las rotaciones de cultivos, uso eficiente tanto de la humedad como de los fertilizantes, alta protección contra patógenos y plagas, entre otros. Por otro lado, respecto a la comercialización, los capítulos de alcachofa están destinados al consumo en fresco o se procesan industrialmente como productos congelados o en conserva. Sin embargo, en la actualidad las necesidades de los consumidores van encaminadas a productos frescos con valor agregado en términos de calidad, conveniencia, valor nutricional y facilidad de preparación, y en este sentido han aumentado la producción industrial de productos recién cortados o cuarta gama.

Numerosas empresas productoras y comercializadoras, auguran el futuro de la alcachofa bajo un gran cambio, motivado por una mayor facilidad en el consumo. Y es que, estamos ante una singular hortaliza, en la que su preparación culinaria lleva consigo la generación de un residuo que contrasta con el actual modo de vida. La sociedad consume cada vez más comida procesada o lista para comer, la oferta en los lineales aumenta de forma paralela al crecimiento del consumo de este tipo de producto, y sin duda el futuro de la alcachofa pasa por hacerla disponible a los consumidores en diferentes formatos, entre los que podría destacar la cuarta gama o los productos 'ready to eat' (Fotografía 2).

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Fotografía 2. Detalle de alcachofa en cuarta gama en fase de investigación.

Por todo ello, el objetivo principal del presente estudio ha sido comparar 12 variedades de alcachofa en cuanto a su contenido fenólico y enzimático y poder estudiar cómo influyen ambos parámetros en su pardeamiento en el procesado mediante la medición del color del capítulo y, por tanto, evaluando así su aptitud comercial.

Material y métodos

Diseño experimental y material vegetal

El experimento se llevó a cabo en la finca de la Estación Experimental de Elche (Alicante) que tiene el Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias (IVIA). Se estudiaron 12 variedades distintas de alcachofa (Tabla 1). Se aplicaron fungicidas e insecticidas a lo largo del ciclo de crecimiento según fue necesario de acuerdo con la gestión integrada de la producción. Las recolecciones se realizaron semanalmente de forma manual en función de criterios comerciales de alcachofa para exportación en fresco. Para cada variedad, se seleccionaron 5 capítulos de alcachofa a las cuales se les analizó el contenido en fenoles (ácidos hidroxicinámicos y luteolinas), la actividad de la enzima polifenol oxidasa (PPO) y un análisis de imagen para evaluar las variaciones de color como consecuencia del pardeamiento enzimático. Todas las variedades presentaron unas características típicas en cuanto a vigor, precocidad y capítulo floral.

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Tabla 1. Especificaciones relativas a las variedades utilizadas en el ensayo.

Determinación de fenoles

Se utilizó el protocolo descrito y adaptado a alcachofa por Martínez-Esplá et al., (2017). En resumen, se homogeneizaron muestras de 5 g de cada réplica con 15 mL de agua/metanol (2:8) que contenía Fluoruro sódico (NaF) 2 mM y se centrifugaron a 10.000 g durante 15 min a 4 °C. El sobrenadante se usó para la identificación y cuantificación de fenoles individuales por duplicado utilizando los sistemas HPLC-DAD-ESI/MSn y RP-HPLC-DAD, respectivamente. Los resultados fueron expresaron en miligramos por 100 g. La concentración fenólica total se calculó como la suma de las concentraciones de los fenoles individuales.

Determinación de la actividad de la enzima polifenol oxidasa (PPO)

Del extracto de muestra obtenido anteriormente se llevó a cabo la cuantificación de la enzima PPO en base a Lu et al. (2011). La actividad de la enzima fue ensayada con 4-metilcatecol como substrato por un proceso de espectofotometría. El incremento de absorbancia a 420 nm y a 25 °C fue anotado al minuto. Una unidad de actividad enzimática fue definida como la cantidad de enzima la cual causa un cambio de 0,01 en absorbancia por minuto.

Análisis de imagen (color hue)

El color se expresó mediante el ángulo del tono y se midió con análisis de imagen digital. Las imágenes de las distintas variedades de alcachofa fueron capturadas usando una cámara digital (Nikon D3400) en una caja de luz con fondo blanco. Las condiciones de configuración de la cámara fueron las siguientes: luz proporcionada por dos leds de temperatura de color de 5600 K, velocidad de 1/5 s, ISO-200, abertura focal (f) 20 y longitud de 35 mm. Se capturó una imagen cada 5 segundos durante 3 minutos del lado frontal interno del capítulo de alcachofa, donde se observa el pardeamiento tras el corte del mismo para cada una de los 5 capítulos recolectados de cada variedad. Las imágenes se guardaron como archivos JPEG y se analizaron utilizando el software ImageJ v1.52a (NIH Image, Institutos Nacionales de Salud, Bethesda, EE UU). El modelo CIELab se utilizó para calcular el tono mediante ángulo Hue (h°) con los parámetros a * y b *.

Resultados y discusión

La contribución potencial de la alcachofa al polifenol de la dieta es significativa, ya que la cabeza alberga más polifenoles que otros vegetales. La clase predominante de compuestos de polifenol en la cabeza son los ácidos mono- y di-cafeoilquínicos (entre los que se encuentran el ácido clorogénico y la cinarina), junto con una gama de flavonoides derivados de la apigenina y la luteolina. Los resultados obtenidos muestran que todas las variedades estudiadas presentaron un alto contenido en compuestos fenólicos (500-1.000 mg 100 g-1 peso fresco). Siendo las variedades Artemisa, Tudela, Symphony, 4011 y Madrigal las que mayor contenido fenólico presentaron (Tabla 2), con un contenido medio de un 30% superior al resto. A su vez, Bonanova, Lorca y Olympus presentaron los contenidos más bajos en estos compuestos antioxidantes. Muchos estudios se han centrado en su salud y sus propiedades antioxidantes, y parece que estas acciones podrían estar estrictamente relacionadas con la fracción polifenólica. Estas propiedades son consistentes con el bien conocido papel dual de los compuestos fenólicos como antioxidantes y como sustratos para reacciones de pardeamiento oxidativo, principalmente en presencia de altas concentraciones de hierro (Lattanzio, 1994). Por dicha razón, el resultado obtenido en cuanto a la actividad enzimática está correlacionado de forma positiva con el contenido en compuestos fenólicos. Ya que, de igual forma, las variedades que mayor actividad de la enzima polifenol oxidasa (PPO) presentaron fueron, nuevamente: Artemisa, Madrigal, Symphony y Tudela, entre otras, presentando entre 6400 y 6700 U s-1 g-1 de producto fresco.

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Tabla 2. Contenido fenólico total, actividad enzimática de la PPO e incremento de Hue en las 12 variedades de alcachofa.

De igual forma, la actividad enzimática más baja se observó (Tabla 2) en la variedad Bonanova (4955,2 U s-1 g-1), la cual presentaba un contenido en compuestos fenólicos relativamente bajo en comparación con las otras variedades (530, 4 mg 100 g-1). Al igual que ocurría en el contenido fenólico, para la PPO Olympus y Lorca, también mostraron un bajo contenido en esta enzima catalizadora de la reacción de oxidación. La enzima PPO se encuentra en casi todos los compartimentos de las plantas y se conoce como un indicador de estrés. Como resultado, la capacidad de acumular polifenoles se puede utilizar como criterio de selección de calidad en la cosecha, como se sugiere en una selección de 17 variedades realizada por Lombardo et al. (2012). En este caso, analizar el capítulo floral de las 12 variedades nos lleva a poder estudiar el pardeamiento ocurrido tras la correlación existente entre el alto contenido fenólico y la alta actividad enzimática presente en algunas de ellas. Por ello, el incremento del parámetro de color hue es superior para aquellas variedades que presentaron un mayor contenido fenólico y una mayor actividad enzimática. Observándose de forma clara, como se produce un mayor pardeamiento en el producto fresco tras el corte hasta los 180 segundos. En concordancia con los resultados anteriores, el incremento de hue fue mayor en las variedades: Artemisa, Tudela, Symphony y 4011. Encontrándose las variedades Bonanova, Sambo y Olympus como las que menos incremento en hue presentaron.

El contenido de polifenoles es significativamente diferente entre los cultivares tradicionales y los nuevos propagados por semillas. El menor contenido de polifenoles en algunas de las nuevas variedades, les confiere un pardeamiento más bajo durante el almacenamiento, minimizando el uso de tratamientos antioxidantes en los pasos de procesado (Bonasia et al., 2010). Finalmente, en la actualidad, la calidad de una variedad se evalúa principalmente en base de un conjunto de rasgos que son visibles para el consumidor. Sin embargo, si se comunica adecuadamente a los consumidores, el valor nutricional de la alcachofa puede alentar su consumo en fresco para aquellas variedades que contiene, por tanto, un alto contenido en compuestos fenólicos. Y puesto que la tendencia del producto de corte a decolorarse refleja un equilibrio entre el nivel de actividad de polifenoloxidasa presente, el contenido de antioxidantes y la integridad de la membrana (Lattanzio, 1994), aquellas variedades con menor contenido fenólico y una actividad de la PPO menor serán más aptas para ser destinadas a un procesamiento industrial, por su baja capacidad de pardeamiento. Estos resultados se ordenan en una escala de variedades donde se presenta de mayor a menor el valor de hue, el contenido de fenoles totales, así como la actividad de la PPO (Fotografía 3).

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Fotografía 3. Escala de las 12 variedades de alcachofa estudiadas con respecto nivel de pardeamiento (ΔHue), Fenoles y PPO.

Resaltando de entre las 12 variedades, que la variedad Symphony presentó un mayor contenido en polifenoles y una mayor actividad enzimática lo que la conducen a un mayor pardeamiento del capítulo comestible (Fotografía 4). Siendo, por tanto, una de las variedades más recomendadas para su consumo en fresco dado el alto contenido en compuestos antioxidantes con propiedades beneficiosas para la salud. Por otro lado, la variedad Bonanova (Fotografía 5) fue una de las que menos fenoles presentaba, así como una menor incidencia de procesos de pardeamiento. Siendo muy recomendada por su aptitud comercial para el procesado en cuarta gama, por ejemplo.

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Fotografía 4. Proceso de pardeamiento enzimático de la variedad Symphony.
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Fotografía 5. Proceso de pardeamiento enzimático de la variedad Bonanova.

En resumen, con los resultados obtenidos se demuestra una gran variabilidad en el pardeamiento de las diferentes variedades de alcachofa estudiadas como respuesta a los niveles de acumulación de fenoles y PPO. Esto nos hace incrementar el abanico de opciones con vista a los consumidores, podemos seleccionar unas variedades para su comercialización en fresco enteras que presentan los mayores contenidos en compuestos bioactivos, siendo por tanto más beneficiosas desde el punto de vista saludable. Por otro lado, tenemos variedades que se pardean menos y que, por tanto, deben de ser objeto de más estudios para intentar hacer llegar a los consumidores alcachofas en cuarta gama, formato que los consumidores aceptan de agrado y que satisfacen en gran medida la conveniencia de las formas actuales de vida.

Referencias bibliográficas

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  • Lattanzio, V., 1994. Browning phenomena in stored artichoke (Cynara scolymus L.) heads: enzymic or chemical reactions? Food Chem. 50, 1–7. https://doi.org/10.1016/0308-8146(94)90083-3
  • Lombardo, S., Pandino, G., Ierna, A., Mauromicale, G., 2012. Variation of polyphenols in a germplasm collection of globe artichoke. Food Res. Int. 46, 544–551. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2011.06.047
  • Lombardo, S., Pandino, G., Mauromicale, G., Knödler, M., Carle, R., Schieber, A., 2010. Influence of genotype, harvest time and plant part on polyphenolic composition of globe artichoke [Cynara cardunculus L. var. scolymus (L.) Fiori]. Food Chem. 119, 1175–1181. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2009.08.033
  • Lu, X., Sun, D., Li, Y., Shi, W., Sun, G., 2011. Pre- and post-harvest salicylic acid treatments alleviate internal browning and maintain quality of winter pineapple fruit. Scientia Hortic. 130, 97–101. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2011.06.017
  • MAGRAMA (Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente), 2017: www.magrama.gob.es.
  • Martínez-Esplá, A., García-Pastor, M. E., Zapata, P. J., Guillén, F., Serrano, M., Valero, D., Gironés-Vilaplana, A., 2017. Preharvest application of oxalic acid improves quality and phytochemical content of artichoke (Cynara scolymus L.) at harvest and during storage. Food Chem. 230, 343-349.

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