Application of pulsed electric fields as a strategy for enhancing the content and bioaccessibility of carotenoids and phenolic compounds in carrots and their derived products

Resumen

La creciente demanda de productos mínimamente procesados con propiedades beneficiosas para la salud ha provocado que aumente el interés por desarrollar estrategias para obtener productos con mayor valor nutricional. En este sentido, se investiga la aplicación de pulsos eléctricos (PE) como alternativa para potenciar el contenido de antioxidantes de los productos alimenticios de origen vegetal al desencadenar una respuesta de defensa al estrés. Además, los cambios estructurales inducidos por los PE podrían favorecer su liberación durante la digestión, y, por tanto, mejorar su bioaccesibilidad. El objetivo de esta Tesis Doctoral fue evaluar los efectos de los PE sobre el contenido y bioaccesibilidad de carotenoides y compuestos fenólicos de la zanahoria y sus productos derivados. Por una parte, se investigó el efecto de los PE sobre el contenido fenólico y carotenoide en zanahorias. Asimismo, se evaluaron su viabilidad celular y atributos de calidad. Tras la selección de las condiciones de tratamiento de PE, se evaluaron algunos indicadores de estrés como la actividad enzimática [pectinmetilesterasa (PME), poligalacturonasa (PG), polifenol oxidasa (PPO), peroxidasa (POD), fenilalanina amonio liasa (PAL)] o la actividad respiratoria durante el tiempo de postratamiento. Tanto el contenido de compuestos fenólicos como de carotenoides aumentaron tras aplicar PE. Los máximos incrementos fenólicos se obtuvieron en aquellas zanahorias tratadas con 5 pulsos de 3.5 kV/cm (39.5 %) y 30 pulsos de 0.8 kV/cm (40.1 %) y almacenadas 24 h a 4 ºC. Los mayores aumentos de carotenoides se alcanzaron justo tras aplicar 5 pulsos de 3.5 kV/cm (83.8 %). En tales condiciones los atributos de calidad no se vieron afectados significativamente, aunque se produjeron significativas pérdidas de peso (2.5 %) y de viabilidad celular (17 %). Los compuestos individuales se vieron afectados de manera diferente por la intensidad de los PE y el tiempo postratamiento. Por tanto, el fitoeno (59.1 – 95.5%) y el β-caroteno (36.5 – 91.8 %) aumentaron justo después de 2 o 3.5 kV/cm, mientras que la luteína disminuyó (15.1 – 96.4 %) después de 0.8 o 2 kV/cm. Asimismo, los ácidos p-hidroxibenzoico (94.7 %), clorogénico (74.9 %) y ferúlico (52.2 %) aumentaron a las 24 h tras aplicar 5 pulsos de 3.5 kV/cm, mientras que el contenido disminuyó posteriormente. En concomitancia, se observó una mayor producción de dióxido de carbono, la presencia de acetaldehído y etanol, el aumento de la actividad PAL y la alteración de la actividad enzimática en las zanahorias tratadas con PE durante el tiempo postratamiento. Por otro lado, se investigó el impacto en la microestructura, la bioaccesibilidad fenólica y carotenoide de zanahorias tratadas con PE, sus productos derivados (zumo, puré y puré con aceite) y en un puré con aceite tratado directamente con PE. El efecto del tratamiento térmico (T) en dichos productos derivados también se estudió. La bioaccesibilidad estuvo influenciada por las características de la matriz del producto, la naturaleza y estructura del compuesto individual, así como los tratamientos de procesado aplicados. La degradación de la pared celular, la disminución del tamaño de partícula y la adición de aceite favorecieron la bioaccesibilidad de los carotenoides de la siguiente forma: purés con aceite añadido tratados con PE y T (20.4 %) > purés con aceite añadido tratados con T y obtenidos de zanahorias tratadas con PE (7.8 %) > purés sin aceite tratados con T y obtenidos de zanahorias tratadas con PE (3.3 %) > zumo tratado con T y obtenido de zanahorias tratadas con PE (0.6 %). La luteína y el fitoeno tuvieron mayor bioaccesibilidad que el α-caroteno y β-caroteno. La bioaccesibilidad de los compuestos fenólicos dependió principalmente de su estructura química y la matriz, mientras que la presencia de aceite y la disminución del tamaño de las partículas no necesariamente mejoraron su bioaccesibilidad. La mayor bioaccesibilidad de compuestos fenólicos se registró en los purés con aceite tratados con PE, así como en los purés sin aceite obtenidos a partir de zanahorias tratadas con PE (100 %). Los derivados del ácido ferúlico y cumárico fueron más bioaccesibles que los derivados del ácido cafeico. Los resultados obtenidos en este trabajo evidencian la viabilidad de los PE para obtener zanahorias y productos derivados con mayor bioaccesibilidad de carotenoides y fenoles. Por lo tanto, estos resultados proporcionan un enfoque innovador para desarrollar productos derivados de zanahoria más saludables.