Los polifenòls vegetals e l'efièch de l'explosion de vapor sus lor extraccion e lor activitat antioxidanta
Los polifenòls vegetals son una classa de metabolits segondaris que contenon de grops idroxils fenolics multiples, sovent considerats coma lo "seten nutriment màger". Expausan d'estructuras complèxas e de formas de conjugacion divèrsas, inclusent subretot d'acids fenolics, de derivats d'acids idroxibenzoïcs e idroxicinnamics, de flavonoïdes, d'antocianinas, de cumarinas e de tanins. Aquestes compausats possedisson una granda varietat d'activitats biologicas, coma d'efièches antioxidants, d'escafament dels radicals liures, anticancerós, antibacterians e antivirals, e an atirat una atencion considerabla dins los domenis de l'alimentacion e de la santat.
L'explosion de vapor es una tecnologia de pretractament emergenta per las matèrias primièras agricòlas. Son principi implica la brèva aplicacion de vapor de temperatura nauta, de nauta-pression al material, seguida d'una liberacion de pression instantanèa, en utilizant lo diferencial de nauta-pression resultant per destorbar la microestructura de la matèria primièra. Aquesta tecnologia integra d'efièches multiples, dont l'idrolisi coma l'acid-, la degradacion termica, la fractura mecanica-, la perturbacion del ligam d'idrogèn, e lo reorganizament estructural, permetent una separacion eficienta dels compausants dels materials de textura dura-. A causa de sos avantatges d'èsser exempt de pollucion, de demandar un temps de pretractament cort, d'aumentar significativament lo rendiment d'extraccion de compausats bioactius, de reduire la consomacion d'energia e los còstes de transformacion, e d'èsser aisida d'industrializar, l'explosion de vapor es venguda una aproximacion importanta per melhorar l'eficiéncia d'extraccion de compausats bioactius a partir de produches vegetals e melhorar la valor aponduda. Aqueste article revisa sistematicament l'impacte del pretractament per explosion de vapor sul contengut de polifenòls e l'activitat antioxidanta dels extraches de divèrsas matèrias primièras, amb l'objectiu de provesir una basa teorica per l'aplicacion d'aquela tecnologia dins l'extraccion de diferents compausats bioactius.
1. Cambiaments fisicoquimics màgers pendent l'explosion de vapor
Pendent l'explosion de vapor, la vaporizacion rapida de vapor cauda somet las cellulas del material a un diferencial de pression intèrna e substanciala-extèrna, causant una auça subta de la pression intèrna e de l'expansion de volum que despassa los limits estructurals de las cellulas, menant a una "ruptura mecanica - coma -." Aquel efièch fisic intens promòu mai la trencadura dels ligams d'idrogèn, la descomposicion de regions cristalinas amorfas e parcialas, e indusís la reorganizacion estructurala dels compausants. D'estudis an mostrat que l'explosion de vapor pòt reduire lo gra de polimerizacion de las moleculas d'amidon dins la patata doça e la patata, causant la degradacion de l'amidon, e pòt diminuir a l'encòp la quantitat e lo pes molecular de las moleculas de pectina. Per de materials rics en fibras coma las clòscas de coco, l'explosion de vapor degrada parcialament la cellulòsa e l'emicellulòsa e idroliza la lignina dins una cèrta mesura, en trencant las cadenas molecularas, en redusent la talha de las particulas, e en diminuissent los compausants de cadena longa- del temps qu'aumenta los compausants de cadena corta- dins las fibras disolublas en aiga{8}. De resultats similars son estats observats per las clòscas de noguièr, lo segal de blat sarrasin e l'efedra.
D'estudis mecanistics indican mai que l'explosion de vapor pòt degradar parcialament la lignina e l'emicellulòsa, en generant de fenolics de bas pes molecular- e de sucres solubles dins l'aiga. Pasmens, quand la pression de tractament es tròp nauta o la durada tròp longa, los compausats fenolics liberats pòdon patir una degradacion o una polimerizacion. De mai, l'explosion de vapor pòt èsser acompanhada de gelatinizacion de l'amidon e de reaccions de Maillard, promòvent la ligason covalenta entre proteïnas e sucres; l'extension de la reaccion de Maillard correlaciona amb l'intensitat de l'explosion de vapor, coma o sostenon d'estudis sus de granas d'Amaranthus caudatus.
Las observacions microscopicas mòstran que l'explosion de vapor altera significativament l'estructura del material, en cambiant la superfícia de lisa e densa a arrugada e porosa. Per exemple, la superfícia de la farina de konjac ven arrugada e desvolopa de nombroses microfossats après tractament, aumentant la superfícia especifica. Lo blat germinat mòstra d'estructuras lamellaras de polisacaridas fragmentadas, formant d'estructuras porosas amb de brancas fibrosas menoras. Los òsses del femur del iac venon solts e poroses amb de damatges estructurals significatius al cap femoral, del temps que las plumas desvolopan una estructura d'esponja- amb de fendasclas e de traucs. Aquestes cambiaments microestructurals favorizan la penetracion e lo contacte dels solvents d'extraccion, facilitant la liberacion de compausats bioactius.
2. Efèctes de l'explosion de vapor sus l'extraccion de polifenòls
2.1 Efèctes sus las matèrias primièras de cerealas e de granas oleaginosas
Las matèrias primièras de cerealas e de granas oleaginosas son ricas en compausats fenolics, que pòdon èsser classats estructuralament en acids fenolics, flavonoïdes, e proantocianidinas, e mai categorizats per forma en fenolics liures e fenolics ligats (per exemple, ligat a la proteïna-, ligat glicosidicament, ligat a l'estèr{-). Dins lo segal de cerealas, la màger part dels fenòlics son ligats estrechament a las parets cellularas, çò que resulta en una eficiéncia d'extraccion bassa per de solvents convencionals. L'explosion de vapor perturba eficaçament l'estructura del còrtex e idroliza los ligams d'etèr e d'èster, favorisant la liberacion de polifenòls ligats.
D'estudis an mostrat que l'explosion de vapor de segal de blat a 2,5 MPa pendent 30 s aumenta lo contengut d'acid vanillic dins los fenòlics liures d'aperaquí 50%, del temps que l'acid p-cumaric e l'acid ferulic atenhon 36- e 11- còps mai nauts que los contraròtles, respectivament. Los fenòlics ligats (per exemple, acid glucuronic, acid p-coumaric, acid ferulic) tanben culminan, amb l'acid ferulic qu'aumenta gaireben 25 còps, e lo contengut fenolic total atenhent 28 mg/g-aperaquí nòu còps mai naut que lo grop non tractat. De descobèrtas similaras son estadas reportadas per d'autres brans de cerealas. L'aplicacion d'explosion de vapor al dessús de 7,4 × 105 Pa als cicòlas damatja las membranas e las parets cellularas, facilitant la liberacion de fenolics ligats e compensant la degradacion termica potenciala dels fenolics liures. L'explosion de vapor melhora tanben l'extraccion fenolica dels revestiments de granas de sòja e aumenta lo contengut d'isoflavona dins l'okara amb l'intensitat d'explosion creissenta, en culminant a 2,0 MPa pendent 30 s. A causa de las diferéncias dins las proprietats fisicoquimicas de las matèrias primièras e los objectius de recerca, las condicions e los efièches d'explosion optimals suls compausants actius varian.
Es de notar que l'intensitat de l'explosion de vapor deu èsser contrarotlada dins un interval apropriat. L'intensitat moderada melhora l'extraccion de polifenòls, del temps que l'intensitat excessiva pòt aver l'efièch contrari. Per exemple, lo segal de blat tractat a una intensitat excessivament nauta (per exemple, 2,5 MPa pendent 90 s) produtz d'acids organics coma l'acid formic e l'acid acetic, en favorisant la degradacion o la polimerizacion fenòlica e en redusent lo contengut. Las granas d'amarantus tractadas a 0,6 MPa pendent 60 s atenhon de fenòlics totals de 7,798 mg/g-5,3 còps mai nauts que lo contraròtle-mas d'aumentacions suplementàrias de pression o de durada reduson lo contengut fenòlic, amb un tractament de 120 s encara mai bas que lo contraròtle. De manièra similara, tractar de mongetas rojas a 0,25-0,75 MPa pendent 30-90 s aumenta lo rendement fenòlic, mas 1,0 MPa o una durada mai longa causa una degradacion parciala, una polimerizacion o una carbonizacion. L'explosion de vapor de nauta intensitat descompausa tanben las antocianinas de patata doça violeta. D'estudis multiples sostenon lo principi general que l'explosion de vapor mòstra una fenèstra de tractament optimala pel contengut fenolic dins los materials de cerealas e de granas oleaginosas.
2.2 Efèctes sus las matèrias primièras de fruchas e legums
Las matèrias primièras de fruchas e legums son tanben ricas en fenolics, inclusent d'acids fenolics, d'antocianinas e de flavonoïdes. L'explosion de vapor perturba l'integritat estructurala de las fruchas e legums, en redusent la resisténcia al transferiment de massa e en facilitant la liberacion de polifenòls. D'estudis sus d'agrums e sa pomaça, d'alh e de pèls d'alh, de residus de fruch de la passion, de fruchs d'arbres de laca, de dats roges tunisians, de bagassa de cana de sucre, de residus de pèl d'ananas, e de fruchs d'Elaeagnus indican totes que l'explosion de vapor moderada melhora l'extraccion de polifenòl.
2.3 Efèctes sus d'autras matèrias primièras
Al delà de las cerealas, de las granas oleaginosas, de las fruchas e dels legums, l'explosion de vapor es estada aplicada a d'autres materials vegetals. Per exemple, après una explosion de vapor de 1,5 MPa pendent 60 s, las agulhas de pin produsiguèron 50,8 mg/g de flavonoïdes, 2,54 còps mai naut que lo contraròtle, en mantenent una bona estabilitat quitament a 1,5–2,0 MPa pendent 60 s. Pels residus de tè e lo roure, lo contengut fenolic aumenta d'en primièr amb l'intensitat mas declina a d'intensitats mai nautas. Lo rendement total de flavonoïdes dins las fuèlhas de figa, la racina de kudzu e las fuèlhas de Ginkgo seguís una tendéncia similara. Los declins de l'extraccion pòdon resultar d'una degradacion parciala dels flavonoïdes o de la re-polimerizacion dins de formas insolublas. D'estudis sus de brancas e de fuèlhas d'oliva, de fuèlhas d'Eucommia, d'èrba japonesa, de fuèlhas de Sasa palmata, e de fuèlhas de Populus confirman que l'explosion de vapor promòu eficaçament la liberacion de polifenòls.
Lo melhorament del rendement de polifenòls per explosion de vapor es subretot basat sus dos mecanismes: (1) la formacion de novèls fenòls-nauta{-temperatura, nauta-pression, condicions acidas causan la degradacion termica de la cellulòsa, de l'emicellulòsa, e de la lignina, en generant de fenolics acids e de guatòlics, coma de guatòlics, coma eugenòl, vanillina, e seringaldeïd; (2) promocion de la liberacion fenòlica ligada-l'explosion desliura l'estructura del material, aumentant la superfícia de contacte, del temps qu'idroliza los ligams d'etèr e d'èster entre los compausants de la paret cellulara (polifenòls, polisacaridas, lignina), convertissent los fenòlics ligats en fenòlics liures e aumentant la solubilitat.
3. Efèctes de l'explosion de vapor sus l'activitat antioxidanta dels extraches
3.1 Efèctes sus l'activitat antioxidanta in vitro
L'activitat antioxidanta in vitro dels polifenòls vegetals es comunament avalorada per l'escafament dels radicals DPPH·, l'escafament dels radicals ABTS⁺·, e FRAP (poder antioxidant reductor de fèrre). L'explosion de vapor melhora significativament la capacitat antioxidanta in vitro dels extraches de polifenòls. Per exemple, las valors EC₅₀ de l'escafament de DPPH· per d'extraches de pèl d'alh diminuisson marcadament amb la pression e lo temps creissents, s'estabilizant al dessús de 3,0 MPa, e mòstran una activitat mai nauta que l'alh negre. Aquò es atribuit a una liberacion melhorada de fenolics ligats e a la degradacion de la lignina e de l'emicellulòsa, en produsent de fenolics de bas pes molecular- e de sucres solubles dins l'aiga (per exemple, 5-idroximetilfurfural). D'estudis similars sus de segal de cerealas, de residus de tè, de granas d'amarant, de patata doça porpra, de granas d'okra, de racina de kudzu, de fuèlhas de palmata de Sasa, e de brots de bambó mòstran de manièra consistente que l'explosion de vapor non solament aumenta lo contengut fenòlic mas tanben melhora l'activitat antioxidanta. Per exemple, après l'explosion de vapor, la quercetina-3-O-ramnosida dins lo fruch de l'arbre de laca patís una deglicosilacion, se convertissent en quercetina amb una activitat antioxidanta mai fòrta.
Pasmens, l'aument de l'activitat antioxidanta depend tanben de condicions d'explosion apropriadas. L'intensitat excessiva pòt diminuir l'activitat. Una pression nauta o un tractament prolongat pòt far que los acids ferulics e p-cumaric subisson una descarboxilacion, se polimerizan en dimèrs via d'intermediaris de radicals liures, o se degradan en moleculas pichonas coma lo metilguaiacol e la vanillina, çò qu'afeblisca la capacitat antioxidanta. Los estudis mòstran que l'escafament DPPH e FRAP dels extraches de segal de blat culminan a 1,5 MPa pendent 90 s, en declinant amb un aument de l'intensitat suplementari. De descobèrtas similaras son observadas per las granas d'amaranthus, la patata doça porpra, e los residus de tè.
De mai, l'activitat antioxidanta es estrechament correlada amb lo contengut de polifenòls. Los extraches de mongetas rojas après l'explosion de vapor mòstran de correlacions positivas significativas entre la concentracion de polifenòl e las valors de DPPH·, ABTS⁺·, e FRAP. Los extraches de granas d'okra mòstran de correlacions positivas entre lo contengut total de polifenòls e l'escafament de FRAP, DPPH·, e de radicals superoxids (O₂⁻·), mas de correlacions negativas amb los flavonoïdes totals, çò que suggerís que qualques compausats non-fenolics (per exemple, de sucres reductors) generats pendent l'explosion pòdon contribuir a l'activitat antioxida totala.
3.2 Efèctes sus l'activitat antioxidanta intracellulara
Los estudis al nivèl de cellula- confirman mai los efièches benefics de l'explosion de vapor. Dins las cellulas de càncer de fetge uman (HepG2), los extraches de segal de blat de material tractat per explosion de vapor- mòstran una activitat antioxidanta cellulara significativament mai nauta (EC₅₀ mai bassa) que los extraches non tractats, çò qu'indica d'efièches antioxidants mai fòrts. Un autre estudi demòstra que, independentament del lavatge PBS, los extraches de segal de blat tractats a 2,5 MPa pendent 30 s mòstran una activitat antioxidanta cellulara mai nauta que los extraches non tractats, subretot a causa d'un aument dels fenòlics solubles, particularament l'acid ferulic soluble.
Per lo segal de blat sarrasin amar, l'explosion de vapor aumenta l'activitat antioxidanta de l'extrach fenolic liure de 215% dins las cellulas HepG2, amb EC5₀ aperaquí lo doble de las mòstras non tractadas, del temps que melhora tanben significativament l'inibicion de la proliferacion de las cellulas del càncer de còlon uman (Caco-2). D'experiéncias de digestion gastrointestinala simuladas indican que los produches de digestion de segal non tractats mòstran una activitat antioxidanta cellulara minimala, alara que los produches de segal tractats mòstran una activitat significativa. De descobèrtas similaras son reportadas pels extraches de fuèlhas de Populus.
4. Perspectivas
Coma una tecnologia de pretractament de matèrias primièras eficienta, l'explosion de vapor mòstra un grand potencial per melhorar lo rendiment d'extraccion dels polifenòls e d'autres compausats bioactius, e tanben per melhorar lor activitat antioxidanta. L'eficacitat d'aquela tecnologia es influenciada per de factors intrinsècs coma lo tipe de material, la composicion, lo contengut d'umiditat, lo pre-trempament, e la talha de las particulas, e de factors extrinsècs coma la pression de vapor (temperatura) e lo temps de mantenença. Las recèrcas futuras se poirián centrar sus:
Integrar d'experiéncias in vivo e in vitro per elucidar los mecanismes per los quals l'explosion de vapor afecta lo contengut e l'activitat de polifenòls;
Enquestar la relacion d'efièch d'estructura-entre las proprietats de la matriça de matèrias primièras e l'eficacitat de l'explosion de vapor, e en bastir de modèls per optimizar los paramètres d'explosion;
Esclarir los mecanismes de liberacion e la dinamica de transformacion dels compausats bioactius pendent l'explosion de vapor;
Avalorar sistematicament l'impacte de l'explosion de vapor sus divèrses nutriments e lors interaccions dins las matèrias primièras.
Amb la recèrca e l'optimizacion tecnologica contunhadas, l'explosion de vapor es prevista per jogar un ròtle de mai en mai important dins l'extraccion eficienta dels compausats bioactius vegetals, lo desvolopament d'aliments foncionals, e la fabricacion verda dins l'industria alimentària.
