Fitonutrientes II: Antocianinas.

Índice:

1. Conceptos previos

2. Estructura de las antocianinas

3. Biosíntesis

4. Extracción

5. Estabilidad

6. Distribución

7. Funciones

8. Beneficios humanos

9. Bibliografía

1. Conceptos previos:

-Fitonutriente: sustancia química, que es producida naturalmente por las plantas y que es responsable de su color y características organolépticas. No tienen valor nutricional, por lo que no se consideran nutrientes esenciales. Su función es la de proteger a las plantas de los radicales libres producidos por la radiación ultravioleta, por lo que se dice que tienen función antioxidante. También participan en la atracción de los animales para así poder dispersar mejor sus semillas, así como en la protección frente a infecciones bacterianas y virales, patógenos, etcétera.

-Antioxidante. Un antioxidante es una molécula capaz de retardar o prevenir la oxidación de otras moléculas. La oxidación es una reacción química de transferencia de electrones de una sustancia a un agente oxidante. Las reacciones de oxidación pueden producir radicales libres que comienzan reacciones en cadena que dañan las células. Los antioxidantes terminan estas reacciones quitando intermedios del radical libre e inhiben otras reacciones de oxidación oxidándose ellos mismos.

Una paradoja en el metabolismo es que mientras que la gran mayoría de la vida compleja requiere del oxígeno para su existencia, el oxígeno es una molécula altamente reactiva que daña a los seres vivos produciendo especies reactivas del oxígeno (ROS). Para lo cual, los organismos poseen una compleja red de metabolitos y enzimas antioxidantes que trabajan juntos para prevenir el daño oxidativo de los componentes celulares tales como el ADN, proteínas y lípidos. Generalmente los sistemas antioxidantes evitan que estas especies reactivas sean formadas o las eliminan antes de que puedan dañar los componentes vitales de la célula.

Los antioxidantes se clasifican en dos amplios grupos, dependiendo de si son solubles en agua o en lípidos. En general los antioxidantes solubles en agua reaccionan con los oxidantes en el citoplasma celular y el plasma sanguíneo, mientras que los antioxidantes liposolubles protegen las membranas de la célula contra la peroxidación de lípidos. Estos compuestos se pueden sintetizar en el cuerpo u obtener de la dieta.

+de 10000 sustancias antioxidantes en las plantas. Ej: carotenos, licopeno, antocianinas, vitamina C, E…

-Radical libre. Los radicales libres son moléculas inestables (perdida de un electrón) y altamente reactivas, por lo que van a tratar de arrancar el electrón que les hace falta, de las moléculas que están a su alrededor para obtener su estabilidad. La molécula atacada (que ahora no tiene un electrón) se convierte entonces en un radical libre y de esta manera se inicia una reacción en cadena.

-Flavonoide. Son metabolitos secundarios de plantas (moléculas orgánicas que no parecen tener una función directa en procesos fotosintéticos, respiratorios, asimilación de nutrientes, transporte de solutos o síntesis de proteínas, carbohidratos o lípidos). Son

compuestos fenólicos, con un esqueleto carbonado de 15 carbonos ordenados en dos anillos aromáticos unidos por un puente de tres carbonos. Se clasifican en función del grado de oxidación del puente de tres carbonos, siendo los principales antocianinas (pigmentos), flavonas, flavonoles e isoflavonas.

2. Estructura de las antocianinas.

Las antocianinas son pigmentos hidrosolubles que se hallan en las vacuolas de las células vegetales y que otorgan el color rojo, púrpura o azul, a las hojas, flores, tallos, raíces y frutos de los denominados vegetales altamente pigmentados (frutas del bosque, remolacha, lombarda, etc).

Desde el punto de vista químico, las antocianinas están consideradas como la categoría principal dentro del grupo de los flavonoides. Son glucósidos de las antocianidinas, es decir, están constituidas por una molécula de antocianidina, que es la aglicona, a la que se le une un azúcar por medio de un enlace glucosídico, generalmente glucosa, pero también se encuentran unidos a ramnosa, galactosa, xilosa y arabinosa. Además, algunas veces se encuentran acilados por compuestos aromáticos y ácidos alifáticos. Es esta compleja glicosilación de las antocianinas la que dificulta la identificacion individual de la misma. De todas las antocianidinas que actualmente se conocen (aproximadamente 20), las más importantes son la pelargonidina, la delfinidina, la cianidina, la petunidina, la peonidina y la malvidina, nombres que derivan de la fuente vegetal de donde se aislaron por primera vez; la combinación de éstas con los diferentes azúcares genera aproximadamente 150 antocianinas.

Se han realizado experimentos con este pigmento por su naturaleza antioxidante, sus propiedades psicoquímicas, biológicas, farmacológicas y terapéuticas y por sus

beneficios en numerosas enfermedades humanas, como en el tratamiento contra el cáncer, en envejecimiento, la diabetes, infecciones bacterianas, inflamación y enfermedades neuronales. Se ha visto que a mayor contenido de total de fenoles, mayor capacidad antioxidante. Sus funciones en las plantas son múltiples, desde la de protección de la radiación ultravioleta hasta la de atracción de insectos polinizadores.

3. Biosíntesis de antocianinas

Los compuestos fenólicos se pueden sintetizar a través de dos rutas: la del ácido siquímico y la del ácido malónico, que son rutas de gran relevancia en la síntesis de metabolitos secundarios. La primera es mucho abundante, ya que la segunda es poco común en plantas superiores, por lo que nos centraremos en la del ácido siquínico.

La ruta del ácido siquímico es responsable de la biosíntesis de la mayoría de los compuestos fenólicos de plantas. A partir de eritrosa-4-P y de ácido fosfoenolpirúvico se inicia una secuencia de reacciones que conduce a la síntesis de ácido siquímico y, derivados de éste, aminoácidos aromáticos (fenilalanina, triptófano y tirosina).

Ruta del ácido siquínico:

4. Extracción

La extracción de antocianina es comúnmente realizada por una repetida maceración o molido con pequeñas cantidades de HCl en metanol o etanol (es preferible usar metanol ya que es menos tóxico, particularmente en usos alimenticios y ensayos clínicos) a temperatura ambiente con el objetivo de obtener la forma del catión flavilio, el cual es estable en un medio altamente ácido.

A bajas temperaturas se usan ácidos débiles para evitar la degradación del pigmento. La adición de agua en algunos casos permite una extracción completa dependiendo de la planta.

4.1 Separación y cuantificación

La técnica más comúnmente empleada hoy en día es la cromatografía líquida de alta resolución en fase reversa (RP-HPLC) puesto que esta permite la separación simultánea, la identificación y cuantificación de los compuestos de antocianinas sin requerir pureza excesiva de los extractos.

En adición, la electroforesis capilar (CE) ha sido usada para separar los compuestos iónicos de antocianinas por su carga, la CE ha sido empleada para la determinación cuantitativa de antocianinas en vino como una alternativa de la RP-HPLC.

4.2 Detección e identificación

Las propiedades espectrales son a menudo usadas para la caracterización de antocianinas.

Las antocianinas separadas son detectadas y cuantificadas a 525 nm (tienen una absorción máxima observada en las regiones de 520-535 nm)

La espectrometría de masas (MS) es una técnica usada comúnmente que permite la identificación de antocianinas teniendo en cuenta la masa de los iones moleculares en la muestra y los fragmentos de la separación de estos compuestos a través de la aplicación de energías ionizantes más altas.

La cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas (LC-MS) es usada para confirmar la identidad de los compuestos de antocianinas en plantas y fluidos biológicos.

5. Estabilidad

La estabilidad de las antocianinas está determinada por la acidez, el grado de oxidación, la temperatura, la fuerza iónica y la interacción con otros radicales y moléculas complejas.

5.1 Efecto del pH

El científico alemán Richard Willstätter fue el primero en describir el cambio de color de las antocianinas, al cambiar el pH. Se pasa del rojo anaranjado en condiciones ácidas, como el de la pelargonidina, al rojo intenso-violeta de la cianidina en condiciones neutras, y al rojo púrpura-azul de la delfinidina, en condiciones alcalinas.

Este es uno de los factores más importantes. Las antocianinas son más estables en medio ácido que en un medio neutro o alcalino porque la acidez tiene un efecto protector sobre la molécula.

En medio ácido la forma predominante es la del ión flavilio, el cual da el color rojo.

Cuando son sometidas a pH básico o alcalino (a pH 4.5), el ión flavilio es susceptible al ataque nucleofílico por parte del agua, produciéndose la pseudobase carbinol (o hemicetal) y la forma chalcona (o de cadena abierta), ambas formas son incoloras y bastante inestables.

A valores de pH superiores a 7 se presentan las formas quinoidales de color púrpura que se degradan rápidamente por oxidación con el aire.

Conociendo esto, las antocianinas tienen su máxima expresión de color a pH ácidos y su forma incolora se produce a pH neutros o alcalinos.

5.2 Dióxido de azufre

Las enzimas que destruyen a las antocianinas pueden ser inactivadas utilizando dióxido de azufre en bajas concentraciones, de esta forma aumenta la estabilidad de las antocianinas. Si las sometemos a altas concentraciones de dióxido de azufre se produce un blanqueo irreversible.

5.3 Oxígeno y ácido ascórbico

La presencia de oxígeno y ácido ascórbico contribuye a la degradación de antocianinas. La pérdida de antocianinas ante la presencia de oxígeno depende del pH.

El ácido ascórbico, en presencia de iones cobre y oxígeno, se oxida a ácido deshidroascórbico y produce agua oxigenada, la cual oxida las antocianinas.

5.4 Temperatura

Las antocianinas son destruidas por el calor durante su procesamiento y almacenamiento. La degradación al incrementar la temperatura sigue un modelo logarítmico.

Los incrementos de la temperatura dan como resultado la pérdida del azúcar glicosilante en la posición 3 de la molécula y la apertura de anillo con la consecuente producción de chalconas incoloras.

5.5 Formas de estabilización de las antocianinas.

Los principales mecanismos por los que las antocianinas pueden ser estibilizados con el fin de proporcionar un color más brillantes y estable son:

_ Interacciones intramoleculares. Acilaciones

_ Polimerización

_ Interacciones intermoleculares: copigmentación

Acilaciones

Las antocianinas aciladas han sido de gran interés debido a que la sustitución del grupo acilado se relaciona con la estabilidad. Poseen un color más estable con el incremento de la temperatura y la luz.

Cuando tienen un alto grado de acilación y sustitución en el anillo B, la copigmentación intramolecular disminuye la hidratación de estos compuestos hacia la pseudobase incolora, lo cual aumenta la estabilidad de las antocianinas.

Polimerización

Las antocianinas se pueden encontrar copolimerizadas con ellas mismas o con otros compuestos fenólicos, proteínas y polisacáridos aumentando su estabilidad frente al pH.

La polimerización es debida a interacciones hidrofóbicas del núcleo aromático de la antocianina y del copigmento. Se propone la formación de una capa hidrofóbica rodeada de un área hidrofílica de residuos glucosilados, por lo que la antocianina estará protegida del agua y retendrá su color. Por lo tanto, el principal objetivo de la polimerización es controlar la hidratación del catión flavilio para evitar la formación de la pseudobase.

Copigmentación

Las antocianinas por sí solas no confieren tanto color ya que existen en su forma incolora en un rango de pH muy amplio. En la naturaleza, sin embargo, las antocianinas se encuentran asociadas con ciertos compuestos mediante interacciones débiles. Esto implica que el compuesto coloreado es estabilizado por factores fisicoquímicos inusuales. Uno de estos factores se relaciona con la presencia de compuestos conocidos como copigmentos.

Existen dos tipos de copigmentación.

_ C. Intermolecular: consiste en la asociación débil de las antocininas con ciertos compuestos, modificando la estabilidad y el color del complejo.

_ C. intramolecular: la antocianina forma enlaces fuertes con grupos de ácidos orgánicos que tenga unidos.

Dentro de los copigmentos se incluyen a los flavonoides, alcaloides, aminoácidos y nucleótidos, así como también las propias antocianinas pueden servir de copigmento a otras antocianinas como por ejemplo:

- Alcaloides: cafeína- Flavononas: hesperidina,naringina

La copigmentación es un mecanismo de interacción molecular que previene el ataque nucleofílico del agua previniendo la decoloración del pigmento

El efecto principal de los copigmentos es producir junto con las antocianinas bajo condiciones deseables, un desplazamiento batocrómico (fenómeno que se verifica cuando la longitud de onda de absorción de una sustancia se desplaza hacia longitudes de onda más grandes o de menor energía por efecto del solvente o por sustituyentes) en la longitud de onda y un incremento en la absorbancia de la banda en el espectro visible, por lo que se obtienen soluciones con mayor color (efecto hipercrómico).

El efecto de los copigmentos aumenta con una mayor proporción de antocianina y con un mayor radio de copigmento: antocianina. Esta observación sugiere que la copigmentación intermolecular juega un papel clave en la prevención de la pérdida de color durante el tratamiento con luz y calor.

6. Distribución En las plantas superiores las antocianinas se localizan en diversas partes de la planta: hojas, tallos, raíces, flores y frutos. Más concretamente se localizan en las vacuolas de las células epidérmicas o subepidérmicas, en unos organelos denominados antocianoplastos.

Cada vegetal contiene una o varias antocianinas características, la que lo hace diferente a otro.

Las antocianinas pueden confundirse con los carotenoides, que también le dan color a las flores y hojas, aunque a diferencia de las antocianinas, éstos no son solubles en agua, sino que están adosados a las proteínas de los cloroplastos. Un factor que contribuye a la variedad de colores en flores, hojas y frutas es la coexistencia de varias antocianinas en un mismo tejido. Por ejemplo, en las flores de la malva real se puede encontrar malvidina y delfinidina.

7. Funciones _ Filtración o recepción de la luz en hojas tiernas.

_ Ahuyentar a los depredadores de las plantas por su desagradable sabor.

_ Se acumulan como respuesta a estrés.

_ Dan color a una gran variedad de plantas: el color de las antocianinas resulta de la excitación de la molécula por la luz visible. El grado con el que la molécula es excitada depende de la movilidad relativa de los electrones en la estructura. Los enlaces dobles se excitan muy fácilmente y su presencia es esencial para dar color.

_ Su propiedad antioxidante evita la producción de radicales libres.

_ Funcionan como una pantalla de protección a los rayos UV, ya que son producidas en respuesta a la exposición de la planta a dicha radiación, protegiendo su DNA del daño del sol. Para llevar a cabo esta función hacen que las plantas, las flores y las frutas muestren un color rojizo.

_ Atracción visual de los animales con el fin de llevar a cabo la polinización y la dispersión de semillas.

En otoño, cuando la clorofila se descompone, los flavonoides incoloros se ven privados del átomo de oxígeno unido a su anillo central, lo que los convierte en antocianinas, dando colores brillantes. Esta transformación química que consiste sólo en la pérdida de un átomo de oxígeno es la responsable de nuestra percepción de los colores del otoño.

8. Beneficios en humanos

Salud:

Los efectos terapéuticos de las antocianinas están relacionados con su actividad antioxidante. Estudios con fracciones de antocianinas provenientes del vino han demostrado que éstas son efectivas en atrapar especies reactivas del oxígeno, además de inhibir la oxidación de lipoproteínas y la agregación de plaquetas.

Ejercen efectos terapéuticos conocidos como son:

-Cuidar y mejorar la visión. Al margen de las características generales de la mayoría de los antioxidantes, las antocianinas prevén las enfermedades visuales degenerativas, y en especial en el caso de la degeneración macular asociada a la edad, la cual acaba ocasionando ceguera.

Por otro lado, las antocianinas ejercen una acción protectora sobre los microcapilares y ayudan a mejorar la agudeza visual aunque no existan enfermedades, el riego cerebral e incluso, combinado con otras plantas medicinales, se emplean en el tratamiento natural de vértigos.

-Acción antiinflamatoria. Las antocianinas presentan una acción antiinflamatoria suave, pero exenta de efectos secundarios, por lo que los alimentos que contienen antocianinas suelen recomendarse a personas con problemas articulares.

-Las antocianinas reducen y previenen la obesidad.

Un diverso grupo de compuestos fenólicos provenientes de los denominados frutos rojos, tales como flavonoles, elagitaninos y antocianidinas, inhiben las enzimas digestivas α-glucosidasa, α-amilasa, proteasa y lipasa, las cuales son dianas terapéuticas para controlar la diabetes mellitus tipo 2 y la obesidad.

También, las antocianinas restringen la actividad de la α-glucosidasa, lo que determina una disminución de los niveles de glucosa en sangre. Además, junto con los elagitaninos, actúan sinérgicamente para inhibir la actividad de la enzima α-amilasa. Las pro-antocianidinas contribuyen principalmente en la inhibición de la lipasa gastrointestinal y limitan la digestión de las grasas después de las comidas.

Las antocianinas de la uva, por otro lado, inhibirían el desarrollo de la obesidad ya que, al menos in vitro, producen una disminución de la acumulación de lípidos en los adipocitos maduros.

-También tiene funciones neurológicas. Se hizo un estudio con ratas y se vio que las antocianinas mejoraban las deficiencias relacionadas con la edad en el señalamiento neuronal y parámetros de comportamiento y que mejoraban la memoria a corto plazo.

- Antitumoral. En combinación con el ácido elágico, desarrollan una potencia preventiva contra ciertos tipos de cánceres, aunque no hay nada confirmado hasta el momento.

- La ingestión de frutos rojos también mejora el sistema inmune. Los jugos ricos en antocianinas, como los de frutas de arándanos o de boysenberry (Rubus ursinus x idaeus), cuando son suministrados como suplemento de la dieta a individuos sanos, incrementan la proliferación de linfocitos y también la secreción de citocininas (interleucina 2) por los linfocitos activados.

Por lo que vemos las antocianinas tienen un importante papel en la reducción de enfermedades, además de conferir color a los productos que lo contienen. Por lo tanto, además de su papel funcional como colorantes, las antocianinas son agentes potenciales en la obtención de productos con valor agregado para el consumo humano.

Alimentación:

El interés por los pigmentos antociánicos se ha intensificado recientemente debido a sus propiedades farmacológicas y terapéuticas, sin embargo no tienen ninguna propiedad nutricional. Debido a que durante el paso desde el tracto digestivo al torrente sanguíneo de los mamíferos las antocianinas permanecen intactas, su consumo puede tener un impacto directo sobre la salud humana.http://es.wikipedia.org/wiki/Antocianina - cite_note-26

Como sucede con otros antioxidantes, no se tiene claro cuál es la dosis óptima de antocianinas recomendadas o si existe riesgo de sobredosis.

El consumo de antocianinas mediante la alimentación es completamente inofensivo, la falta de datos precisos se refiere a los tratamientos con suplementos de dosis elevadas.

Relacionado con esto vemos las nuevas dietas basadas en amaranto y quinoa, muy saludables por su alto contenido en nutrientes.

La consumición de semillas y brotes se ha vuelto muy popular actualmente, por esto se hizo un estudio con el objetivo de mostrar el valor nutricional como fuente antioxidante de estos brotes y semillas asociado con su composición en antocianinas. Se vio que el contenido en antocianinas es mayor en quinoa y amaranto que en ciertos tipos de arroz, habas de soja... Los resultados de esta investigación mostraron que los brotes tienen mayor poder antioxidante que las semillas, lo que puede ser resultado de la diferencia en el contenido de polifenoles, antocianinas y otros componentes.

Las antocianinas son un importante parámetro de calidad de uvas rojas, debido a la importancia que estos compuestos tienen en el color de los respectivos vinos.

La demanda de antocinina a nivel mundial, obtenida a partir de fuentes naturales, se calcula entre 1.200 y 1.300 toneladas anuales. Los principales países consumidores son Japón y Estados Unidos y en menor escala Francia, Inglaterra, Alemania, España, Bélgica y Venezuela. La producción global de antocianinas está orientada a las empresas productoras de productos de bebidas, saborizantes de yogur y golosinas.

9. Bibliografía.

Fisiología vegetal, J. (2007). McGrow Hill. Madrid.

http://es.wikipedia.org/wiki/Antocianina

http://herbolaria.wikia.com/wiki/Antocianina

http://www.biotecnia.uson.mx/revistas/articulos/16-BIO-11-DPA-06.pdf

http://quimica.laguia2000.com/elementos-quimicos/antocianinas

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lqf/quintero_h_cm/capitulo4.pdf