Obtención de un extracto de cacao y café con alto contenido de compuestos bioactivos

Abstract

[SPA] cacao y el cafe son dos fuentes de compuestos fenolicos, el cacao contiene flavan 3-oles (catequina y epicatequina) y metilxantinas (teobromina y cafeina), mientras el cafe contiene acidos clorogenicos o cafeoilquinicos, compuestos bioactivos con demostrado beneficio sobre la salud humana. En base a esta premisa, el presente trabajo tuvo como objetivo la formulación de un alimento con alto valor nutricional, basado en una mezcla con alto contenido de compuestos dichos bioactivos (flavan 3-oles y acidos clorogenicos), presentes en extractos de cacao y cafe. Este proceso se llevo a cabo en cuatro etapas experimentales: la primera enfocada en la obtencion y caracterizacion del extracto de cacao en terminos de su contenido en flavan 3-oles, procianidinas, metilxantinas y polifenoles totales; la segunda etapa fue la obtencion de la mezcla de dicho extracto de cacao y un extracto de cafe de Industria Colombiana de Cafe rico en acidos clorogenicos y derivados; en la tercera etapa se realizo una evaluacion de la calidad y la estabilidad en el tiempo del extracto de cacao obtenido y la mezcla de cacao y cafe. Para la obtencion de una formulacion optima se evaluaron diferentes proporciones de ambos productos (0:100, 25:75, 50:50, 75:25, 100:0 proporcion porcentual de cacao:cafe), basada en su potencial antioxidante. Ademas, se estudio el transporte transepitelial de los compuestos fenolicos a traves del modelo de barrera intestinal células Caco-2 con el fin de determinar la biodisponibilidad de estos compuestos. La calidad se evaluo a partir de la caracterizacion sensorial, su potencial para la fortificacion de alimentos de acuerdo al contenido de minerales de ambos extractos y su seguridad para el consumo a traves de un analisis de citotoxicidad mediante la tecnica MTT en la linea celular CHO-K1. Por otro lado, se analizo la estabilidad de los compuestos fenolicos presentes en ambos extractos. Los resultados en la primera etapa mostraron que deshidratar los granos de cacao sin fermentar a 45°C, inmediatamente tras ser cosechados, conserva siete veces mas los compuestos bioactivos, como la (-)-epicatequina, que los granos secados al sol y fermentados convencionalmente. Ademas, la extraccion hidroalcoholica aumenta la (-)-epicatequina tres veces mas en base al pretratamiento de deshidratacion. Compuestos como las procianidinas y metilxantinas tambien presentan un incremento significativo a partir de estos tratamientos. En la segunda etapa se encontro que el cacao presenta una capacidad antioxidante (CA) mas alta que el cafe, manteniéndose esa capacidad de forma proporcional, antagonica o sinergica, en las mezclas. Lo cual se calculo mediante el indice de combinacion (IC), con el fin de establecer el tipo de interaccion en las mezclas de cacao:cafe, obteniendo que la mezcla 25:75 era moderadamente antagonica, 50:50 casi aditiva, y 75:25 ligeramente sinergica. La eficiencia de absorcion de los compuestos fenolicos del cacao estuvo alrededor del 90%, mientras que fue del 100% para los del cafe, variando dicha biodisponibilidad, en las mezclas, en funcion de la proporcion de los ingredientes. Los resultados, obtenidos hasta esta etapa, permitieron concluir que los compuestos fenolicos presentes en el extracto de cacao y de cafe, se caracterizan por una alta biodisponibilidad y una alta capacidad antioxidante, si bien no se ha encontrado un patron en el tipo de interaccion de las mezclas que permita evidenciar un claro beneficio para utilizarlos de forma combinada. Los resultados en la tercera etapa demostraron que los compuestos mas estables en el extracto de cacao son (+)-catequina y cafeina, mientras que en la mezcla es la (+)-catequina. Aunque los demas compuestos presentaron una alta variabilidad, no se encontraron diferencias estadísticamente significativas, manteniendose estables durante el periodo de conservación (12 semanas). En cuanto al perfil sensorial las notas de sabor mas predominantes fueron las astringentes, amargas y verdosas, tipicas de los compuestos fenolicos y los granos de cacao y cafe sin fermentar. Ademas, se encontro que ambos ingredientes tienen un alto potencial para la fortificación de alimentos con minerales, como B, Cu, Fe, Mn, Rb, Si and Zn. Por otro lado, se comprobo que ninguno de los extractos, de cacao o café utilizado en la mezcla, son citotoxicos. Previamente a este estudio, el ex tracto de cafe fue reconocido como GRAS (Generally Recognized as Safe) y el extracto de cacao no presento ninguna citotoxicidad en el analisis MTT realizado en este estudio. De acuerdo a lo anterior, es posible concluir de que se obtuvo un extracto de cacao y una mezcla de cacao y cafe con alto contenido de compuestos bioactivos y con un alto potencial para el desarrollo de alimentos funcionales.

[ENG] Cocoa and coffee are two sources of phenolic compounds. Cocoa contains flavan-3-ols (catechin and epicatechin) and methylxanthines (theobromine and caffeine), while coffee contains chlorogenic acids. Several studies have reported health benefits from the consumption of these compounds. This research aimed to design a functional mixture with a high content of bioactive compounds (flavan-3-ols and chlorogenic acids) present in cocoa and coffee extracts. This process was carried out in four experimental stages. In the first stage, a cocoa extract was obtained. Also, we characterized the content of flavan 3-ols, procyanidins, methylxanthines, and total polyphenol content (TPC). The second stage was to get a mixture of cocoa extract and a coffee extract from Industria Colombiana de Cafe S.A.S. This stage aimed to uncover the radical scavenging activity (AC) of blends of cocoa and coffee extracts, and the bioavailability of their phenolic compounds, resorting to in vitro models: DPPH and ORAC antioxidant methods, and the characterization of the trans-epithelial transport of cocoa and coffee phenolic compounds through Caco-2 cells monolayer model of the intestinal barrier to determine the bioavailability of these compounds. In the third stage was carried out, an evaluation of the quality and stability over time of the cocoa extract and the mixture with the synergies evidenced during the second stage. The quality was evaluated in terms of sensory characterization, the potential for food fortification according to the mineral content of both extracts, and its safety for consumption through a cytotoxicity analysis using the MTT technique with a CHO-K1 cell line. Also, we analyzed the stability over time of the phenolic compounds present in both extracts under environmental conditions (25°C) and extreme storage conditions (40°C). The results in the first stage showed that dehydrating unfermented cocoa beans at 45°C immediately the harvest time preserves compounds such as (-)-epicatechin. This value is seven times more than conventionally sundried and fermented beans. The hydroalcoholic extraction increased the Compounds such as procyanidins and methylxanthines also show a significant increase from these treatments. In the second stage, the cocoa displayed a higher AC than the coffee regarding both DPPH and ORAC assays, while the mixtures increased in parallel with the percentage of cocoa in the blends. The combination index was calculated to set up the type of interaction in the cocoa-coffee mixtures, obtaining that the mixture 25:75 was moderately antagonistic, 50:50 nearly additive, and 75:25 slightly synergistic. The absorption efficiency of the cocoa phenolic compounds was 90% approximately, in the coffee compounds was 100%. The mixtures varied according to the proportion of cocoa and coffee. The results obtained allowed concluding that the phenolic compounds present in cocoa and coffee, respectively, are featured by high bioavailability and a valuable antioxidant capacity, while no interaction pattern was found in the mixtures concerning the real benefit of using them combined. The results obtained in in the third stage, showed that the most stable compounds in cocoa extract were (+)-catechin and caffeine. In the mix it was (+)-catechin. Although the other compounds showed high variability, no statistically significant differences were found between weeks 0 and 12. This result demonstrates the stability of the phenolic compounds present in both extracts over time. As for the sensory profile, the most predominant flavor notes were astringent, bitter, and green taste typical of phenolic compounds and unfermented cocoa and coffee beans. Additionally, the ingredients have a high potential for food fortification about minerals such as B, Cu, Fe, Mn, Rb, Si, and Zn. Regarding cytotoxicity, the cocoa extract was not cytotoxic, and the coffee extract used in the mixture, before this study, was recognized as GRAS (Generally Recognized as Safe). Based on the above, it is possible to conclude from this study that a cocoa extract and a mixture of cocoa and coffee with a high content of bioactive compounds and with a high potential for the development of functional foods were obtained.