Artículos científicos
EVALUACIÓN DE CURCUMINOIDES, POLIFENOLES Y LA CAPACIDAD ANTIOXIDANTE EN RESIDUOS DEL PROCESO DE DESTILACIÓN DE ACEITES ESENCIALES DE CURCUMA LONGA L.
EVALUATION OF CURCUMINOIDS, POLYPHENOLS AND ANTIOXIDANT CAPACITY IN RESIDUES FROM THE DISTILLATION PROCESS OF ESSENTIAL OILS OF CURCUMA LONGA L.
infoANALÍTICA
Pontificia Universidad Católica del Ecuador, Ecuador
ISSN: 2602-8344
ISSN-e: 2477-8788
Periodicidad: Semestral
vol. 11, núm. 2, 2023
Recepción: 23 Marzo 2023
Aprobación: 28 Junio 2023
Autor de correspondencia: pnoriega@ups.edu.ec
Resumen: Los desechos agroindustriales producidos en diversos procesos extractivos traen como consecuencia la generación de problemas ambientales; uno de los procesos que generan miles de toneladas de biomasa anualmente es la destilación de aceites esenciales, mismo del que se obtiene pequeñas cantidades del aceite y elevadas cantidades de desechos. El aceite esencial de cúrcuma se comercializa en todo el planeta, produciendo un pastel residual que en la mayoría de los casos se desecha, sin considerar los metabolitos secundarios que aún pueden ser reutilizados. En la presente investigación se cuantifica por métodos espectrofotométricos los remanentes de curcuminoides y polifenoles de este pastel residual, así como su capacidad antioxidante. En lo que respecta a la presencia de metabolitos secundarios es destacable la concentración que aún se conserva de curcuminoides en el residuo, los cuales se ven poco afectados en el proceso de destilación, manteniendo una concentración de 51,750 ± 0,060 mg/g. Si consideramos el valor medicinal de estos metabolitos secundarios, sería interesante analizar su posterior inserción en fármacos naturales; además, de la elevada capacidad antioxidante con índices de inhibición de la oxidación (IC50) de 13,3 µg/mL usando la metodología del DPPH y 7,0 µg/mL por la del ABTS. La concentración de compuestos fenólicos como flavonoides, antocianinas y fenoles simples si se ve seriamente reducida, lo que era presumible considerando que estos compuestos son termolábiles. Los resultados obtenidos dan cuenta del valor metabólico que aún permanece en el pastel residual generado en la destilación de la cúrcuma y de una posible reutilización medicinal, industrial como colorantes o cosmética.
Palabras clave: aceites esenciales, capacidad antioxidante, Curcuma longa L., curcuminoides, residuo.
Abstract: Agroindustrial wastes produced in various extractive processes cause and exacerbate environmental problems. One process that generates thousands of tons of biomass annually is the distillation of essential oils, where small quantities of the oil and high amounts of waste are obtained. Turmeric essential oil is marketed all over the planet. In the process, a residual cake is produced that is often discarded without considering the secondary metabolites that can still be reused. This research quantifies the remaining curcuminoids and polyphenols in the residual cake and their antioxidant activity by spectrophotometric methods. Concerning the presence of secondary metabolites, it is valid to highlight the concentration of curcuminoids still preserved in the residue because these are not significantly affected in the distillation process and therefore maintain a concentration of 51.750 ± 0.060 mg/g, Considering the medicinal value of these secondary metabolites, it would be interesting to analyze a later insertion in natural drugs. The high antioxidant capacity with oxidation inhibition indexes IC50 of 13.3 µg/mL using the DPPH methodology and 7.0 µg/mL by ABTS is also noteworthy. The concentration of phenolic compounds such as flavonoids, anthocyanins, and simple phenols was considerably reduced, which was to be expected because these compounds are thermolabile. The results demonstrate the metabolic value of the residual cake produced in the distillation of turmeric and the possibility of medicinal or industrial reuse as dyes or cosmetics.
Keywords: antioxidant capacity, Curcuma longa L., curcuminoids, essential oils, waste.
INTRODUCCIÓN
La cúrcuma es una especie vegetal aromática originaria del sudeste de Asia que se cultiva en grandes extensiones en zonas subtropicales y tropicales de Australia y América del Sur (Dosoky & Setzer, 2018). La especie es altamente rica en metabolitos secundarios, llegándose a identificar alrededor de 235, mismos que se encuentran en su fracción volátil (aceite esencial) y en su oleorresina rica en polifenoles y curcuminoides (Zheng et al., 2017). La esencia de la cúrcuma posee moléculas de tipo monoterpeno y sesquiterpeno, especialmente: zingibereno, artumerona, α-turmerona, β-turmerona y germacrona (Raina et al., 2002). La concentración de polifenoles totales es de alrededor de 40 mg/g en equi valentes de ácido gálico (Alafiatayo et al., 2014), en donde los flavonoides constituyen la mayor proporción destacándose la presencia de dihidroquercetina, quercetina y camferol (Jian et al., 2015). Los metabolitos de mayor interés en la planta son los curcuminoides a los que se les atribuyen propiedades antioxidantes, inhi biendo la acción de los radicales superóxido; anticancerígenas, suprimiendo la promoción tumoral, especialmente en cáncer de colon; antiinflamatorias, modulando varios mediadores antiinflamatorios a través de reacciones complejas en citosinas, lípidos mediadores y enzimas; antimicrobianas, inhibiendo el crecimiento de hogos y bacterias patógenas; anti espasmódicas, antiparasitarias en contra de varios tipos de plasmodios y en leishmaniasis, entre otras (Ali et al., 2006).
Aunque, son varios los curcuminoi des contenidos en la cúrcuma, los más abundantes son: curcumina (50- 60 %), demetoxicurcumina (20-30 %), bisdemetoxicurcumina (7-20 %) y ciclocurcumina inferior al 3 % (Quiñones et al., 2012).
La producción mundial de cúrcuma para diversas finalidades es de alrededor de 1.100.000,000 toneladas anuales (Navarro & Arévalo 2021), porcentaje de esta producción que está dedicada a la extracción del aceite esencial. En Ecuador empresas como Aromavida o la Fundación Chankuap Recursos Para el Futuro, producen y comercializan el aceite esencial, el rendimiento del aceite promedio es de aproximadamente un 3 % para cúrcuma deshidratada (Guimarães et al., 2020). Los desechos producidos en el proceso generalmente no son reutilizados y contri buyen a generar contaminación ambiental, misma que conduce a: generar gases de efecto invernadero, dañar la estética natural, desmejorar la salud de hombres y animales, eutrofizar los ecosistemas, etc. (Sharma et al., 2019). En este estudio se logró extraer aceite esencial de cúrcuma, recuperar el pastel residual y analizar los principios activos remanentes y la capacidad antioxidante de los mismos, con la finalidad de valorar sus posibles aplicaciones farmacéuticas, cosméticas e industriales.
MATERIALES Y MÉTODOS
Material vegetal
Los rizomas frescos de cúrcuma fueron adquiridos en el mercado de Puembo, los mismos fueron previa mente cortados antes de la destilación.
Extracción del aceite esencial de cúrcuma
La metodología empleada fue la hidrodestilación, misma que es frecuente en procesos de laboratorio a pequeña escala (Rivera, 2009). En ca da proceso se emplearon 80 g de cúrcuma fresca triturada en 200 mL de agua destilada; destilación por 8 h. El ensayo se realizó por cuadruplicado, Figura 1.
Cuantificación y procesamiento de la biomasa
Una vez finalizado el proceso de hi drodestilación se obtuvo la biomasa y el aceite esencial. El agua y la biomasa residual se separaron con la ayuda de un tamiz, el residuo húme do se llevó a sequedad a 60 °C durante 12 h, en una estufa ESCO_ OFA-54-8. Posteriormente, se deter minó la masa del residuo seco y su humedad por desecación.
Determinación de los curcuminoides totales
Se usó el procedimiento propuesto por Sharma et. al, (2012), mismo que construye una curva de calibración a partir de serie de estándares de curcumina en metanol y posterior análi sis de los curcuminoides en el residuo vegetal previamente digerido por 30 min en metanol. Los valores de absorbancia de los estándares y muestras se leyeron a una longitud de onda de 420 nm, en un espectrofotómetro marca Jasco, modelo V-730, en ensayos por triplicado.
Determinación de fenoles totales
Los compuestos fenólicos totales fueron cuantificados mediante la meto dología de Folin-Ciocalteu (F-C), siguiendo la modificación propuesta por (Noriega et al., 2014) para extractos vegetales, en la que varias solu ciones de concentración creciente de extractos de cúrcuma se someten a la reacción de F-C. Las lecturas en los estándares de ácido gálico y en las muestras se realizaron por triplicado a 764 nm en un espectrofotómetro marca Jasco, modelo V-730. La extracción de los fenoles en las muestras se realizó con etanol al 50 % y al 90 %.
Evaluación de la capacidad antioxidante
Para determinar la capacidad antioxi dante se usaron los métodos espectrofotométricos de DPPH (2,2- difenil-1-picrilhidracilo) y el ABTS (2,2’-Azinobis-3-etil-benzo-tiazolina- 6-ácido sulfónico), mismos que evalúan la capacidad de inhibición de la oxidación de los radicales DPPH y ABTS al contacto con una molécula (Yang et al., 2013; Noriega et al., 2023). Se prepararon una serie de so luciones de extractos de cúrcuma en etanol al 90 % y 50 % en contacto con el radical respectivo, para posteriormente ser leídas en un espectrofotómetro marca Jasco, modelo V-730 a la longitud de onda de 517 nm para el método DPPH y 734 para el ABTS. Como control positivo se usó soluciones de ácido ascórbico.
Con los valores de absorbancia reportados se calculó el porcentaje de inhibición de la oxidación mediante la siguiente ecuación:
(1)AA: Absorbancia sin extracto de cúr cuma
AB: Absorbancia con extracto de cúrcuma
Usando la ecuación de la recta del porcentaje de inhibición versus concentración de extracto se calcularon los IC50, mismos que se comparan para asignar y comparar la capacidad antioxidante.
RESULTADOS
Extracción de aceites esenciales de cúrcuma
Del proceso de destilación de aceites esenciales se obtuvo la mezcla de aceites esenciales, el hidrolato (agua de destilación remanente) y el pastel residual. La Tabla 1, muestra los resultados de las cuatro destilaciones utilizando 80 g de cúrcuma. La mez cla de aceites esenciales obtenido es un líquido aceitoso, ligeramente amarillento y de olor picante. El ren dimiento promedio obtenido fue de 0,66 ± 0,08 (% volumen/peso).
Obtención del residuo seco
Los resultados de cantidad de masa seca residual y humedad se presentan en la Tabla 2. Se obtuvo un porcentaje, a partir de la cantidad de cúrcuma en cada proceso, de destilación de 11,44 ± 0,33 %.
La humedad promedio del residuo es aceptable ya que es inferior al 7 %, lo que garantizaría su conservación (Singh et al., 2010).
Cuantificación de los curcuminoides totales
Los resultados indican que el residuo desecado luego del proceso de destilación aún mantiene elevadas concentraciones de curcuminoides totales. Comparando los resultados con aquellos analizados en la cúrcuma antes de la destilación se verifica una leve pérdida de metabolitos secundarios, Tabla 3.
Cuantificación de polifenoles totales A diferencia del ensayo anterior los resultados indican una baja concentración de polifenoles totales. En la Tabla 4 se presentan los resultados en extractos preparados con etanol al 50 y 90 %.
La disminución de la concentración de estos metabolitos es significativa pues la bibliografía indica valores cercanos a los 60 mg/g (Saeed et al., 2021).
Evaluación de la capacidad antioxidante
La evaluación efectuada por las dos metodologías ABTS y DPPH, indican que el residuo aún mantiene una elevada capacidad antioxidante. Los resultados por ABTS indican un IC50 de 12,0 ± 0,1 µg/mL en etanol al 50 %, 7,0 ± 0.3 µg/mL en etanol al 90 % y para el control positivo con ácido ascórbico un valor de IC50 de 3,0 ± 0,0 µg/mL. Con el método DPPH valores de IC50 de 17,2 ± 0,2 µg/mL en etanol al 50 %, 13,3 ± 0,3 µg/mL en etanol al 90 % y para el control positivo con un I de 5,7 ± 0,0 µg/mL. La interpretación de los valores del IC50 indican que a menor IC50, mayor es su capacidad antioxidante. La Figura 2, resume los resultados obtenidos.
DISCUSIÓN
Se obtuvo que el proceso de destilación de aceites esenciales, para el caso de particular de Curcuma longa L., no afecta mayormente a la con centración de curcuminoides presentes en el residuo que esta actividad genera, lo que sugiere que los curcuminoides no son moléculas que se degradan a altas temperaturas (cercanas 100 °C), lo que hace posible que permanezcan inalterados en el pastel (residuo). Los polifenoles (fenólicos simples, flavonoides y otros), sí se ven afectados por el aumento de temperatura, esto explica que en el residuo hayan sido detectados a concentraciones diferentes a las que están indicadas en la literatura científica en la especie Cúrcuma longa, cuyos valores son cercano a los 40 mg/mL (Alafiatayo et al., 2014), inclusive mayor a los 60 mg/mL (Saeed et al., 2020). Nuestros resultados indican una disminución casi total de la concentración, reportándose valores inferiores al 1mg/mL en todos los extractos.
De acuerdo con los valores de IC50 la capacidad antioxidante en los extrac tos es mayor comparada con el control positivo (ácido ascórbico), resultado que hemos asociado a la alta concentración de curcuminoides, que como es conocido son mo léculas antioxidantes. Los valores de tectados en los diversos extractos a partir de los residuos poseen valores de IC50 entre los 5,7 µg/mL a los 17,2 µg/mL; la bibliografía reporta valores de IC50 por DPPH, en la especie sin modificar, que oscilan entre 1 y 16 µg/mL (Tanvir et al., 2017).
CONCLUSIÓN
Los remanentes presentes en el pastel residual que deja el proceso de destilación de los aceites esenciales en la planta Curcuma longa L., debido a la elevada presencia de curcuminoides totales, podrían tener un destino medicinal y cosmético que aproveche sus propiedades antiinflamatorias, anticancerígenas, antimicrobianas y antioxidantes, que son conocidos en estos metabolitos secundarios. Actualmente existe un gran mercado para productos farmacéuticos de cúrcuma rica en curcuminoides destacándose aquellos de naturaleza antiinflamatoria. La elevada capacidad antioxidante encontrada en esta investigación dejaría abierta la posibilidad de incluirlos en cosméticos antiedad y protectores de la piel, luego de evaluar la eficacia cosmética de los mismos. Adicionalmente, y como es conocido desde el punto de vista industrial, estas moléculas son empleadas como colorantes naturales de baja toxicidad y muy bien toleradas por los seres humanos. Los resultados de la investigación abren una interesante alternativa de reutilización de la biomasa generada en una actividad agroindustrial que debería ser aprovechada en aquellas empresas ecuatorianas que producen aceites esenciales.
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Notas de autor
pnoriega@ups.edu.ec
