Introducción
Los productos a base de papa son de los alimentos que pueden contener más acrilamida tanto por el alto contenido de azúcares reductores y asparagina, como por la intensidad del tratamiento térmico aplicado (EFSA, 2015). La composición química de la papa varía según el cultivar, la ubicación del crecimiento, las prácticas agrícolas, la madurez en el momento de la cosecha, el historial de almacenamiento, entre otros (Medeiros-Vinci et al., 2011). Sin embargo, independientemente de la variedad, las papas poseen una importante concentración de asparagina, la cual es precursor de la formación de acrilamida. Por otra parte, el proceso de freído es una de las operaciones más antiguas y comunes que se utilizan para cocinar alimentos al sumergirlos en un aceite o grasa comestible que se calienta por encima del punto de ebullición del agua (Farkas et al., 1996). La fritura genera una estructura formada por una capa externa deshidratada, porosa y crujiente, donde se encuentra el aceite y una región húmeda (Pedreschi y Moyano, 2005). La acrilamida se forma en la superficie y en las regiones cercanas a la superficie de las papas fritas donde se alcanzan las temperaturas más altas (Palazoğlu y Gökmen, 2008).
La acrilamida se ha estudiado ampliamente debido a su alta teratogenicidad, carcinogenicidad, toxicidad del sistema nervioso y toxicidad reproductiva (Capuano y Fogliano, 2011; Anese et al., 2014). Ha sido clasificada por la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer como probablemente carcinogénico para los humanos (Huang et al., 2017). La Comisión Europea estableció en 2017 medidas de mitigación para la reducción de la acrilamida en los alimentos e identificó nuevos niveles de referencia para varias categorías de alimentos. Para el caso de las papas fritas señalo un máximo de 500 μg de acrilamida/ kg de papas fritas (Comisión Europea, 2017). Debido a los efectos dañinos potenciales de la acrilamida, las estrategias de mitigación en productos de papa incluyen la selección de variedades con bajo contenido de azúcares reductores, almacenamiento y transporte adecuados, tratamiento con asparaginasa, corte más espeso, freír a una temperatura máxima de 175 °C, así como la aplicación de antioxidantes que pueden inhibir la formación de acrilamida actuando como atrapantes de grupos carbonilos presentes en los azúcares reductores, reduciendo así la reacción de Maillard o glicación que se produce durante el freído de papas (Food Drink Europe, 2013).
Una fuente dietética de polifenoles bioactivos con actividad antioxidante son las hierbas y especias culinarias (Hinneburg et al., 2006; Wojdylo et al., 2007). El uso de éstas en los alimentos para protegerlos contra la oxidación está aumentando (Kaefer y Milner, 2008), especialmente porque los consumidores han cuestionado el uso de los antioxidantes sintéticos, tales como el hidroxitolueno butilado (BHT) y el hidroxianisol butilado (BHA) en productos alimenticios (Madsen y Bertelsen, 1995).
Diversas investigaciones han demostrado que las especias culinarias se pueden usar como inhibidores de acrilamida en diversas matrices de alimentos debido a su potencial antioxidante (Cheng et al., 2009; Zhu et al., 2011; Li et al., 2012; Hamzalioglu et al., 2013; Morales et al., 2014; Qi et al., 2018). Sin embargo, en los últimos años el uso de compuestos polifenólicos para reducir la formación de glicotoxinas en alimentos ha provocado efectos discordantes, pues no solo han demostrado ser eficaces para la reducción de acrilamida sino también en algunos estudios han promovido la formación de esta glicotoxina (Cheng et al., 2010; Budryn et al., 2013; Oral et al., 2014; Liu et al., 2015).
El objetivo del presente estudio fue evaluar el efecto de cinco aditivos comestibles con actividad antioxidante elaborados con distintas especias culinarias sobre el contenido de acrilamida en papas fritas tipo a “la Francesa”.
Materiales y métodos
Selección de las muestras
Tanto las papas (variedad criolla) como las especias culinarias utilizadas para los análisis fueron obtenidas de un supermercado local, ubicado en la ciudad de Tepic, Nayarit, México.
Elaboración de los aditivos comestibles
Se elaboró un total de cinco aditivos con distintas especias culinarias así como sal, jugo de limón, cálices de jamaica verde y la bina base. Los ingredientes y concentración de cada uno de ellos se muestran en la Tabla 1. Su preparación consistió en moler a la vez cada uno de los ingredientes con la ayuda de una licuadora convencional hasta obtener una consistencia pastosa. Posteriormente, la pasta se colocó en tubos Falcón de 50 mL para su centrifugación. El sobrenadante fue utilizado como aditivo para aplicarse en las papas.
Ingredientes | pH | aw | |
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Aditivo #1 | 200 g de cebolla, 20 g de cilantro, 2 g de pimienta negra, 18 g de chile verde, 14 g de ajo, 6 g de sal, 75 mL de jugo de limón y 50 mL de la bina base. | 2.64 c | 0.9870 b |
Aditivo #2 | 200 g de cebolla, 20 g de cilantro, 15 g de orégano, 75 mL de jugo de limón y 50 mL de la bina base | 2.83 b | 0.9961 a |
Aditivo #3 | 200 g de cebolla, 20 g de cilantro, 15 g de hojas de laurel, 75 mL de jugo de limón y 50 mL de la bina base. | 2.90 a | 0.9950 a |
Aditivo #4 | 400 g de cebolla, 40 g cilantro, 1 g de sal, 150 mL de jugo de limón y 50 mL de la bina base. | 2.59 c | 0.9936 a |
Aditivo #5 | 200 g de cebolla, 20 g de cilantro, 2 g de pimienta negra, 18 g de chile verde, 14 g de ajo, 6 g de sal, 8 g de cálices de jamaica verde (variedad UAN-4), 75 mL de jugo de limón y 50 mL de la bina base. | 2.05 d | 0.9845 b |
Valores con letras diferentes (a-d) entre tratamientos son significativamente diferentes (Tukey, p ≤ 0.05).
Values with different letters (a-d) between treatments are significantly different (Tukey, p ≤ 0.05).
Elaboración de la bina base
La elaboración de la bina base consistió en macerar 5 g de canela y 5 g de clavo en polvo (por separado) en 10 mL de ron (40 % de alcohol) durante 24 h. El sobrenadante obtenido de las dos maceraciones se mezcló para formar así la bina base.
Cabe señalar, que se realizaron varios ensayos donde solo se aplicó la bina base, sin embargo se observó que el sabor y olor que impartía la bina base (canelaclavo) a las papas fritas fue desagradable, pues sobresalía el sabor y olor a clavo. Por lo que, para mejorar el sabor y olor de la bina base se utilizaron especias culinarias que han demostrado tener alta actividad antioxidante (Brewer, 2011; Vallverdú-Queralt et al., 2014) y que son utilizadas comúnmente en la cocina mexicana.
Determinación de azúcares reductores totales de los aditivos (ART)
Para la determinación de azúcares reductores se utilizó el procedimiento desarrollado por Bello-Gil et al., (2006) en base al método del ácido 3,5 dinitro salicílico (DNS) (Sumner y Sisler, 1944). Los análisis se realizaron por triplicado.
Determinación de compuestos fenólicos totales y actividad antioxidante de los aditivos
La concentración de compuestos fenólicos totales (CFT) se determinó de acuerdo al método de Stintzing et al. (2005). Mientras que la actividad antioxidante se determinó en base a cuatro métodos: el método 1,1-difenil-2-picrilhidracil (DPPH●), método del ABTS●+, capacidad reductora de Fe (III) a Fe (II) (FRAP) y capacidad de absorción de radicales de oxígeno (ORAC) (Oxigen Radical Absorbance Capacity), de acuerdo a los procedimientos desarrollados por Morales y Jiménez-Pérez (2001), Re et al. (1999) y Kuskoski et al. (2004), Hinneburg et al. (2006) y Huang et al. (2002), y Cao y Prior (1999), respectivamente. Así mismo, se determinó la actividad quelante en base a la metodología de Guicin et al. (2003). Todas las determinaciones se realizaron por triplicado.
Cabe recalcar, que la utilización de las distintas técnicas de actividad antioxidante se debe a que ningún método refleja por si solo la capacidad antioxidante total de una muestra, puesto que este parámetro deberá expresar la capacidad de antioxidantes lipofílicos e hidrofílicos, reflejar y diferenciar los diferentes mecanismos antioxidantes (transferencia de electrones y transferencia de átomos de hidrogeno) y evaluar la reactividad del antioxidante frente a diferentes especies reactivas (de oxígeno y nitrógeno principalmente) (Londoño-Londoño, 2012). Mientras que la actividad quelante fue determinada debido a que la glicación de proteínas o reacción de Maillard en los alimentos puede promoverse significativamente por la presencia de metales de transición como el cobre y el hierro, siendo la reacción de Maillard la principal vía de formación de acrilamida (Sumaya-Martínez et al., 2006).
Determinación del potencial de hidrógeno (pH) y actividad de agua (Aw) de los aditivos
Para la determinación de pH se utilizó un potenciómetro marca HORIBA®, mientras que para la actividad de agua un equipo marca AQUA LAB®. Los análisis se realizaron por triplicado.
Aplicación de los aditivos en papas a freír
Primeramente, las papas fueron lavadas y peladas, enseguida se colocaron en un extrusor de metal dando tiras de 7 cm de largo, 1 cm de ancho y 1 cm de grosor. Se tomaron 100 g de papas (por triplicado) las cuales fueron escaldadas en agua durante 2 min en base a lo reportado por Kalita et al., (2013), transcurrido el tiempo se retiraron del escaldado y se secaron con toallas de papel desechable. Posteriormente, las papas fueron sumergidas en el aditivo correspondiente durante 1 min según lo señalado por Morales et al. (2014). Enseguida se llevó acabo la fijación del aditivo, para ello las papas se envolvieron en papel aluminio y se colocaron en bolsas de plástico transparente para su refrigeración a 10 ◦C por 24 h de acuerdo a lo reportado por Puangsombat y Smith (2010), Puangsombat et al. (2011) y Gibis y Weiss (2012). Enseguida se llevó a cabo el freído de las papas en una freidora eléctrica a 180 ◦C por 8 min de acuerdo a lo reportado por Kalita et al. (2013), utilizando aceite de soya de acuerdo a lo reportado por ANIAME (2009). Una vez transcurrido dicho tiempo, las papas se enfriaron en baño María por 2 min y se congelaron en bolsas de plástico transparente a -80 ◦C por 24 h. Finalmente, la muestra fue molida con la ayuda de una licuadora convencional para su análisis por cromatografía.
Análisis cromátografico de las papas fritas
La extracción de acrilamida, así como el análisis cromátografico se realizó por triplicado en base a la metodología de Van Der Fels-Klerx et al. (2014). Como control positivo se aplicó un extracto acuoso de ácido ascórbico (5 g/100 mL de agua destilada) a papas crudas tipo “a la francesa”, las cuales fueron fritas bajo las mismas condiciones utilizadas para las papas con aditivo. Ya que, existen reportes de la eficacia del ácido ascórbico para inhibir la formación de acrilamida (Biedermann et al., 2002; Yuan et al., 2011; Chen y Gu, 2014; Morales et al., 2014). Adicionalmente, se determinó la concentración de acrilamida en papas comerciales obtenidas de un restaurante de comida rápida ubicado en la ciudad de Tepic, Nayarit.
Características del equipo
Se utilizó un equipo ACQUITY H clase UPLC (Ultra Performance Liquid Chromatography) (marca Waters®) acoplado a un detector QDa (masas simple) con ionización por electrospray (ESI) operando en modo positivo. Las separaciones cromatrográficas se realizaron en una columna ACQUITY UPLC BEH C18 (50 mm x 2.1 mm, i.d., x 1.7 µm) (marca Waters®) utilizando ácido fórmico (10mM) con 0.5% de metanol como fase móvil a un flujo de 0.2 mL/min. La columna fue equilibrada a 25 °C ± 5 °C y el automuestreador se mantuvo a 10 °C ± 5 °C durante todo el análisis. El volumen de inyección fue de 4 µL. El tiempo de retención fue de 1.063 min. La fuente del detector tuvo las siguientes características: voltaje del capilar 1 KV, voltaje del cono 5 V, temperatura de solvatación 500 °C, el gas de solvatación fue nitrógeno. La acrilamida fue identificada por Selected Ion Recording (SIR por sus siglas en inglés) de un canal, el cual fue de 72. El ion monitoreado fue 72 m/z. La concentración se calculó mediante una curva de calibración con rangos de entre 0.001 y 1 µg/mL.
Análisis estadístico
Los datos se procesaron mediante un análisis de varianza (ANDEVA). Cuando el análisis fue significativo (p≤0.05) se realizó una prueba de comparación de medias de Tukey con el fin de establecer las diferencias existentes entre cada tratamiento. Así mismo, se calcularon coeficientes de correlación de Pearson para establecer asociaciones lineales entre variables de interés. El paquete estadístico utilizado fue Minitab v.16.0.
Resultados y discusión
Los resultados sobre el contenido de CFT (Figura 1), actividad antioxidante (Figuras 2 a 5) y actividad quelante (Figura 6) señalan que los cinco aditivos presentaron contenido de compuestos fenólicos y actividad quelante y antioxidante, así como un pH ˂ 3 y una aw ˃ 0.9 (Tabla 1). Estas condiciones son favorables para inhibir la formación de acrilamida, ya que un pH ácido menor a 3, la velocidad de la reacción es mínima y su desarrollo escaso (Ruiz-Roca, 2009), mientras que una actividad de agua mayor a 9, el agua al ser producto de la propia razón ejerce una acción inhibidora diluyendo los reactantes (Badui-Dergal y Valdés-Martínez, 2006).
Values with different letters (a-d) between treatments are significantly different (Tukey, p ≤ 0.05).
Values with different letters (a-c) between treatments are significantly different (Tukey, p ≤ 0.05).
Values with different letters (a-d) between treatments are significantly different (Tukey, p ≤ 0.05).
Values with different letters (a-d) between treatments are significantly different (Tukey, p ≤ 0.05).
Values with different letters (a-b) between treatments are significantly different (Tukey, p ≤ 0.05).
Values with different letters (a-b) between treatments are significantly different (Tukey, p ≤ 0.05).
Los aditivos mostraron una correlación negativa significativa (p≤0.05) entre CFT, DPPH●, ORAC y contenido de acrilamida de r=-0.859, r=-0.610 y r=-0.803 respectivamente.
Es decir, a mayor contenido de fenoles y actividad antioxidante menor contenido de acrilamida. De los cinco aditivos elaborados, el aditivo #5 fue el que presentó los mejores resultados de reducción de acrilamida (Figura 7). Sin embargo, ni el aditivo #5, ni el resto de los aditivos elaborados lograron inhibir de manera significativa la formación de acrilamida con respecto a las papas control, papas con ácido ascórbico y papas comerciales, provocando en las papas fritas un efecto contrario, es decir promovieron la formación de esta glicotoxina. Las papas con el aditivo #1 fueron las que presentaron la mayor concentración de acrilamida (3752 µg/kg muestra), superando siete veces más el valor indicativo máximo sugerido por la Comisión Europea de 500 µg/kg de papas fritas (Comisión Europea, 2017).
Values with different letters (a-d) between treatments are significantly different (Tukey, p ≤ 0.05).
Respecto a las papas con ácido ascórbico, estas no presentaron una reducción significativa de acrilamida (584 µg/kg muestra), como se esperaba, en comparación con las papas control (377 µg/kg muestra) y papas comerciales (289 µg/kg muestra). Las investigaciones de Hamzalioglu y Gök-men (2012) y Hamzalioglu et al. (2013) reportan que los antioxidantes con grupos carbonilo, tales como el ácido ascórbico y ácido dihidroascórbico, pueden reaccionar directamente con asparagina para formar acrilamida, al actuar como donantes de grupos carbonilo (Constantinou y Koutsidis, 2016). Así mismo, las condiciones de freído (temperatura y tiempo) y la concentración de ácido ascórbico (5g) utilizadas en esta investigación, pudieron no favorecer el efecto inhibidor del ácido ascórbico sobre la acrilamida.
Referente a las papas comerciales, éstas no presentaron diferencia significativa (p˃0.05) con las papas control, ni con las papas con ácido ascórbico, mientras que la reducción significativa (p≤0.05) de acrilamida presentada con respecto a las papas con aditivo se puede deber a que comúnmente en la industria de alimentos se emplean aditivos sintéticos como el butilhidroxitolueno (BHT), butilhidroxianisol (BHA) y butilhidroquinona terciaria (BHQT), para evitar reacciones de oxidación e impedir el enranciamiento y decoloración del alimento, así como también para inhibir la formación de acrilamida (Ou et al., 2010). Sin embargo, existen reportes científicos que han demostrado que estos antioxidantes sintéticos poseen efectos citotóxicos (Musa y Arslan, 2011; Karre et al., 2013) por lo que su uso no es recomendable.
El incremento de acrilamida en las papas con aditivo se puede deber a diversos factores, como lo es el contenido de azúcares reductores totales (grupos carbonilo), los cuales forman parte de los reactantes activos para el desarrollo de la reacción de Maillard y son los principales determinantes de la formación de acrilamida en papas fritas (Sanny et al., 2012). En el presente estudio los cinco aditivos elaborados presentaron contenido de ART (Figura 8). Sin embargo, no se presentó una correlación significativa entre la concentración de ART y el contenido de acrilamida (r= 0.090; p = 0.750), lo cual puede indicar que el contenido de acrilamida para esta investigación no está en función de la concentración de los ART de los aditivos.
Values with different letters (a-c) between treatments are significantly different (Tukey, p ≤ 0.05).
Los altos niveles de acrilamida en las papas con aditivo también puede estar relacionado con la degradación de los compuestos fenólicos cuando estos son sometidos a altas temperaturas, es decir el tratamiento térmico reduce su capacidad de captación de compuestos reactivos intermedios de la reacción de Maillard que inducen la formación de acrilamida; el grado de sensibilidad varía entre los distintos compuestos fenólicos (Rodríguez et al., 2011; Jin et al., 2013). Es probable que algunos de los compuestos fenólicos presentes en los cincos aditivos empleados en esta investigación pudieron presentar una baja estabilidad térmica, degradándose cuando fueron sometidos a la temperatura de freído de las papas (180 °C), reduciendo así su capacidad antioxidante.
La estructura de los polifenoles es otro de los factores que pueden estar involucrados en un mayor contenido de acrilamida en las papas con aditivo. Visioli (2012) reportó que los polifenoles que contienen grupos o-difenoles y/o grupos carbonilo diinsaturados están involucrados tanto en la formación y eliminación de acrilamida. Mientras Zheng et al. (2009) y Kotsiou et al. (2011) señalan que los compuestos fenólicos que contienen un grupo aldehído (grupo funcional que contiene un grupo carbonilo) en su estructura, favorecen el contenido de acrilamida.
Por otra parte, Bassama et al. (2010) señalan que la capacidad antioxidante de los polifenoles depende del número y posición de sus sustituyentes hidroxilo y que su efecto se debe a que el átomo de hidrogeno del grupo hidroxilo del polifenol es capaz de combinarse con grupos radicales libres, neutralizándolos e inhibiendo las reacciones en cadena. A mayor número de grupos hidroxilo en los compuestos fenólicos mayor actividad antioxidante. Es probable que algunos de los compuestos fenólicos presentes en los cincos aditivos empleados en esta investigación pudieron presentar grupos o-difenoles, carbonilos diinsaturados, aldehídos o un bajo número de sustituyentes hidroxilo, promoviendo así la formación de acrilamida
Cabe señalar que en años recientes, el uso de compuestos polifenólicos ha provocado efectos discordantes, pues no solo han demostrado ser eficaces para la reducción de acrilamida sino que también han estado involucrados en estimular la formación de esta glicotoxina (Li et al., 2012; Budryn et al., 2013; Liu et al., 2015).
Algunas investigaciones que han reportado efectos discordantes en el contenido de acrilamida mediante el uso de compuestos polifenólicos son:
Oral et al. (2014) utilizaron dos compuestos fenólicos puros (ácido cumárico y hesperetina) en un sistema modelo de asparagina/glucosa, el cual fue sometido a calentamiento a 180 °C por 15 min, observaron que con el uso de ácido cúmarico se logró una reducción de acrilamida del 53%, mientras que con hesperetina provocó un aumento del 9%.
Budryn et al. (2013) realizaron extracciones de hojas de té verde y granos de café verde y los aplicaron a 100 g de masa para rosquillas o donas, utilizando tres distintas concentraciones 0.25, 0.5 y 1 g de extracto. Ellos encontraron que la adición de 0.25 g de extracto de hojas de té verde y la adición de 1 g de extracto de granos de café verde favorecieron la formación de acrilamida, mientras que las concentraciones restantes de extractos tanto de hojas de té como granos de café verde causaron una disminución en el contenido de acrilamida.
Kotsiou et al. (2010) emplearon dos concentraciones (2.2 y 216.9 mg) de extractos de aceite de oliva virgen en un sistema modelo de asparagina/glucosa. La adición de 2.2 mg de extracto provocó una inhibición de la acrilamida, mientras que una concentración de 216.9 mg favoreció la formación de acrilamida.
Cheng et al. (2010) señalaron que las proantocianidinas de manzana fueron eficientes para reducir acrilamida en papas fritas a una concentración de 0.50%. Sin embargo, cuando se utilizaron concentraciones de 0.25% y 1% hubo un incremento en la formación de la misma.
Por otra parte, las investigaciones que reportan solamente incrementos de acrilamida son:
Hamzalioglu et al. (2013) quienes reportaron que la adición de curcumina favoreció la formación de acrilamida en un sistema modelo asparagina/fructosa.
Vattem y Shetty (2003) reportaron que los antioxidantes fenólicos del orégano en rodajas de papas estimularon la formación de acrilamida, al igual que el extracto fenólico de las hojas de bambú. Al respecto Zhang et al. (2006) y Zhang et al. (2007) han señalado que su efecto inhibidor o promotor sobre la formación de acrilamida, es dependiente de la concentración utilizada de este extracto.
Cai et al. (2014), así como Constantinou y Koutsidis (2016) reportaron que la adición de ácido ferúlico a un sistema modelo asparagina/glioxal y la adición de ácido clorogénico en un sistema modelo asparagina/glucosa, respectivamente, mostró un efecto promotor sobre la formación de acrilamida.
Hasta el momento, los resultados sobre la promoción en la formación de acrilamida mediante compuestos fenólicos son polémicos, puesto que ello depende de diversos factores, principalmente de la estructura, concentración y capacidad antioxidante de los polifenoles (Liu et al., 2015). Los resultados obtenidos en esta investigación pudieron verse afectados principalmente por concentración de especias culinarias, tipo y estructura de los antioxidantes presentes en las especias culinarias, así como las condiciones del procesado.
Conclusiones
El presente trabajo examinó el efecto antioxidante de cinco aditivos comestibles elaborados con especias culinarias sobre la formación de acrilamida en papas fritas tipo a la francesa. El efecto mitigante de los cinco aditivos fue nulo, provocando un efecto contrario, es decir promovieron la formación de acrilamida. Los resultados obtenidos en esta investigación pudieron verse afectados principalmente por concentración de especias culinarias, tipo y estructura de los antioxidantes presentes en las especias culinarias, así como las condiciones del procesado. Esto resalta la complejidad que rige las interacciones entre los antioxidantes y las reacciones de formación/eliminación de acrilamida.