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UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE LÍPIDOS y ANTIOXIDANTES BENJAMÍN ALBERTO ROJANO Profesor asociado Departamento de Química Medellín, Abril de 1997 UNAl-Medellín

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

OXIDACIOacuteN DE LIacutePIDOS y ANTIOXIDANTES

BENJAMIacuteN ALBERTO ROJANO

Profesor asociado

Departamento de Quiacutemica

Medelliacuten Abril de 1997

UNAl-Medelliacuten

T

~~=t

[ f

RESUMEN

La reaccioacuten de oxidacioacuten de liacutepidos es uno de los procesos maacutes

importante en la quiacutemica de los alimentos e implica una de las aacutereas de

investigacioacuten de mayor estudio en los uacuteltimos antildeos El uso de los

antioxidantes en la industria alimenticia representa grandes cantidades de

dinero sin embargo en la mayoriacutea casos se hace de una manera

indiscriminada sin conocer la quiacutemica de dichos compuestos

El presente trabajo hace inicialmente una descripcioacuten del fenoacutemeno de

oxidacioacuten de liacutepidos haciendo eacutenfasis en cada una de las etapas del

proceso (iniciacioacuten propagacioacuten y terminacioacuten)

Posteriormente se describe como se clasifican como actuacutean y como son

estructuralmente los diversos antioxidantes Ademaacutes se plantean las

tendencias en la buacutesqueda de estructuras con propiedades antioxidantes a

partir de las investigaciones en el campo de los productos naturales

En consecuencia se busca con esta revisioacuten dar una visioacuten amplia sobre

la oxidacioacuten de liacutepidos a partir de los recientes avances cientiacuteficos

reportados y estudiar la quiacutemica del funcionamiento de los diversos

antioxidantes usados en los alimentos

ii

iacuteNDICE DE FIGURAS

Paacutegina

Figura 1Perfil de las reacciones de autoxidacioacuten de liacutepidos3

Figura 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos en la descomposicioacuten de

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus

Figura 2 Autoxidacioacuten del aacutecido linoleico 5

Figura 3 Mecanismo general de oxidacioacuten de liacutepidos 6

Figura 4 Iniciacioacuten Enzimatica (Lipoxigenasas) 12

Figura 5 Esquema general de oxidacioacuten de liacutepidos 14

hidroperoacutexidos16

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios 21

anaacutelogos28

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes 36

iexclii

iacuteNDICE GENERAL

RESUMEN

iacuteNDICE DE FIGURAS

INTRODUCCiOacuteN 1

PEROXIDACIOacuteN LiacutepIDICA 2

1 REACCIONES DE INICIACIOacuteN 7

11 Fotooxigenacioacuten7

12 Metales pesados 9

13 Hemocompuestos 1 O

14 Cataacutelisis enzimaacutetica ( Lipoxidasas o lipoxigenasas) 11

2 Reacciones de Propagacioacuten y Terminacioacuten13

3 Descomposicioacuten de hidroperoacutexidos 15

3 Prevencioacuten de la oxidacioacuten y el uso de antioxidantes 17

31 Tipos de antioxidantes 18

311 Antioxidantes Primarios 18

ii

iv

3111 Tocoferoles22

3112 Flavonoides y Aacutecidos fenoacutelicos 29

312 Antioxidantes Secundarios 38

3121 Agentes secuestrantes 38

3122 Inactivadores de oxiacutegeno singlete 39

313 Antioxidantes con muacuteltiples funciones 40

3131 Fosfoliacutepidos 40

3132 Productos de la reaccioacuten de Maillard 41

Conclusiones44

Bibliografiacutea46

1

INTRODUCCiOacuteN

La reaccioacuten espontaacutenea del oxiacutegeno con compuestos orgaacutenicos es una

de las reacciones maacutes importantes en los organismos vivos Muchas

enfermedades croacutenicas se deben a perturbaciones en el metabolismo de

los aacutecidos grasos Por ejemplo un exceso de aacutecidos grasos en la dieta

conduce a enfermedades cardiovasculares y Llna descontrolada

peroxidacioacuten lipiacutedica causa inflamaciones y se asocia con la artritis

caacutencer y aterogeacutenesis12

En los alimentos la oxidacioacuten estaacute relacionada con una diversidad de

cambios durante su procesamiento distribucioacuten y almacenamiento Los

liacutepidos son los sustratos maacutes oxidables en un alimento y esta reaccioacuten

afecta muchos paraacutemetros cualitativos como el aroma producido por la

formacioacuten o modificacioacuten de compuestos volaacutetiles el sabor producido por

los hidroxiaacutecidos entre otros modifica el color debido a reacciones tipo

Maillard entre las proteiacutenas y sustancias originadas por los liacutepidos

provoca cambios de textura debido a reacciones de entrecruzamiento y

causa perdidas del valor nutricional en el alimento por la destruccioacuten de

algunas vitaminas liposolubles3

2

El proceso de oxidacioacuten de los liacutepidos en los alimentos ocurre

fundamentalmente debido a los aacutecidos grasos insaturados a traveacutes de

una serie de reacciones en cadena de radicales libres Este proceso se

inicia con pequentildeas cantidades de oxiacutegeno por lo cual resulta difiacutecil

evitarlo sin embargo se puede controlar o retardar usando

adecuadamente las diferentes teacutecnicas de conservacioacuten combinadas con

el uso de antioxidantes Para usar adecuadamente un antioxidante hay

que conocer la forma como funcionan estas estructuras dentro del

proceso de oxidacioacuten

Los antioxidantes se clasifican de acuerdo a su modo de accioacuten como

primarios y secundarios los antioxidantes primarios son interruptores de

la reaccioacuten de propagacioacuten mientras los antioxidantes secundarios

reduce la velocidad de iniciacioacuten de diferentes formas

PEROXIDACIOacuteN lIPiacuteDICA O AUTOXIDACIOacuteN

La reaccioacuten de liacutepidos con el oxiacutegeno se conoce como peroxidacioacuten

lipiacutedica y se puede dividir como autoxidacioacuten propiamente dicha y la

cataacutelisis promovida por lipoxigenasas La autoxidacioacuten de los aacutecidos

grasos en los alimentos es un proceso que se puede presentar de dos

formas en el caso (2) de la figura 1 se muestra la situacioacuten de reaccioacuten

3

maacutes frecuente yen la cual despueacutes de un cierto periacuteodo de induccioacuten se

detectan los primeros productos de oxidacioacuten que van aumentado

exponencialmente con el tiemp04 En muchos alimentos se encuentran en

concentraciones muy altas algunas sustancias pro-oxidantes como los

metales las cuales aceleran los procesos degradativos de tal manera

que no hay un periacuteodo de induccioacuten y esto corresponde al caso 1

1 2

tiempo

FIGURA 1 Pentildeil de las reacciones de Autoxidacioacuten de Liacutepidos

La duracioacuten del periacuteodo de induccioacuten y la velocidad de oxidacioacuten

dependen de la naturaleza del aacutecido graso oxidable El periacuteodo de

induccioacuten es el tiempo en el cual la oxidacioacuten del sustrato es constante y

en los aacutecidos grasos disminuye en el orden oleico linoleico linoleacutenico

4

mientras que la velocidad oxidacioacuten aumenta en el mismo orden estas

variaciones se deben a la capacidad que tienen los compuestos

iacutensaturados para formar radicales estables por la presencia de aacutetomos de

hidroacutegeno especialmente activados En la tabla 1 se indican las energiacuteas

necesarias para la sustraccioacuten de un aacutetomo de hidroacutegeno de los

diferentes grupos existentes en un aacutecido graso

kjmol

422

H

CH3-iquestHshy 410

H

I 322-CH-CH=CH

H

I 272-CH=CH-CH-CH=CH-

Tabla 1 Energia para disociar un aacutetomo de hidroacutegeno

Asiacute pues los aacutecidos grasos insaturados forman maacutes faacutecil el radical

cuando se extrae un aacutetomo de H del grupo metileacutenico que de un grupo

alilo aislado En el caso del aacutecido linoleico se sustrae el aacutetomo de H del

s grupo metileacutenico en posicioacuten 11 situado entre los dobles enlaces ( Figura

La autoxidacioacuten de los liacutepidos ocurre fundamentalmente debido a los

aacutecidos grasos insaturados a traveacutes de una serie de reacciones en cadena

de radicales libres que tiene las fases de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten Como la autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos insaturados en

los alimentos causa disminucioacuten en su calidad para retardarla hay que

conocer cada uno de los pasos dentro del proceso 5

(13) (9) -CH=CH=CH=CH=CHshy

-CHCH=CHCH=CHshy -CHCH=CHCtI=CHshyI I

00shy

degt~ VRH

~Rmiddot cHa(CH2)4CHCHC~CtI=CH(CH2nCOOH

I OOH

Figura 2 Autoxidacioacuten del aacutecido linoleico

6

Ijl

En la etapa de iniciacioacuten el radical lipiacutedico Re se forma a partir del

Iiacutepido(RH) usualmente por el ataque de radicales luz calor

irradiaciones o por trazas de metales El radical lipiacutedico formado

reacciona raacutepidamente con oxiacutegeno para dar un radical peroxilo ROOe

el cual ataca otra moleacutecula de liacutepido y sustrae un aacutetomo de hidroacutegeno

para formar un hidroperoacutexido lipiacutedico ROOH y un nuevo radical lipiacutedico

que inicia de nuevo la secuencia de propagacioacuten De esta manera

muchas moleacuteculas de liacutepidos pueden ser oxidadas hasta hidroperoacutexidos

por muchas formas de iniciacioacuten El ciclo de propagacioacuten es interrumpido

por las reacciones de terminacioacuten en las cuales hay consumo de los

radicales Las interacciones biacutemoleculares de radicales libres originan

productos no-radicales muy estables El proceso se resume en la figura 2

ki RH R + Hmiddot (1) INICIACIOacuteN

R + O2 ROO (2) PROPAGACIOacuteN

ROO + RH k3 ROOH + R (3)

R + ROO (4) TERMINACIOacuteN ROO + ROO (5)

R + R (6)

Figura 3 Mecanismo general de oxidacioacuten de liacutepidos

7

La reaccioacuten (3) es raacutepida cuando la energiacutea necesaria para la

sustraccioacuten del H de la moleacutecula del aacutecido graso es menor que la energiacutea

liberada en la formacioacuten del enlace hidroacutegeno-oxiacutegeno del nuevo

hidroperoacutexido

1 REACCIONES DE INICIACiOacuteN

En los modelos usados para estudiar la autoxidacioacuten de liacutepidos se ha

encontrado que existen dos grupos de reacciones que participan en el

proceso de iniciacioacuten En el primer grupo tenemos las reacciones de

iniciacioacuten propiamente dichas pues con ellas se superan las barreras

energeacuteticas que impiden la interaccioacuten de los aacutecidos grasos con el

oxiacutegeno A este grupo de reacciones pertenece la fotooxigenacioacuten los

metales y las hemoproteiacutenas En el segundo grupo se ubica la iniciacioacuten

enzimatica (Iipoxigenasas) 6

11 Fotooxigenacioacuten El oxiacutegeno en su estado fundamental es un

triplete (302 ) y por principios mecanocuaacutenticos estaacute impedido para

reaccionar con los aacutecidos grasos que se encuentran en un estado

singlete C02) para formar otro singlete como los hidroperoacutexidos(reaccioacuten

8

1) La energiacutea de activacioacuten para la oxidacioacuten directa del aacutecido graso es

muy alta (150-270Kjmol) por lo tanto dicha reaccioacuten es poco probable7

RH + 302 gtlt ROOH (1)

El oxiacutegeno en su estado fundamental (302) puede absorber 92 Kjmol y

pasar al estado singlete C02) en el que ambos electrones se encuentran

apareados en el mismo orbital En este caso el oxiacutegeno es un buen

electroacutefilo cuando reacciona con dobles enlace La fotooxigenacioacuten es

potencial izada por sensibilizadores como la clorofila a y b Y la feosfitina a

y b entre otros Estos sensibilizadores son activados por la luz y

reaccionan directamente con el sustrato para formar los radicales libres

que continuacutean con la reaccioacuten y otros que activan el oxiacutegeno de la

siguiente formas

Sen hv Sen (2)

Sen + 30 ------ 102 + Sen (3)2

El oxiacutegeno formado reacciona despueacutes con el aacutecido graso para

propagar la oxidacioacuten

----l ROOH (4)

9

12 Metales pesados Los alimentos lipiacutedicos generalmente

contienen trazas de iones metaacutelicos que pueden proceder del equipo de

refinacioacuten del proceso de hidrogenacioacuten del envase o de los diversos

componentes proteicos como las enzimas Los metales pesados que

incrementan la velocidad de oxidacioacuten de los aacutecidos grasos son aquellos

que poseen dos o maacutes estados de oxidacioacuten y que tienen ademaacutes un

potencial redox intermedio como es el caso del Cu Fe y Mn8

La estabilidad de un alimento depende de la naturaleza del aacutecido graso

y de la concentracioacuten del ion metaacutelico asiacute por ejemplo los aceites de

girasol y de maiacutez que son ricos en aacutecido linoleico deben contener menos

de 003ppm de Fe3+ y 001 ppm de Cu 2+ para una permanencia durante

un tiempo largo en estantes8

Los iones metaacutelicos pueden iniciar la autoxidacioacuten soacutelo cuando hay

presencia de hidroperoacutexidos a los que descomponen en radicales de

acuerdo a las siguientes reacciones

Men+- + RooH ---- RO- + Men +1 + -OH (5)

Oacute Men+l + RooH ROO- + Men+ (6)

10

La velocidad de autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos depende del

contenido de agua en el alimento En los alimentos desecados el ion

metaacutelico reacciona maacutes faacutecilmente con el hidroperoacutexido por que no existe

la capa de hidratacioacuten De tal manera que ha medida que aumenta el

contenido de agua en al alimento desciende la velocidad de

autoxidacioacuten8

13 Hemocompuestos Las hemoproteiacutenas y heminas existen en la

mayoriacutea de los vegetales La hemoglobina mioglobina y el citocromo e

aceleran la autoxidacioacuten de liacutepidos en tejidos animales Tales reacciones

son con frecuencia la causa de los defectos de aroma que se producen

cuando se almacenan pescados aves y productos caacuternicos En los

vegetales las proteiacutenas heminicas maacutes importantes son la peroxidasa y la

catalasa9

Las reacciones de iniciacioacuten de radicales libres promovidas por la

hemoglobina son de la forma

11

14 CATAacuteLISIS ENZIMAacuteTICA ( lipoxidasas o lipoxigenasas)

Las reacciones de las lipoxidasas o lipoxigenasas con los aacutecidos

grasos se diferencia de la autoxidacioacuten por las caracteriacutesticas propias de

la cataacutelisis enzimaacutetica es decir la especificidad del sustrato existencia

de un pH oacuteptimo de reaccioacuten y la temperatura Ademaacutes el proceso es

realmente una oxigenacioacuten en lugar de una oxidacioacuten propiamente dicha

Las lipoxidasas peroxidan especiacuteficamente los aacutecidos grasos con

sistemas pentadienos (1-cis 4-cis) como el aacutecido linoleacutenico y linoleico en

las plantas y el araquidoacutenico en los animales en este caso el aacutecido

oleico no sirve como sustrato oxidable La lipoxigenasa tambieacuten puede

atacar a varios compuestos que tienen dobles enlaces en su estructura

quiacutemica entre los cuales tenemos los pigmentos naturales como el ~shy

caroteno y las clorofilas Su accioacuten decolorante sobre esas estructuras se

ha usado en el blanqueado de harinas de cereales para lo cual se usa la

lipoxigenasa de la harina de soya 10

Las lipoxidasas son metaloproteiacutenas con un ion hierro (11) en el centro

activo La enzima es activada por su producto de oxidacioacuten es decir

cuando el Fe2+ se oxida a Fe3+ La cataacutelisis transcurre asiacute del sustrato

oxidable se extrae un aacutetomo de hidroacutegeno del grupo pentadienilo (1-cis

4-cis) que se oxida a luego a H+ el radical pentadienilo unido a la enzima

12

se transforma luego en un sistema conjugado que reacciona con el

oxiacutegeno El radical peroacutexido formado es reducido por la enzima y por

fijacioacuten de un protoacuten se forma el hidroperoacutexido10 Figura 4

Enz-Fe2+ ~ROOH

+- PRODUCTO Enz-Fe3+

Enz-Fe2+ RshyEnz-Fe~-I ROOshy

Enz-Fe3+ ROOshy

FIGURA 4 INICIACIOacuteN ENZIMAacuteTICA (LIPOXIGENASAS)

Una vez formados los rlidroperoacutexidos se pueden seguir las etapas de

propagacioacuten y terminacioacuten vistas anteriormente Sin embargo en

algunas frutas y verduras existen sistemas enzimaacuteticos que transforman

los hidroperoacutexidos en sustancias volaacutetiles Por ejemplo en el pepino se

forma el 2-trans 6-cis nonadienal que le confiere un olor caracteriacutestico

debido a la accioacuten de una hidroperoacutexido-liasa y una isomerasa En el

13

trigo y el maiacutez se forman los aacutecidos a ylo Y cetograsos por la accioacuten de

algunas liasas La accioacuten de las liacutepoxidasas de la soya y frijoles produce

compuestos volaacutetiles muy similares a pesar de que los hidroperoacutexidos de

donde provienen son diferentes El sabor amargo de la avena se debe a

la formacioacuten enzimaacutetica del aacutecido 9-trans hidroxi 10-cis-11shy

octadienoico10

2 REACCIONES DE PROPAGACiOacuteN Y TERMINACiOacuteN

Los radicales lipiacutedicos formados en las diversas iniciaciones son

especies muy reactivas que pueden sufrir raacutepidamente las reacciones de

propagacioacuten ya sea por abstraccioacuten de hidroacutegeno al reaccionar con una

moleacutecula de aacutecido graso(RH) o por una reaccioacuten con oxigeno en su

estado basal

R- + RH (9)

-- ROO- (10)

ROO- + RH ROOH + iexcl( (11)

La combinacioacuten de dos radicales para que ocurra la terminacioacuten de la

oxidacioacuten es un proceso con una entalpiacutea de activaqioacuten muy baja sin

embargo estaacute limitada por factores de tipo esteacuterico que disminuyen la

14

colisioacuten entre los radicales debido a que estos deben tener una

orientacioacuten adecuada por lo cual se hace poco probable la reaccioacuten

En los productos alimenticios se ha encontrado que las reacciones

laterales son maacutes importantes porque inducen la formacioacuten de

sustancias volaacutetiles como los esteres cetonas aldehiacutedos hidrocarburos

alcoholes aacutecidos orgaacutenicos productos de polimerizacioacuten entre otros los

cuales producen los cambios sensoriales que a la vez determinan la

calidad del alimento En la figura se resume el proceso de oxidacioacuten

grasos polinsaturados y todas sus consecuencias3

RH1ABSTRACCIOacuteN DE H INICIADORES (METALES CALOR LUZ UV)

R RADICALES LIBRES - TERMINACIOacuteN

OXIDACIOacuteN DE PIGMENTOS

RH-J R--- ~

ROOH(H IDROPEROacuteXIDOS)

PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIOacuteN PRODUCTOS DE POL~RIZACIOacuteN cetonas aldehiacutedos aacutecidos colores oscuros

hidrocarburos y compuestos toxicos

Figura 5 esquema general de oxidacioacuten de liacutepidos

15

3 DESCOMPOSICiOacuteN DE HIDROPEROacuteXIDOS

Los hidroperoacutexidos formados en la etapa de propagacioacuten tienen la

capacidad de interaccionar con otras moleacuteculas o de intervenir en

reacciones secundarias generando nuevas sustancias Los

hidroperoacutexidos pueden fragmentarse por rompimientos homoliticos o

heteroliacuteticos (figura) El rompimiento homoliacutetico en posicioacuten ~ produce un

radical alcoxi como intermedio y sufrir posteriormente una unioacuten

carbono-carbono El rompimiento hornoliacutetico en el lado ordf del carbono

aleoxi forma pentano y metil-13-oxo-911 tridecadienoato cuando se usa

inicialmente el 13-hidroperoacutexido del metil linoleato Ademaacutes se puede

formar metil octanoato y 24 decadienal usando el 9-hidroperoxido del

metil linoleato

El rompimiento homoliacutetico Q forma hexanal y metil 9-oxononanoato de

los 13 y 9 hidroperoacutexidos del metil linoleato Los rompimientos

heterol iacutetieos bajo condiciones aacutecidas producen carbocationes

intermedios los cuales rompen selectivamente para formar los mismos

compuestos del rompimiento homoliacutetico Q es decir hexanal y metiacutel 9shy

oxononanoat07

16

OOHOOH

R~~RR

t- HOMOLITICO

0H --- OH

O O

~R R~ R

Pantano Matil octanoato Metil 9-oxo

Metil 13-oxo- + 24 dacadianalHexanal nonanoato 911 t~idacadianoato

HETEROLITICO

H+ R O +~O~R

R ~~R

Haxanal Metil 9-oxononanoato

FIGURA 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos

en la descomposicioacuten de hidroperoxidos

17

3 PREVENCiOacuteN DE LA OXIDACiOacuteN Y EL USO DE

ANTIOXIDANTES

El proceso de oxidacioacuten de liacutepidos ocurre en presencia de cantidades

muy bajas de oxiacutegeno y por esto en la mayoriacutea de los casos los meacutetodos

de conservacioacuten (empaque al vaciacuteo refrigeracioacuten congelaciacuteoacutenetc) si se

usan aisladamente resultan insuficientes para evitarlo Ademaacutes es

antieconoacutemico tratar de eliminar todo el oxiacutegeno presente y en su lugar

se usan operaciones de conservacioacuten combinadas con el uso de

antioxidantes

Los antioxidantes son compuestos capaces de retardar el proceso de

oxidacioacuten extienden asiacute el periacuteodo de oxidacioacuten y por lo tanto su vida

uacutetil Sin embargo nunca mejoran ni regeneran la calidad de un producto

altamente oxidado Los antioxidantes usados en alimentos deben cumplir

algunos requisitos como ser inodoro no impartir color insiacutepido ser

efectivo a bajas concentraciones que sea faacutecil de incorporar que soporte

las condiciones de procesamiento barato estable en el producto

terminado y que no sea toacutexico Seguacuten la USDA los antioxidantes son

sustancias para preservar los alimentos al retardar el deterioro y la

rancidez causada por la oxidacioacuten12

18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

isolated from storage-aged orange juiee J Agrie Food Chem 40 550-52

61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

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RESUMEN

La reaccioacuten de oxidacioacuten de liacutepidos es uno de los procesos maacutes

importante en la quiacutemica de los alimentos e implica una de las aacutereas de

investigacioacuten de mayor estudio en los uacuteltimos antildeos El uso de los

antioxidantes en la industria alimenticia representa grandes cantidades de

dinero sin embargo en la mayoriacutea casos se hace de una manera

indiscriminada sin conocer la quiacutemica de dichos compuestos

El presente trabajo hace inicialmente una descripcioacuten del fenoacutemeno de

oxidacioacuten de liacutepidos haciendo eacutenfasis en cada una de las etapas del

proceso (iniciacioacuten propagacioacuten y terminacioacuten)

Posteriormente se describe como se clasifican como actuacutean y como son

estructuralmente los diversos antioxidantes Ademaacutes se plantean las

tendencias en la buacutesqueda de estructuras con propiedades antioxidantes a

partir de las investigaciones en el campo de los productos naturales

En consecuencia se busca con esta revisioacuten dar una visioacuten amplia sobre

la oxidacioacuten de liacutepidos a partir de los recientes avances cientiacuteficos

reportados y estudiar la quiacutemica del funcionamiento de los diversos

antioxidantes usados en los alimentos

ii

iacuteNDICE DE FIGURAS

Paacutegina

Figura 1Perfil de las reacciones de autoxidacioacuten de liacutepidos3

Figura 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos en la descomposicioacuten de

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus

Figura 2 Autoxidacioacuten del aacutecido linoleico 5

Figura 3 Mecanismo general de oxidacioacuten de liacutepidos 6

Figura 4 Iniciacioacuten Enzimatica (Lipoxigenasas) 12

Figura 5 Esquema general de oxidacioacuten de liacutepidos 14

hidroperoacutexidos16

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios 21

anaacutelogos28

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes 36

iexclii

iacuteNDICE GENERAL

RESUMEN

iacuteNDICE DE FIGURAS

INTRODUCCiOacuteN 1

PEROXIDACIOacuteN LiacutepIDICA 2

1 REACCIONES DE INICIACIOacuteN 7

11 Fotooxigenacioacuten7

12 Metales pesados 9

13 Hemocompuestos 1 O

14 Cataacutelisis enzimaacutetica ( Lipoxidasas o lipoxigenasas) 11

2 Reacciones de Propagacioacuten y Terminacioacuten13

3 Descomposicioacuten de hidroperoacutexidos 15

3 Prevencioacuten de la oxidacioacuten y el uso de antioxidantes 17

31 Tipos de antioxidantes 18

311 Antioxidantes Primarios 18

ii

iv

3111 Tocoferoles22

3112 Flavonoides y Aacutecidos fenoacutelicos 29

312 Antioxidantes Secundarios 38

3121 Agentes secuestrantes 38

3122 Inactivadores de oxiacutegeno singlete 39

313 Antioxidantes con muacuteltiples funciones 40

3131 Fosfoliacutepidos 40

3132 Productos de la reaccioacuten de Maillard 41

Conclusiones44

Bibliografiacutea46

1

INTRODUCCiOacuteN

La reaccioacuten espontaacutenea del oxiacutegeno con compuestos orgaacutenicos es una

de las reacciones maacutes importantes en los organismos vivos Muchas

enfermedades croacutenicas se deben a perturbaciones en el metabolismo de

los aacutecidos grasos Por ejemplo un exceso de aacutecidos grasos en la dieta

conduce a enfermedades cardiovasculares y Llna descontrolada

peroxidacioacuten lipiacutedica causa inflamaciones y se asocia con la artritis

caacutencer y aterogeacutenesis12

En los alimentos la oxidacioacuten estaacute relacionada con una diversidad de

cambios durante su procesamiento distribucioacuten y almacenamiento Los

liacutepidos son los sustratos maacutes oxidables en un alimento y esta reaccioacuten

afecta muchos paraacutemetros cualitativos como el aroma producido por la

formacioacuten o modificacioacuten de compuestos volaacutetiles el sabor producido por

los hidroxiaacutecidos entre otros modifica el color debido a reacciones tipo

Maillard entre las proteiacutenas y sustancias originadas por los liacutepidos

provoca cambios de textura debido a reacciones de entrecruzamiento y

causa perdidas del valor nutricional en el alimento por la destruccioacuten de

algunas vitaminas liposolubles3

2

El proceso de oxidacioacuten de los liacutepidos en los alimentos ocurre

fundamentalmente debido a los aacutecidos grasos insaturados a traveacutes de

una serie de reacciones en cadena de radicales libres Este proceso se

inicia con pequentildeas cantidades de oxiacutegeno por lo cual resulta difiacutecil

evitarlo sin embargo se puede controlar o retardar usando

adecuadamente las diferentes teacutecnicas de conservacioacuten combinadas con

el uso de antioxidantes Para usar adecuadamente un antioxidante hay

que conocer la forma como funcionan estas estructuras dentro del

proceso de oxidacioacuten

Los antioxidantes se clasifican de acuerdo a su modo de accioacuten como

primarios y secundarios los antioxidantes primarios son interruptores de

la reaccioacuten de propagacioacuten mientras los antioxidantes secundarios

reduce la velocidad de iniciacioacuten de diferentes formas

PEROXIDACIOacuteN lIPiacuteDICA O AUTOXIDACIOacuteN

La reaccioacuten de liacutepidos con el oxiacutegeno se conoce como peroxidacioacuten

lipiacutedica y se puede dividir como autoxidacioacuten propiamente dicha y la

cataacutelisis promovida por lipoxigenasas La autoxidacioacuten de los aacutecidos

grasos en los alimentos es un proceso que se puede presentar de dos

formas en el caso (2) de la figura 1 se muestra la situacioacuten de reaccioacuten

3

maacutes frecuente yen la cual despueacutes de un cierto periacuteodo de induccioacuten se

detectan los primeros productos de oxidacioacuten que van aumentado

exponencialmente con el tiemp04 En muchos alimentos se encuentran en

concentraciones muy altas algunas sustancias pro-oxidantes como los

metales las cuales aceleran los procesos degradativos de tal manera

que no hay un periacuteodo de induccioacuten y esto corresponde al caso 1

1 2

tiempo

FIGURA 1 Pentildeil de las reacciones de Autoxidacioacuten de Liacutepidos

La duracioacuten del periacuteodo de induccioacuten y la velocidad de oxidacioacuten

dependen de la naturaleza del aacutecido graso oxidable El periacuteodo de

induccioacuten es el tiempo en el cual la oxidacioacuten del sustrato es constante y

en los aacutecidos grasos disminuye en el orden oleico linoleico linoleacutenico

4

mientras que la velocidad oxidacioacuten aumenta en el mismo orden estas

variaciones se deben a la capacidad que tienen los compuestos

iacutensaturados para formar radicales estables por la presencia de aacutetomos de

hidroacutegeno especialmente activados En la tabla 1 se indican las energiacuteas

necesarias para la sustraccioacuten de un aacutetomo de hidroacutegeno de los

diferentes grupos existentes en un aacutecido graso

kjmol

422

H

CH3-iquestHshy 410

H

I 322-CH-CH=CH

H

I 272-CH=CH-CH-CH=CH-

Tabla 1 Energia para disociar un aacutetomo de hidroacutegeno

Asiacute pues los aacutecidos grasos insaturados forman maacutes faacutecil el radical

cuando se extrae un aacutetomo de H del grupo metileacutenico que de un grupo

alilo aislado En el caso del aacutecido linoleico se sustrae el aacutetomo de H del

s grupo metileacutenico en posicioacuten 11 situado entre los dobles enlaces ( Figura

La autoxidacioacuten de los liacutepidos ocurre fundamentalmente debido a los

aacutecidos grasos insaturados a traveacutes de una serie de reacciones en cadena

de radicales libres que tiene las fases de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten Como la autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos insaturados en

los alimentos causa disminucioacuten en su calidad para retardarla hay que

conocer cada uno de los pasos dentro del proceso 5

(13) (9) -CH=CH=CH=CH=CHshy

-CHCH=CHCH=CHshy -CHCH=CHCtI=CHshyI I

00shy

degt~ VRH

~Rmiddot cHa(CH2)4CHCHC~CtI=CH(CH2nCOOH

I OOH

Figura 2 Autoxidacioacuten del aacutecido linoleico

6

Ijl

En la etapa de iniciacioacuten el radical lipiacutedico Re se forma a partir del

Iiacutepido(RH) usualmente por el ataque de radicales luz calor

irradiaciones o por trazas de metales El radical lipiacutedico formado

reacciona raacutepidamente con oxiacutegeno para dar un radical peroxilo ROOe

el cual ataca otra moleacutecula de liacutepido y sustrae un aacutetomo de hidroacutegeno

para formar un hidroperoacutexido lipiacutedico ROOH y un nuevo radical lipiacutedico

que inicia de nuevo la secuencia de propagacioacuten De esta manera

muchas moleacuteculas de liacutepidos pueden ser oxidadas hasta hidroperoacutexidos

por muchas formas de iniciacioacuten El ciclo de propagacioacuten es interrumpido

por las reacciones de terminacioacuten en las cuales hay consumo de los

radicales Las interacciones biacutemoleculares de radicales libres originan

productos no-radicales muy estables El proceso se resume en la figura 2

ki RH R + Hmiddot (1) INICIACIOacuteN

R + O2 ROO (2) PROPAGACIOacuteN

ROO + RH k3 ROOH + R (3)

R + ROO (4) TERMINACIOacuteN ROO + ROO (5)

R + R (6)

Figura 3 Mecanismo general de oxidacioacuten de liacutepidos

7

La reaccioacuten (3) es raacutepida cuando la energiacutea necesaria para la

sustraccioacuten del H de la moleacutecula del aacutecido graso es menor que la energiacutea

liberada en la formacioacuten del enlace hidroacutegeno-oxiacutegeno del nuevo

hidroperoacutexido

1 REACCIONES DE INICIACiOacuteN

En los modelos usados para estudiar la autoxidacioacuten de liacutepidos se ha

encontrado que existen dos grupos de reacciones que participan en el

proceso de iniciacioacuten En el primer grupo tenemos las reacciones de

iniciacioacuten propiamente dichas pues con ellas se superan las barreras

energeacuteticas que impiden la interaccioacuten de los aacutecidos grasos con el

oxiacutegeno A este grupo de reacciones pertenece la fotooxigenacioacuten los

metales y las hemoproteiacutenas En el segundo grupo se ubica la iniciacioacuten

enzimatica (Iipoxigenasas) 6

11 Fotooxigenacioacuten El oxiacutegeno en su estado fundamental es un

triplete (302 ) y por principios mecanocuaacutenticos estaacute impedido para

reaccionar con los aacutecidos grasos que se encuentran en un estado

singlete C02) para formar otro singlete como los hidroperoacutexidos(reaccioacuten

8

1) La energiacutea de activacioacuten para la oxidacioacuten directa del aacutecido graso es

muy alta (150-270Kjmol) por lo tanto dicha reaccioacuten es poco probable7

RH + 302 gtlt ROOH (1)

El oxiacutegeno en su estado fundamental (302) puede absorber 92 Kjmol y

pasar al estado singlete C02) en el que ambos electrones se encuentran

apareados en el mismo orbital En este caso el oxiacutegeno es un buen

electroacutefilo cuando reacciona con dobles enlace La fotooxigenacioacuten es

potencial izada por sensibilizadores como la clorofila a y b Y la feosfitina a

y b entre otros Estos sensibilizadores son activados por la luz y

reaccionan directamente con el sustrato para formar los radicales libres

que continuacutean con la reaccioacuten y otros que activan el oxiacutegeno de la

siguiente formas

Sen hv Sen (2)

Sen + 30 ------ 102 + Sen (3)2

El oxiacutegeno formado reacciona despueacutes con el aacutecido graso para

propagar la oxidacioacuten

----l ROOH (4)

9

12 Metales pesados Los alimentos lipiacutedicos generalmente

contienen trazas de iones metaacutelicos que pueden proceder del equipo de

refinacioacuten del proceso de hidrogenacioacuten del envase o de los diversos

componentes proteicos como las enzimas Los metales pesados que

incrementan la velocidad de oxidacioacuten de los aacutecidos grasos son aquellos

que poseen dos o maacutes estados de oxidacioacuten y que tienen ademaacutes un

potencial redox intermedio como es el caso del Cu Fe y Mn8

La estabilidad de un alimento depende de la naturaleza del aacutecido graso

y de la concentracioacuten del ion metaacutelico asiacute por ejemplo los aceites de

girasol y de maiacutez que son ricos en aacutecido linoleico deben contener menos

de 003ppm de Fe3+ y 001 ppm de Cu 2+ para una permanencia durante

un tiempo largo en estantes8

Los iones metaacutelicos pueden iniciar la autoxidacioacuten soacutelo cuando hay

presencia de hidroperoacutexidos a los que descomponen en radicales de

acuerdo a las siguientes reacciones

Men+- + RooH ---- RO- + Men +1 + -OH (5)

Oacute Men+l + RooH ROO- + Men+ (6)

10

La velocidad de autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos depende del

contenido de agua en el alimento En los alimentos desecados el ion

metaacutelico reacciona maacutes faacutecilmente con el hidroperoacutexido por que no existe

la capa de hidratacioacuten De tal manera que ha medida que aumenta el

contenido de agua en al alimento desciende la velocidad de

autoxidacioacuten8

13 Hemocompuestos Las hemoproteiacutenas y heminas existen en la

mayoriacutea de los vegetales La hemoglobina mioglobina y el citocromo e

aceleran la autoxidacioacuten de liacutepidos en tejidos animales Tales reacciones

son con frecuencia la causa de los defectos de aroma que se producen

cuando se almacenan pescados aves y productos caacuternicos En los

vegetales las proteiacutenas heminicas maacutes importantes son la peroxidasa y la

catalasa9

Las reacciones de iniciacioacuten de radicales libres promovidas por la

hemoglobina son de la forma

11

14 CATAacuteLISIS ENZIMAacuteTICA ( lipoxidasas o lipoxigenasas)

Las reacciones de las lipoxidasas o lipoxigenasas con los aacutecidos

grasos se diferencia de la autoxidacioacuten por las caracteriacutesticas propias de

la cataacutelisis enzimaacutetica es decir la especificidad del sustrato existencia

de un pH oacuteptimo de reaccioacuten y la temperatura Ademaacutes el proceso es

realmente una oxigenacioacuten en lugar de una oxidacioacuten propiamente dicha

Las lipoxidasas peroxidan especiacuteficamente los aacutecidos grasos con

sistemas pentadienos (1-cis 4-cis) como el aacutecido linoleacutenico y linoleico en

las plantas y el araquidoacutenico en los animales en este caso el aacutecido

oleico no sirve como sustrato oxidable La lipoxigenasa tambieacuten puede

atacar a varios compuestos que tienen dobles enlaces en su estructura

quiacutemica entre los cuales tenemos los pigmentos naturales como el ~shy

caroteno y las clorofilas Su accioacuten decolorante sobre esas estructuras se

ha usado en el blanqueado de harinas de cereales para lo cual se usa la

lipoxigenasa de la harina de soya 10

Las lipoxidasas son metaloproteiacutenas con un ion hierro (11) en el centro

activo La enzima es activada por su producto de oxidacioacuten es decir

cuando el Fe2+ se oxida a Fe3+ La cataacutelisis transcurre asiacute del sustrato

oxidable se extrae un aacutetomo de hidroacutegeno del grupo pentadienilo (1-cis

4-cis) que se oxida a luego a H+ el radical pentadienilo unido a la enzima

12

se transforma luego en un sistema conjugado que reacciona con el

oxiacutegeno El radical peroacutexido formado es reducido por la enzima y por

fijacioacuten de un protoacuten se forma el hidroperoacutexido10 Figura 4

Enz-Fe2+ ~ROOH

+- PRODUCTO Enz-Fe3+

Enz-Fe2+ RshyEnz-Fe~-I ROOshy

Enz-Fe3+ ROOshy

FIGURA 4 INICIACIOacuteN ENZIMAacuteTICA (LIPOXIGENASAS)

Una vez formados los rlidroperoacutexidos se pueden seguir las etapas de

propagacioacuten y terminacioacuten vistas anteriormente Sin embargo en

algunas frutas y verduras existen sistemas enzimaacuteticos que transforman

los hidroperoacutexidos en sustancias volaacutetiles Por ejemplo en el pepino se

forma el 2-trans 6-cis nonadienal que le confiere un olor caracteriacutestico

debido a la accioacuten de una hidroperoacutexido-liasa y una isomerasa En el

13

trigo y el maiacutez se forman los aacutecidos a ylo Y cetograsos por la accioacuten de

algunas liasas La accioacuten de las liacutepoxidasas de la soya y frijoles produce

compuestos volaacutetiles muy similares a pesar de que los hidroperoacutexidos de

donde provienen son diferentes El sabor amargo de la avena se debe a

la formacioacuten enzimaacutetica del aacutecido 9-trans hidroxi 10-cis-11shy

octadienoico10

2 REACCIONES DE PROPAGACiOacuteN Y TERMINACiOacuteN

Los radicales lipiacutedicos formados en las diversas iniciaciones son

especies muy reactivas que pueden sufrir raacutepidamente las reacciones de

propagacioacuten ya sea por abstraccioacuten de hidroacutegeno al reaccionar con una

moleacutecula de aacutecido graso(RH) o por una reaccioacuten con oxigeno en su

estado basal

R- + RH (9)

-- ROO- (10)

ROO- + RH ROOH + iexcl( (11)

La combinacioacuten de dos radicales para que ocurra la terminacioacuten de la

oxidacioacuten es un proceso con una entalpiacutea de activaqioacuten muy baja sin

embargo estaacute limitada por factores de tipo esteacuterico que disminuyen la

14

colisioacuten entre los radicales debido a que estos deben tener una

orientacioacuten adecuada por lo cual se hace poco probable la reaccioacuten

En los productos alimenticios se ha encontrado que las reacciones

laterales son maacutes importantes porque inducen la formacioacuten de

sustancias volaacutetiles como los esteres cetonas aldehiacutedos hidrocarburos

alcoholes aacutecidos orgaacutenicos productos de polimerizacioacuten entre otros los

cuales producen los cambios sensoriales que a la vez determinan la

calidad del alimento En la figura se resume el proceso de oxidacioacuten

grasos polinsaturados y todas sus consecuencias3

RH1ABSTRACCIOacuteN DE H INICIADORES (METALES CALOR LUZ UV)

R RADICALES LIBRES - TERMINACIOacuteN

OXIDACIOacuteN DE PIGMENTOS

RH-J R--- ~

ROOH(H IDROPEROacuteXIDOS)

PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIOacuteN PRODUCTOS DE POL~RIZACIOacuteN cetonas aldehiacutedos aacutecidos colores oscuros

hidrocarburos y compuestos toxicos

Figura 5 esquema general de oxidacioacuten de liacutepidos

15

3 DESCOMPOSICiOacuteN DE HIDROPEROacuteXIDOS

Los hidroperoacutexidos formados en la etapa de propagacioacuten tienen la

capacidad de interaccionar con otras moleacuteculas o de intervenir en

reacciones secundarias generando nuevas sustancias Los

hidroperoacutexidos pueden fragmentarse por rompimientos homoliticos o

heteroliacuteticos (figura) El rompimiento homoliacutetico en posicioacuten ~ produce un

radical alcoxi como intermedio y sufrir posteriormente una unioacuten

carbono-carbono El rompimiento hornoliacutetico en el lado ordf del carbono

aleoxi forma pentano y metil-13-oxo-911 tridecadienoato cuando se usa

inicialmente el 13-hidroperoacutexido del metil linoleato Ademaacutes se puede

formar metil octanoato y 24 decadienal usando el 9-hidroperoxido del

metil linoleato

El rompimiento homoliacutetico Q forma hexanal y metil 9-oxononanoato de

los 13 y 9 hidroperoacutexidos del metil linoleato Los rompimientos

heterol iacutetieos bajo condiciones aacutecidas producen carbocationes

intermedios los cuales rompen selectivamente para formar los mismos

compuestos del rompimiento homoliacutetico Q es decir hexanal y metiacutel 9shy

oxononanoat07

16

OOHOOH

R~~RR

t- HOMOLITICO

0H --- OH

O O

~R R~ R

Pantano Matil octanoato Metil 9-oxo

Metil 13-oxo- + 24 dacadianalHexanal nonanoato 911 t~idacadianoato

HETEROLITICO

H+ R O +~O~R

R ~~R

Haxanal Metil 9-oxononanoato

FIGURA 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos

en la descomposicioacuten de hidroperoxidos

17

3 PREVENCiOacuteN DE LA OXIDACiOacuteN Y EL USO DE

ANTIOXIDANTES

El proceso de oxidacioacuten de liacutepidos ocurre en presencia de cantidades

muy bajas de oxiacutegeno y por esto en la mayoriacutea de los casos los meacutetodos

de conservacioacuten (empaque al vaciacuteo refrigeracioacuten congelaciacuteoacutenetc) si se

usan aisladamente resultan insuficientes para evitarlo Ademaacutes es

antieconoacutemico tratar de eliminar todo el oxiacutegeno presente y en su lugar

se usan operaciones de conservacioacuten combinadas con el uso de

antioxidantes

Los antioxidantes son compuestos capaces de retardar el proceso de

oxidacioacuten extienden asiacute el periacuteodo de oxidacioacuten y por lo tanto su vida

uacutetil Sin embargo nunca mejoran ni regeneran la calidad de un producto

altamente oxidado Los antioxidantes usados en alimentos deben cumplir

algunos requisitos como ser inodoro no impartir color insiacutepido ser

efectivo a bajas concentraciones que sea faacutecil de incorporar que soporte

las condiciones de procesamiento barato estable en el producto

terminado y que no sea toacutexico Seguacuten la USDA los antioxidantes son

sustancias para preservar los alimentos al retardar el deterioro y la

rancidez causada por la oxidacioacuten12

18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

isolated from storage-aged orange juiee J Agrie Food Chem 40 550-52

61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

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ii

iacuteNDICE DE FIGURAS

Paacutegina

Figura 1Perfil de las reacciones de autoxidacioacuten de liacutepidos3

Figura 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos en la descomposicioacuten de

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus

Figura 2 Autoxidacioacuten del aacutecido linoleico 5

Figura 3 Mecanismo general de oxidacioacuten de liacutepidos 6

Figura 4 Iniciacioacuten Enzimatica (Lipoxigenasas) 12

Figura 5 Esquema general de oxidacioacuten de liacutepidos 14

hidroperoacutexidos16

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios 21

anaacutelogos28

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes 36

iexclii

iacuteNDICE GENERAL

RESUMEN

iacuteNDICE DE FIGURAS

INTRODUCCiOacuteN 1

PEROXIDACIOacuteN LiacutepIDICA 2

1 REACCIONES DE INICIACIOacuteN 7

11 Fotooxigenacioacuten7

12 Metales pesados 9

13 Hemocompuestos 1 O

14 Cataacutelisis enzimaacutetica ( Lipoxidasas o lipoxigenasas) 11

2 Reacciones de Propagacioacuten y Terminacioacuten13

3 Descomposicioacuten de hidroperoacutexidos 15

3 Prevencioacuten de la oxidacioacuten y el uso de antioxidantes 17

31 Tipos de antioxidantes 18

311 Antioxidantes Primarios 18

ii

iv

3111 Tocoferoles22

3112 Flavonoides y Aacutecidos fenoacutelicos 29

312 Antioxidantes Secundarios 38

3121 Agentes secuestrantes 38

3122 Inactivadores de oxiacutegeno singlete 39

313 Antioxidantes con muacuteltiples funciones 40

3131 Fosfoliacutepidos 40

3132 Productos de la reaccioacuten de Maillard 41

Conclusiones44

Bibliografiacutea46

1

INTRODUCCiOacuteN

La reaccioacuten espontaacutenea del oxiacutegeno con compuestos orgaacutenicos es una

de las reacciones maacutes importantes en los organismos vivos Muchas

enfermedades croacutenicas se deben a perturbaciones en el metabolismo de

los aacutecidos grasos Por ejemplo un exceso de aacutecidos grasos en la dieta

conduce a enfermedades cardiovasculares y Llna descontrolada

peroxidacioacuten lipiacutedica causa inflamaciones y se asocia con la artritis

caacutencer y aterogeacutenesis12

En los alimentos la oxidacioacuten estaacute relacionada con una diversidad de

cambios durante su procesamiento distribucioacuten y almacenamiento Los

liacutepidos son los sustratos maacutes oxidables en un alimento y esta reaccioacuten

afecta muchos paraacutemetros cualitativos como el aroma producido por la

formacioacuten o modificacioacuten de compuestos volaacutetiles el sabor producido por

los hidroxiaacutecidos entre otros modifica el color debido a reacciones tipo

Maillard entre las proteiacutenas y sustancias originadas por los liacutepidos

provoca cambios de textura debido a reacciones de entrecruzamiento y

causa perdidas del valor nutricional en el alimento por la destruccioacuten de

algunas vitaminas liposolubles3

2

El proceso de oxidacioacuten de los liacutepidos en los alimentos ocurre

fundamentalmente debido a los aacutecidos grasos insaturados a traveacutes de

una serie de reacciones en cadena de radicales libres Este proceso se

inicia con pequentildeas cantidades de oxiacutegeno por lo cual resulta difiacutecil

evitarlo sin embargo se puede controlar o retardar usando

adecuadamente las diferentes teacutecnicas de conservacioacuten combinadas con

el uso de antioxidantes Para usar adecuadamente un antioxidante hay

que conocer la forma como funcionan estas estructuras dentro del

proceso de oxidacioacuten

Los antioxidantes se clasifican de acuerdo a su modo de accioacuten como

primarios y secundarios los antioxidantes primarios son interruptores de

la reaccioacuten de propagacioacuten mientras los antioxidantes secundarios

reduce la velocidad de iniciacioacuten de diferentes formas

PEROXIDACIOacuteN lIPiacuteDICA O AUTOXIDACIOacuteN

La reaccioacuten de liacutepidos con el oxiacutegeno se conoce como peroxidacioacuten

lipiacutedica y se puede dividir como autoxidacioacuten propiamente dicha y la

cataacutelisis promovida por lipoxigenasas La autoxidacioacuten de los aacutecidos

grasos en los alimentos es un proceso que se puede presentar de dos

formas en el caso (2) de la figura 1 se muestra la situacioacuten de reaccioacuten

3

maacutes frecuente yen la cual despueacutes de un cierto periacuteodo de induccioacuten se

detectan los primeros productos de oxidacioacuten que van aumentado

exponencialmente con el tiemp04 En muchos alimentos se encuentran en

concentraciones muy altas algunas sustancias pro-oxidantes como los

metales las cuales aceleran los procesos degradativos de tal manera

que no hay un periacuteodo de induccioacuten y esto corresponde al caso 1

1 2

tiempo

FIGURA 1 Pentildeil de las reacciones de Autoxidacioacuten de Liacutepidos

La duracioacuten del periacuteodo de induccioacuten y la velocidad de oxidacioacuten

dependen de la naturaleza del aacutecido graso oxidable El periacuteodo de

induccioacuten es el tiempo en el cual la oxidacioacuten del sustrato es constante y

en los aacutecidos grasos disminuye en el orden oleico linoleico linoleacutenico

4

mientras que la velocidad oxidacioacuten aumenta en el mismo orden estas

variaciones se deben a la capacidad que tienen los compuestos

iacutensaturados para formar radicales estables por la presencia de aacutetomos de

hidroacutegeno especialmente activados En la tabla 1 se indican las energiacuteas

necesarias para la sustraccioacuten de un aacutetomo de hidroacutegeno de los

diferentes grupos existentes en un aacutecido graso

kjmol

422

H

CH3-iquestHshy 410

H

I 322-CH-CH=CH

H

I 272-CH=CH-CH-CH=CH-

Tabla 1 Energia para disociar un aacutetomo de hidroacutegeno

Asiacute pues los aacutecidos grasos insaturados forman maacutes faacutecil el radical

cuando se extrae un aacutetomo de H del grupo metileacutenico que de un grupo

alilo aislado En el caso del aacutecido linoleico se sustrae el aacutetomo de H del

s grupo metileacutenico en posicioacuten 11 situado entre los dobles enlaces ( Figura

La autoxidacioacuten de los liacutepidos ocurre fundamentalmente debido a los

aacutecidos grasos insaturados a traveacutes de una serie de reacciones en cadena

de radicales libres que tiene las fases de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten Como la autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos insaturados en

los alimentos causa disminucioacuten en su calidad para retardarla hay que

conocer cada uno de los pasos dentro del proceso 5

(13) (9) -CH=CH=CH=CH=CHshy

-CHCH=CHCH=CHshy -CHCH=CHCtI=CHshyI I

00shy

degt~ VRH

~Rmiddot cHa(CH2)4CHCHC~CtI=CH(CH2nCOOH

I OOH

Figura 2 Autoxidacioacuten del aacutecido linoleico

6

Ijl

En la etapa de iniciacioacuten el radical lipiacutedico Re se forma a partir del

Iiacutepido(RH) usualmente por el ataque de radicales luz calor

irradiaciones o por trazas de metales El radical lipiacutedico formado

reacciona raacutepidamente con oxiacutegeno para dar un radical peroxilo ROOe

el cual ataca otra moleacutecula de liacutepido y sustrae un aacutetomo de hidroacutegeno

para formar un hidroperoacutexido lipiacutedico ROOH y un nuevo radical lipiacutedico

que inicia de nuevo la secuencia de propagacioacuten De esta manera

muchas moleacuteculas de liacutepidos pueden ser oxidadas hasta hidroperoacutexidos

por muchas formas de iniciacioacuten El ciclo de propagacioacuten es interrumpido

por las reacciones de terminacioacuten en las cuales hay consumo de los

radicales Las interacciones biacutemoleculares de radicales libres originan

productos no-radicales muy estables El proceso se resume en la figura 2

ki RH R + Hmiddot (1) INICIACIOacuteN

R + O2 ROO (2) PROPAGACIOacuteN

ROO + RH k3 ROOH + R (3)

R + ROO (4) TERMINACIOacuteN ROO + ROO (5)

R + R (6)

Figura 3 Mecanismo general de oxidacioacuten de liacutepidos

7

La reaccioacuten (3) es raacutepida cuando la energiacutea necesaria para la

sustraccioacuten del H de la moleacutecula del aacutecido graso es menor que la energiacutea

liberada en la formacioacuten del enlace hidroacutegeno-oxiacutegeno del nuevo

hidroperoacutexido

1 REACCIONES DE INICIACiOacuteN

En los modelos usados para estudiar la autoxidacioacuten de liacutepidos se ha

encontrado que existen dos grupos de reacciones que participan en el

proceso de iniciacioacuten En el primer grupo tenemos las reacciones de

iniciacioacuten propiamente dichas pues con ellas se superan las barreras

energeacuteticas que impiden la interaccioacuten de los aacutecidos grasos con el

oxiacutegeno A este grupo de reacciones pertenece la fotooxigenacioacuten los

metales y las hemoproteiacutenas En el segundo grupo se ubica la iniciacioacuten

enzimatica (Iipoxigenasas) 6

11 Fotooxigenacioacuten El oxiacutegeno en su estado fundamental es un

triplete (302 ) y por principios mecanocuaacutenticos estaacute impedido para

reaccionar con los aacutecidos grasos que se encuentran en un estado

singlete C02) para formar otro singlete como los hidroperoacutexidos(reaccioacuten

8

1) La energiacutea de activacioacuten para la oxidacioacuten directa del aacutecido graso es

muy alta (150-270Kjmol) por lo tanto dicha reaccioacuten es poco probable7

RH + 302 gtlt ROOH (1)

El oxiacutegeno en su estado fundamental (302) puede absorber 92 Kjmol y

pasar al estado singlete C02) en el que ambos electrones se encuentran

apareados en el mismo orbital En este caso el oxiacutegeno es un buen

electroacutefilo cuando reacciona con dobles enlace La fotooxigenacioacuten es

potencial izada por sensibilizadores como la clorofila a y b Y la feosfitina a

y b entre otros Estos sensibilizadores son activados por la luz y

reaccionan directamente con el sustrato para formar los radicales libres

que continuacutean con la reaccioacuten y otros que activan el oxiacutegeno de la

siguiente formas

Sen hv Sen (2)

Sen + 30 ------ 102 + Sen (3)2

El oxiacutegeno formado reacciona despueacutes con el aacutecido graso para

propagar la oxidacioacuten

----l ROOH (4)

9

12 Metales pesados Los alimentos lipiacutedicos generalmente

contienen trazas de iones metaacutelicos que pueden proceder del equipo de

refinacioacuten del proceso de hidrogenacioacuten del envase o de los diversos

componentes proteicos como las enzimas Los metales pesados que

incrementan la velocidad de oxidacioacuten de los aacutecidos grasos son aquellos

que poseen dos o maacutes estados de oxidacioacuten y que tienen ademaacutes un

potencial redox intermedio como es el caso del Cu Fe y Mn8

La estabilidad de un alimento depende de la naturaleza del aacutecido graso

y de la concentracioacuten del ion metaacutelico asiacute por ejemplo los aceites de

girasol y de maiacutez que son ricos en aacutecido linoleico deben contener menos

de 003ppm de Fe3+ y 001 ppm de Cu 2+ para una permanencia durante

un tiempo largo en estantes8

Los iones metaacutelicos pueden iniciar la autoxidacioacuten soacutelo cuando hay

presencia de hidroperoacutexidos a los que descomponen en radicales de

acuerdo a las siguientes reacciones

Men+- + RooH ---- RO- + Men +1 + -OH (5)

Oacute Men+l + RooH ROO- + Men+ (6)

10

La velocidad de autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos depende del

contenido de agua en el alimento En los alimentos desecados el ion

metaacutelico reacciona maacutes faacutecilmente con el hidroperoacutexido por que no existe

la capa de hidratacioacuten De tal manera que ha medida que aumenta el

contenido de agua en al alimento desciende la velocidad de

autoxidacioacuten8

13 Hemocompuestos Las hemoproteiacutenas y heminas existen en la

mayoriacutea de los vegetales La hemoglobina mioglobina y el citocromo e

aceleran la autoxidacioacuten de liacutepidos en tejidos animales Tales reacciones

son con frecuencia la causa de los defectos de aroma que se producen

cuando se almacenan pescados aves y productos caacuternicos En los

vegetales las proteiacutenas heminicas maacutes importantes son la peroxidasa y la

catalasa9

Las reacciones de iniciacioacuten de radicales libres promovidas por la

hemoglobina son de la forma

11

14 CATAacuteLISIS ENZIMAacuteTICA ( lipoxidasas o lipoxigenasas)

Las reacciones de las lipoxidasas o lipoxigenasas con los aacutecidos

grasos se diferencia de la autoxidacioacuten por las caracteriacutesticas propias de

la cataacutelisis enzimaacutetica es decir la especificidad del sustrato existencia

de un pH oacuteptimo de reaccioacuten y la temperatura Ademaacutes el proceso es

realmente una oxigenacioacuten en lugar de una oxidacioacuten propiamente dicha

Las lipoxidasas peroxidan especiacuteficamente los aacutecidos grasos con

sistemas pentadienos (1-cis 4-cis) como el aacutecido linoleacutenico y linoleico en

las plantas y el araquidoacutenico en los animales en este caso el aacutecido

oleico no sirve como sustrato oxidable La lipoxigenasa tambieacuten puede

atacar a varios compuestos que tienen dobles enlaces en su estructura

quiacutemica entre los cuales tenemos los pigmentos naturales como el ~shy

caroteno y las clorofilas Su accioacuten decolorante sobre esas estructuras se

ha usado en el blanqueado de harinas de cereales para lo cual se usa la

lipoxigenasa de la harina de soya 10

Las lipoxidasas son metaloproteiacutenas con un ion hierro (11) en el centro

activo La enzima es activada por su producto de oxidacioacuten es decir

cuando el Fe2+ se oxida a Fe3+ La cataacutelisis transcurre asiacute del sustrato

oxidable se extrae un aacutetomo de hidroacutegeno del grupo pentadienilo (1-cis

4-cis) que se oxida a luego a H+ el radical pentadienilo unido a la enzima

12

se transforma luego en un sistema conjugado que reacciona con el

oxiacutegeno El radical peroacutexido formado es reducido por la enzima y por

fijacioacuten de un protoacuten se forma el hidroperoacutexido10 Figura 4

Enz-Fe2+ ~ROOH

+- PRODUCTO Enz-Fe3+

Enz-Fe2+ RshyEnz-Fe~-I ROOshy

Enz-Fe3+ ROOshy

FIGURA 4 INICIACIOacuteN ENZIMAacuteTICA (LIPOXIGENASAS)

Una vez formados los rlidroperoacutexidos se pueden seguir las etapas de

propagacioacuten y terminacioacuten vistas anteriormente Sin embargo en

algunas frutas y verduras existen sistemas enzimaacuteticos que transforman

los hidroperoacutexidos en sustancias volaacutetiles Por ejemplo en el pepino se

forma el 2-trans 6-cis nonadienal que le confiere un olor caracteriacutestico

debido a la accioacuten de una hidroperoacutexido-liasa y una isomerasa En el

13

trigo y el maiacutez se forman los aacutecidos a ylo Y cetograsos por la accioacuten de

algunas liasas La accioacuten de las liacutepoxidasas de la soya y frijoles produce

compuestos volaacutetiles muy similares a pesar de que los hidroperoacutexidos de

donde provienen son diferentes El sabor amargo de la avena se debe a

la formacioacuten enzimaacutetica del aacutecido 9-trans hidroxi 10-cis-11shy

octadienoico10

2 REACCIONES DE PROPAGACiOacuteN Y TERMINACiOacuteN

Los radicales lipiacutedicos formados en las diversas iniciaciones son

especies muy reactivas que pueden sufrir raacutepidamente las reacciones de

propagacioacuten ya sea por abstraccioacuten de hidroacutegeno al reaccionar con una

moleacutecula de aacutecido graso(RH) o por una reaccioacuten con oxigeno en su

estado basal

R- + RH (9)

-- ROO- (10)

ROO- + RH ROOH + iexcl( (11)

La combinacioacuten de dos radicales para que ocurra la terminacioacuten de la

oxidacioacuten es un proceso con una entalpiacutea de activaqioacuten muy baja sin

embargo estaacute limitada por factores de tipo esteacuterico que disminuyen la

14

colisioacuten entre los radicales debido a que estos deben tener una

orientacioacuten adecuada por lo cual se hace poco probable la reaccioacuten

En los productos alimenticios se ha encontrado que las reacciones

laterales son maacutes importantes porque inducen la formacioacuten de

sustancias volaacutetiles como los esteres cetonas aldehiacutedos hidrocarburos

alcoholes aacutecidos orgaacutenicos productos de polimerizacioacuten entre otros los

cuales producen los cambios sensoriales que a la vez determinan la

calidad del alimento En la figura se resume el proceso de oxidacioacuten

grasos polinsaturados y todas sus consecuencias3

RH1ABSTRACCIOacuteN DE H INICIADORES (METALES CALOR LUZ UV)

R RADICALES LIBRES - TERMINACIOacuteN

OXIDACIOacuteN DE PIGMENTOS

RH-J R--- ~

ROOH(H IDROPEROacuteXIDOS)

PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIOacuteN PRODUCTOS DE POL~RIZACIOacuteN cetonas aldehiacutedos aacutecidos colores oscuros

hidrocarburos y compuestos toxicos

Figura 5 esquema general de oxidacioacuten de liacutepidos

15

3 DESCOMPOSICiOacuteN DE HIDROPEROacuteXIDOS

Los hidroperoacutexidos formados en la etapa de propagacioacuten tienen la

capacidad de interaccionar con otras moleacuteculas o de intervenir en

reacciones secundarias generando nuevas sustancias Los

hidroperoacutexidos pueden fragmentarse por rompimientos homoliticos o

heteroliacuteticos (figura) El rompimiento homoliacutetico en posicioacuten ~ produce un

radical alcoxi como intermedio y sufrir posteriormente una unioacuten

carbono-carbono El rompimiento hornoliacutetico en el lado ordf del carbono

aleoxi forma pentano y metil-13-oxo-911 tridecadienoato cuando se usa

inicialmente el 13-hidroperoacutexido del metil linoleato Ademaacutes se puede

formar metil octanoato y 24 decadienal usando el 9-hidroperoxido del

metil linoleato

El rompimiento homoliacutetico Q forma hexanal y metil 9-oxononanoato de

los 13 y 9 hidroperoacutexidos del metil linoleato Los rompimientos

heterol iacutetieos bajo condiciones aacutecidas producen carbocationes

intermedios los cuales rompen selectivamente para formar los mismos

compuestos del rompimiento homoliacutetico Q es decir hexanal y metiacutel 9shy

oxononanoat07

16

OOHOOH

R~~RR

t- HOMOLITICO

0H --- OH

O O

~R R~ R

Pantano Matil octanoato Metil 9-oxo

Metil 13-oxo- + 24 dacadianalHexanal nonanoato 911 t~idacadianoato

HETEROLITICO

H+ R O +~O~R

R ~~R

Haxanal Metil 9-oxononanoato

FIGURA 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos

en la descomposicioacuten de hidroperoxidos

17

3 PREVENCiOacuteN DE LA OXIDACiOacuteN Y EL USO DE

ANTIOXIDANTES

El proceso de oxidacioacuten de liacutepidos ocurre en presencia de cantidades

muy bajas de oxiacutegeno y por esto en la mayoriacutea de los casos los meacutetodos

de conservacioacuten (empaque al vaciacuteo refrigeracioacuten congelaciacuteoacutenetc) si se

usan aisladamente resultan insuficientes para evitarlo Ademaacutes es

antieconoacutemico tratar de eliminar todo el oxiacutegeno presente y en su lugar

se usan operaciones de conservacioacuten combinadas con el uso de

antioxidantes

Los antioxidantes son compuestos capaces de retardar el proceso de

oxidacioacuten extienden asiacute el periacuteodo de oxidacioacuten y por lo tanto su vida

uacutetil Sin embargo nunca mejoran ni regeneran la calidad de un producto

altamente oxidado Los antioxidantes usados en alimentos deben cumplir

algunos requisitos como ser inodoro no impartir color insiacutepido ser

efectivo a bajas concentraciones que sea faacutecil de incorporar que soporte

las condiciones de procesamiento barato estable en el producto

terminado y que no sea toacutexico Seguacuten la USDA los antioxidantes son

sustancias para preservar los alimentos al retardar el deterioro y la

rancidez causada por la oxidacioacuten12

18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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Page 4: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

iexclii

iacuteNDICE GENERAL

RESUMEN

iacuteNDICE DE FIGURAS

INTRODUCCiOacuteN 1

PEROXIDACIOacuteN LiacutepIDICA 2

1 REACCIONES DE INICIACIOacuteN 7

11 Fotooxigenacioacuten7

12 Metales pesados 9

13 Hemocompuestos 1 O

14 Cataacutelisis enzimaacutetica ( Lipoxidasas o lipoxigenasas) 11

2 Reacciones de Propagacioacuten y Terminacioacuten13

3 Descomposicioacuten de hidroperoacutexidos 15

3 Prevencioacuten de la oxidacioacuten y el uso de antioxidantes 17

31 Tipos de antioxidantes 18

311 Antioxidantes Primarios 18

ii

iv

3111 Tocoferoles22

3112 Flavonoides y Aacutecidos fenoacutelicos 29

312 Antioxidantes Secundarios 38

3121 Agentes secuestrantes 38

3122 Inactivadores de oxiacutegeno singlete 39

313 Antioxidantes con muacuteltiples funciones 40

3131 Fosfoliacutepidos 40

3132 Productos de la reaccioacuten de Maillard 41

Conclusiones44

Bibliografiacutea46

1

INTRODUCCiOacuteN

La reaccioacuten espontaacutenea del oxiacutegeno con compuestos orgaacutenicos es una

de las reacciones maacutes importantes en los organismos vivos Muchas

enfermedades croacutenicas se deben a perturbaciones en el metabolismo de

los aacutecidos grasos Por ejemplo un exceso de aacutecidos grasos en la dieta

conduce a enfermedades cardiovasculares y Llna descontrolada

peroxidacioacuten lipiacutedica causa inflamaciones y se asocia con la artritis

caacutencer y aterogeacutenesis12

En los alimentos la oxidacioacuten estaacute relacionada con una diversidad de

cambios durante su procesamiento distribucioacuten y almacenamiento Los

liacutepidos son los sustratos maacutes oxidables en un alimento y esta reaccioacuten

afecta muchos paraacutemetros cualitativos como el aroma producido por la

formacioacuten o modificacioacuten de compuestos volaacutetiles el sabor producido por

los hidroxiaacutecidos entre otros modifica el color debido a reacciones tipo

Maillard entre las proteiacutenas y sustancias originadas por los liacutepidos

provoca cambios de textura debido a reacciones de entrecruzamiento y

causa perdidas del valor nutricional en el alimento por la destruccioacuten de

algunas vitaminas liposolubles3

2

El proceso de oxidacioacuten de los liacutepidos en los alimentos ocurre

fundamentalmente debido a los aacutecidos grasos insaturados a traveacutes de

una serie de reacciones en cadena de radicales libres Este proceso se

inicia con pequentildeas cantidades de oxiacutegeno por lo cual resulta difiacutecil

evitarlo sin embargo se puede controlar o retardar usando

adecuadamente las diferentes teacutecnicas de conservacioacuten combinadas con

el uso de antioxidantes Para usar adecuadamente un antioxidante hay

que conocer la forma como funcionan estas estructuras dentro del

proceso de oxidacioacuten

Los antioxidantes se clasifican de acuerdo a su modo de accioacuten como

primarios y secundarios los antioxidantes primarios son interruptores de

la reaccioacuten de propagacioacuten mientras los antioxidantes secundarios

reduce la velocidad de iniciacioacuten de diferentes formas

PEROXIDACIOacuteN lIPiacuteDICA O AUTOXIDACIOacuteN

La reaccioacuten de liacutepidos con el oxiacutegeno se conoce como peroxidacioacuten

lipiacutedica y se puede dividir como autoxidacioacuten propiamente dicha y la

cataacutelisis promovida por lipoxigenasas La autoxidacioacuten de los aacutecidos

grasos en los alimentos es un proceso que se puede presentar de dos

formas en el caso (2) de la figura 1 se muestra la situacioacuten de reaccioacuten

3

maacutes frecuente yen la cual despueacutes de un cierto periacuteodo de induccioacuten se

detectan los primeros productos de oxidacioacuten que van aumentado

exponencialmente con el tiemp04 En muchos alimentos se encuentran en

concentraciones muy altas algunas sustancias pro-oxidantes como los

metales las cuales aceleran los procesos degradativos de tal manera

que no hay un periacuteodo de induccioacuten y esto corresponde al caso 1

1 2

tiempo

FIGURA 1 Pentildeil de las reacciones de Autoxidacioacuten de Liacutepidos

La duracioacuten del periacuteodo de induccioacuten y la velocidad de oxidacioacuten

dependen de la naturaleza del aacutecido graso oxidable El periacuteodo de

induccioacuten es el tiempo en el cual la oxidacioacuten del sustrato es constante y

en los aacutecidos grasos disminuye en el orden oleico linoleico linoleacutenico

4

mientras que la velocidad oxidacioacuten aumenta en el mismo orden estas

variaciones se deben a la capacidad que tienen los compuestos

iacutensaturados para formar radicales estables por la presencia de aacutetomos de

hidroacutegeno especialmente activados En la tabla 1 se indican las energiacuteas

necesarias para la sustraccioacuten de un aacutetomo de hidroacutegeno de los

diferentes grupos existentes en un aacutecido graso

kjmol

422

H

CH3-iquestHshy 410

H

I 322-CH-CH=CH

H

I 272-CH=CH-CH-CH=CH-

Tabla 1 Energia para disociar un aacutetomo de hidroacutegeno

Asiacute pues los aacutecidos grasos insaturados forman maacutes faacutecil el radical

cuando se extrae un aacutetomo de H del grupo metileacutenico que de un grupo

alilo aislado En el caso del aacutecido linoleico se sustrae el aacutetomo de H del

s grupo metileacutenico en posicioacuten 11 situado entre los dobles enlaces ( Figura

La autoxidacioacuten de los liacutepidos ocurre fundamentalmente debido a los

aacutecidos grasos insaturados a traveacutes de una serie de reacciones en cadena

de radicales libres que tiene las fases de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten Como la autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos insaturados en

los alimentos causa disminucioacuten en su calidad para retardarla hay que

conocer cada uno de los pasos dentro del proceso 5

(13) (9) -CH=CH=CH=CH=CHshy

-CHCH=CHCH=CHshy -CHCH=CHCtI=CHshyI I

00shy

degt~ VRH

~Rmiddot cHa(CH2)4CHCHC~CtI=CH(CH2nCOOH

I OOH

Figura 2 Autoxidacioacuten del aacutecido linoleico

6

Ijl

En la etapa de iniciacioacuten el radical lipiacutedico Re se forma a partir del

Iiacutepido(RH) usualmente por el ataque de radicales luz calor

irradiaciones o por trazas de metales El radical lipiacutedico formado

reacciona raacutepidamente con oxiacutegeno para dar un radical peroxilo ROOe

el cual ataca otra moleacutecula de liacutepido y sustrae un aacutetomo de hidroacutegeno

para formar un hidroperoacutexido lipiacutedico ROOH y un nuevo radical lipiacutedico

que inicia de nuevo la secuencia de propagacioacuten De esta manera

muchas moleacuteculas de liacutepidos pueden ser oxidadas hasta hidroperoacutexidos

por muchas formas de iniciacioacuten El ciclo de propagacioacuten es interrumpido

por las reacciones de terminacioacuten en las cuales hay consumo de los

radicales Las interacciones biacutemoleculares de radicales libres originan

productos no-radicales muy estables El proceso se resume en la figura 2

ki RH R + Hmiddot (1) INICIACIOacuteN

R + O2 ROO (2) PROPAGACIOacuteN

ROO + RH k3 ROOH + R (3)

R + ROO (4) TERMINACIOacuteN ROO + ROO (5)

R + R (6)

Figura 3 Mecanismo general de oxidacioacuten de liacutepidos

7

La reaccioacuten (3) es raacutepida cuando la energiacutea necesaria para la

sustraccioacuten del H de la moleacutecula del aacutecido graso es menor que la energiacutea

liberada en la formacioacuten del enlace hidroacutegeno-oxiacutegeno del nuevo

hidroperoacutexido

1 REACCIONES DE INICIACiOacuteN

En los modelos usados para estudiar la autoxidacioacuten de liacutepidos se ha

encontrado que existen dos grupos de reacciones que participan en el

proceso de iniciacioacuten En el primer grupo tenemos las reacciones de

iniciacioacuten propiamente dichas pues con ellas se superan las barreras

energeacuteticas que impiden la interaccioacuten de los aacutecidos grasos con el

oxiacutegeno A este grupo de reacciones pertenece la fotooxigenacioacuten los

metales y las hemoproteiacutenas En el segundo grupo se ubica la iniciacioacuten

enzimatica (Iipoxigenasas) 6

11 Fotooxigenacioacuten El oxiacutegeno en su estado fundamental es un

triplete (302 ) y por principios mecanocuaacutenticos estaacute impedido para

reaccionar con los aacutecidos grasos que se encuentran en un estado

singlete C02) para formar otro singlete como los hidroperoacutexidos(reaccioacuten

8

1) La energiacutea de activacioacuten para la oxidacioacuten directa del aacutecido graso es

muy alta (150-270Kjmol) por lo tanto dicha reaccioacuten es poco probable7

RH + 302 gtlt ROOH (1)

El oxiacutegeno en su estado fundamental (302) puede absorber 92 Kjmol y

pasar al estado singlete C02) en el que ambos electrones se encuentran

apareados en el mismo orbital En este caso el oxiacutegeno es un buen

electroacutefilo cuando reacciona con dobles enlace La fotooxigenacioacuten es

potencial izada por sensibilizadores como la clorofila a y b Y la feosfitina a

y b entre otros Estos sensibilizadores son activados por la luz y

reaccionan directamente con el sustrato para formar los radicales libres

que continuacutean con la reaccioacuten y otros que activan el oxiacutegeno de la

siguiente formas

Sen hv Sen (2)

Sen + 30 ------ 102 + Sen (3)2

El oxiacutegeno formado reacciona despueacutes con el aacutecido graso para

propagar la oxidacioacuten

----l ROOH (4)

9

12 Metales pesados Los alimentos lipiacutedicos generalmente

contienen trazas de iones metaacutelicos que pueden proceder del equipo de

refinacioacuten del proceso de hidrogenacioacuten del envase o de los diversos

componentes proteicos como las enzimas Los metales pesados que

incrementan la velocidad de oxidacioacuten de los aacutecidos grasos son aquellos

que poseen dos o maacutes estados de oxidacioacuten y que tienen ademaacutes un

potencial redox intermedio como es el caso del Cu Fe y Mn8

La estabilidad de un alimento depende de la naturaleza del aacutecido graso

y de la concentracioacuten del ion metaacutelico asiacute por ejemplo los aceites de

girasol y de maiacutez que son ricos en aacutecido linoleico deben contener menos

de 003ppm de Fe3+ y 001 ppm de Cu 2+ para una permanencia durante

un tiempo largo en estantes8

Los iones metaacutelicos pueden iniciar la autoxidacioacuten soacutelo cuando hay

presencia de hidroperoacutexidos a los que descomponen en radicales de

acuerdo a las siguientes reacciones

Men+- + RooH ---- RO- + Men +1 + -OH (5)

Oacute Men+l + RooH ROO- + Men+ (6)

10

La velocidad de autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos depende del

contenido de agua en el alimento En los alimentos desecados el ion

metaacutelico reacciona maacutes faacutecilmente con el hidroperoacutexido por que no existe

la capa de hidratacioacuten De tal manera que ha medida que aumenta el

contenido de agua en al alimento desciende la velocidad de

autoxidacioacuten8

13 Hemocompuestos Las hemoproteiacutenas y heminas existen en la

mayoriacutea de los vegetales La hemoglobina mioglobina y el citocromo e

aceleran la autoxidacioacuten de liacutepidos en tejidos animales Tales reacciones

son con frecuencia la causa de los defectos de aroma que se producen

cuando se almacenan pescados aves y productos caacuternicos En los

vegetales las proteiacutenas heminicas maacutes importantes son la peroxidasa y la

catalasa9

Las reacciones de iniciacioacuten de radicales libres promovidas por la

hemoglobina son de la forma

11

14 CATAacuteLISIS ENZIMAacuteTICA ( lipoxidasas o lipoxigenasas)

Las reacciones de las lipoxidasas o lipoxigenasas con los aacutecidos

grasos se diferencia de la autoxidacioacuten por las caracteriacutesticas propias de

la cataacutelisis enzimaacutetica es decir la especificidad del sustrato existencia

de un pH oacuteptimo de reaccioacuten y la temperatura Ademaacutes el proceso es

realmente una oxigenacioacuten en lugar de una oxidacioacuten propiamente dicha

Las lipoxidasas peroxidan especiacuteficamente los aacutecidos grasos con

sistemas pentadienos (1-cis 4-cis) como el aacutecido linoleacutenico y linoleico en

las plantas y el araquidoacutenico en los animales en este caso el aacutecido

oleico no sirve como sustrato oxidable La lipoxigenasa tambieacuten puede

atacar a varios compuestos que tienen dobles enlaces en su estructura

quiacutemica entre los cuales tenemos los pigmentos naturales como el ~shy

caroteno y las clorofilas Su accioacuten decolorante sobre esas estructuras se

ha usado en el blanqueado de harinas de cereales para lo cual se usa la

lipoxigenasa de la harina de soya 10

Las lipoxidasas son metaloproteiacutenas con un ion hierro (11) en el centro

activo La enzima es activada por su producto de oxidacioacuten es decir

cuando el Fe2+ se oxida a Fe3+ La cataacutelisis transcurre asiacute del sustrato

oxidable se extrae un aacutetomo de hidroacutegeno del grupo pentadienilo (1-cis

4-cis) que se oxida a luego a H+ el radical pentadienilo unido a la enzima

12

se transforma luego en un sistema conjugado que reacciona con el

oxiacutegeno El radical peroacutexido formado es reducido por la enzima y por

fijacioacuten de un protoacuten se forma el hidroperoacutexido10 Figura 4

Enz-Fe2+ ~ROOH

+- PRODUCTO Enz-Fe3+

Enz-Fe2+ RshyEnz-Fe~-I ROOshy

Enz-Fe3+ ROOshy

FIGURA 4 INICIACIOacuteN ENZIMAacuteTICA (LIPOXIGENASAS)

Una vez formados los rlidroperoacutexidos se pueden seguir las etapas de

propagacioacuten y terminacioacuten vistas anteriormente Sin embargo en

algunas frutas y verduras existen sistemas enzimaacuteticos que transforman

los hidroperoacutexidos en sustancias volaacutetiles Por ejemplo en el pepino se

forma el 2-trans 6-cis nonadienal que le confiere un olor caracteriacutestico

debido a la accioacuten de una hidroperoacutexido-liasa y una isomerasa En el

13

trigo y el maiacutez se forman los aacutecidos a ylo Y cetograsos por la accioacuten de

algunas liasas La accioacuten de las liacutepoxidasas de la soya y frijoles produce

compuestos volaacutetiles muy similares a pesar de que los hidroperoacutexidos de

donde provienen son diferentes El sabor amargo de la avena se debe a

la formacioacuten enzimaacutetica del aacutecido 9-trans hidroxi 10-cis-11shy

octadienoico10

2 REACCIONES DE PROPAGACiOacuteN Y TERMINACiOacuteN

Los radicales lipiacutedicos formados en las diversas iniciaciones son

especies muy reactivas que pueden sufrir raacutepidamente las reacciones de

propagacioacuten ya sea por abstraccioacuten de hidroacutegeno al reaccionar con una

moleacutecula de aacutecido graso(RH) o por una reaccioacuten con oxigeno en su

estado basal

R- + RH (9)

-- ROO- (10)

ROO- + RH ROOH + iexcl( (11)

La combinacioacuten de dos radicales para que ocurra la terminacioacuten de la

oxidacioacuten es un proceso con una entalpiacutea de activaqioacuten muy baja sin

embargo estaacute limitada por factores de tipo esteacuterico que disminuyen la

14

colisioacuten entre los radicales debido a que estos deben tener una

orientacioacuten adecuada por lo cual se hace poco probable la reaccioacuten

En los productos alimenticios se ha encontrado que las reacciones

laterales son maacutes importantes porque inducen la formacioacuten de

sustancias volaacutetiles como los esteres cetonas aldehiacutedos hidrocarburos

alcoholes aacutecidos orgaacutenicos productos de polimerizacioacuten entre otros los

cuales producen los cambios sensoriales que a la vez determinan la

calidad del alimento En la figura se resume el proceso de oxidacioacuten

grasos polinsaturados y todas sus consecuencias3

RH1ABSTRACCIOacuteN DE H INICIADORES (METALES CALOR LUZ UV)

R RADICALES LIBRES - TERMINACIOacuteN

OXIDACIOacuteN DE PIGMENTOS

RH-J R--- ~

ROOH(H IDROPEROacuteXIDOS)

PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIOacuteN PRODUCTOS DE POL~RIZACIOacuteN cetonas aldehiacutedos aacutecidos colores oscuros

hidrocarburos y compuestos toxicos

Figura 5 esquema general de oxidacioacuten de liacutepidos

15

3 DESCOMPOSICiOacuteN DE HIDROPEROacuteXIDOS

Los hidroperoacutexidos formados en la etapa de propagacioacuten tienen la

capacidad de interaccionar con otras moleacuteculas o de intervenir en

reacciones secundarias generando nuevas sustancias Los

hidroperoacutexidos pueden fragmentarse por rompimientos homoliticos o

heteroliacuteticos (figura) El rompimiento homoliacutetico en posicioacuten ~ produce un

radical alcoxi como intermedio y sufrir posteriormente una unioacuten

carbono-carbono El rompimiento hornoliacutetico en el lado ordf del carbono

aleoxi forma pentano y metil-13-oxo-911 tridecadienoato cuando se usa

inicialmente el 13-hidroperoacutexido del metil linoleato Ademaacutes se puede

formar metil octanoato y 24 decadienal usando el 9-hidroperoxido del

metil linoleato

El rompimiento homoliacutetico Q forma hexanal y metil 9-oxononanoato de

los 13 y 9 hidroperoacutexidos del metil linoleato Los rompimientos

heterol iacutetieos bajo condiciones aacutecidas producen carbocationes

intermedios los cuales rompen selectivamente para formar los mismos

compuestos del rompimiento homoliacutetico Q es decir hexanal y metiacutel 9shy

oxononanoat07

16

OOHOOH

R~~RR

t- HOMOLITICO

0H --- OH

O O

~R R~ R

Pantano Matil octanoato Metil 9-oxo

Metil 13-oxo- + 24 dacadianalHexanal nonanoato 911 t~idacadianoato

HETEROLITICO

H+ R O +~O~R

R ~~R

Haxanal Metil 9-oxononanoato

FIGURA 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos

en la descomposicioacuten de hidroperoxidos

17

3 PREVENCiOacuteN DE LA OXIDACiOacuteN Y EL USO DE

ANTIOXIDANTES

El proceso de oxidacioacuten de liacutepidos ocurre en presencia de cantidades

muy bajas de oxiacutegeno y por esto en la mayoriacutea de los casos los meacutetodos

de conservacioacuten (empaque al vaciacuteo refrigeracioacuten congelaciacuteoacutenetc) si se

usan aisladamente resultan insuficientes para evitarlo Ademaacutes es

antieconoacutemico tratar de eliminar todo el oxiacutegeno presente y en su lugar

se usan operaciones de conservacioacuten combinadas con el uso de

antioxidantes

Los antioxidantes son compuestos capaces de retardar el proceso de

oxidacioacuten extienden asiacute el periacuteodo de oxidacioacuten y por lo tanto su vida

uacutetil Sin embargo nunca mejoran ni regeneran la calidad de un producto

altamente oxidado Los antioxidantes usados en alimentos deben cumplir

algunos requisitos como ser inodoro no impartir color insiacutepido ser

efectivo a bajas concentraciones que sea faacutecil de incorporar que soporte

las condiciones de procesamiento barato estable en el producto

terminado y que no sea toacutexico Seguacuten la USDA los antioxidantes son

sustancias para preservar los alimentos al retardar el deterioro y la

rancidez causada por la oxidacioacuten12

18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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Page 5: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

iv

3111 Tocoferoles22

3112 Flavonoides y Aacutecidos fenoacutelicos 29

312 Antioxidantes Secundarios 38

3121 Agentes secuestrantes 38

3122 Inactivadores de oxiacutegeno singlete 39

313 Antioxidantes con muacuteltiples funciones 40

3131 Fosfoliacutepidos 40

3132 Productos de la reaccioacuten de Maillard 41

Conclusiones44

Bibliografiacutea46

1

INTRODUCCiOacuteN

La reaccioacuten espontaacutenea del oxiacutegeno con compuestos orgaacutenicos es una

de las reacciones maacutes importantes en los organismos vivos Muchas

enfermedades croacutenicas se deben a perturbaciones en el metabolismo de

los aacutecidos grasos Por ejemplo un exceso de aacutecidos grasos en la dieta

conduce a enfermedades cardiovasculares y Llna descontrolada

peroxidacioacuten lipiacutedica causa inflamaciones y se asocia con la artritis

caacutencer y aterogeacutenesis12

En los alimentos la oxidacioacuten estaacute relacionada con una diversidad de

cambios durante su procesamiento distribucioacuten y almacenamiento Los

liacutepidos son los sustratos maacutes oxidables en un alimento y esta reaccioacuten

afecta muchos paraacutemetros cualitativos como el aroma producido por la

formacioacuten o modificacioacuten de compuestos volaacutetiles el sabor producido por

los hidroxiaacutecidos entre otros modifica el color debido a reacciones tipo

Maillard entre las proteiacutenas y sustancias originadas por los liacutepidos

provoca cambios de textura debido a reacciones de entrecruzamiento y

causa perdidas del valor nutricional en el alimento por la destruccioacuten de

algunas vitaminas liposolubles3

2

El proceso de oxidacioacuten de los liacutepidos en los alimentos ocurre

fundamentalmente debido a los aacutecidos grasos insaturados a traveacutes de

una serie de reacciones en cadena de radicales libres Este proceso se

inicia con pequentildeas cantidades de oxiacutegeno por lo cual resulta difiacutecil

evitarlo sin embargo se puede controlar o retardar usando

adecuadamente las diferentes teacutecnicas de conservacioacuten combinadas con

el uso de antioxidantes Para usar adecuadamente un antioxidante hay

que conocer la forma como funcionan estas estructuras dentro del

proceso de oxidacioacuten

Los antioxidantes se clasifican de acuerdo a su modo de accioacuten como

primarios y secundarios los antioxidantes primarios son interruptores de

la reaccioacuten de propagacioacuten mientras los antioxidantes secundarios

reduce la velocidad de iniciacioacuten de diferentes formas

PEROXIDACIOacuteN lIPiacuteDICA O AUTOXIDACIOacuteN

La reaccioacuten de liacutepidos con el oxiacutegeno se conoce como peroxidacioacuten

lipiacutedica y se puede dividir como autoxidacioacuten propiamente dicha y la

cataacutelisis promovida por lipoxigenasas La autoxidacioacuten de los aacutecidos

grasos en los alimentos es un proceso que se puede presentar de dos

formas en el caso (2) de la figura 1 se muestra la situacioacuten de reaccioacuten

3

maacutes frecuente yen la cual despueacutes de un cierto periacuteodo de induccioacuten se

detectan los primeros productos de oxidacioacuten que van aumentado

exponencialmente con el tiemp04 En muchos alimentos se encuentran en

concentraciones muy altas algunas sustancias pro-oxidantes como los

metales las cuales aceleran los procesos degradativos de tal manera

que no hay un periacuteodo de induccioacuten y esto corresponde al caso 1

1 2

tiempo

FIGURA 1 Pentildeil de las reacciones de Autoxidacioacuten de Liacutepidos

La duracioacuten del periacuteodo de induccioacuten y la velocidad de oxidacioacuten

dependen de la naturaleza del aacutecido graso oxidable El periacuteodo de

induccioacuten es el tiempo en el cual la oxidacioacuten del sustrato es constante y

en los aacutecidos grasos disminuye en el orden oleico linoleico linoleacutenico

4

mientras que la velocidad oxidacioacuten aumenta en el mismo orden estas

variaciones se deben a la capacidad que tienen los compuestos

iacutensaturados para formar radicales estables por la presencia de aacutetomos de

hidroacutegeno especialmente activados En la tabla 1 se indican las energiacuteas

necesarias para la sustraccioacuten de un aacutetomo de hidroacutegeno de los

diferentes grupos existentes en un aacutecido graso

kjmol

422

H

CH3-iquestHshy 410

H

I 322-CH-CH=CH

H

I 272-CH=CH-CH-CH=CH-

Tabla 1 Energia para disociar un aacutetomo de hidroacutegeno

Asiacute pues los aacutecidos grasos insaturados forman maacutes faacutecil el radical

cuando se extrae un aacutetomo de H del grupo metileacutenico que de un grupo

alilo aislado En el caso del aacutecido linoleico se sustrae el aacutetomo de H del

s grupo metileacutenico en posicioacuten 11 situado entre los dobles enlaces ( Figura

La autoxidacioacuten de los liacutepidos ocurre fundamentalmente debido a los

aacutecidos grasos insaturados a traveacutes de una serie de reacciones en cadena

de radicales libres que tiene las fases de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten Como la autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos insaturados en

los alimentos causa disminucioacuten en su calidad para retardarla hay que

conocer cada uno de los pasos dentro del proceso 5

(13) (9) -CH=CH=CH=CH=CHshy

-CHCH=CHCH=CHshy -CHCH=CHCtI=CHshyI I

00shy

degt~ VRH

~Rmiddot cHa(CH2)4CHCHC~CtI=CH(CH2nCOOH

I OOH

Figura 2 Autoxidacioacuten del aacutecido linoleico

6

Ijl

En la etapa de iniciacioacuten el radical lipiacutedico Re se forma a partir del

Iiacutepido(RH) usualmente por el ataque de radicales luz calor

irradiaciones o por trazas de metales El radical lipiacutedico formado

reacciona raacutepidamente con oxiacutegeno para dar un radical peroxilo ROOe

el cual ataca otra moleacutecula de liacutepido y sustrae un aacutetomo de hidroacutegeno

para formar un hidroperoacutexido lipiacutedico ROOH y un nuevo radical lipiacutedico

que inicia de nuevo la secuencia de propagacioacuten De esta manera

muchas moleacuteculas de liacutepidos pueden ser oxidadas hasta hidroperoacutexidos

por muchas formas de iniciacioacuten El ciclo de propagacioacuten es interrumpido

por las reacciones de terminacioacuten en las cuales hay consumo de los

radicales Las interacciones biacutemoleculares de radicales libres originan

productos no-radicales muy estables El proceso se resume en la figura 2

ki RH R + Hmiddot (1) INICIACIOacuteN

R + O2 ROO (2) PROPAGACIOacuteN

ROO + RH k3 ROOH + R (3)

R + ROO (4) TERMINACIOacuteN ROO + ROO (5)

R + R (6)

Figura 3 Mecanismo general de oxidacioacuten de liacutepidos

7

La reaccioacuten (3) es raacutepida cuando la energiacutea necesaria para la

sustraccioacuten del H de la moleacutecula del aacutecido graso es menor que la energiacutea

liberada en la formacioacuten del enlace hidroacutegeno-oxiacutegeno del nuevo

hidroperoacutexido

1 REACCIONES DE INICIACiOacuteN

En los modelos usados para estudiar la autoxidacioacuten de liacutepidos se ha

encontrado que existen dos grupos de reacciones que participan en el

proceso de iniciacioacuten En el primer grupo tenemos las reacciones de

iniciacioacuten propiamente dichas pues con ellas se superan las barreras

energeacuteticas que impiden la interaccioacuten de los aacutecidos grasos con el

oxiacutegeno A este grupo de reacciones pertenece la fotooxigenacioacuten los

metales y las hemoproteiacutenas En el segundo grupo se ubica la iniciacioacuten

enzimatica (Iipoxigenasas) 6

11 Fotooxigenacioacuten El oxiacutegeno en su estado fundamental es un

triplete (302 ) y por principios mecanocuaacutenticos estaacute impedido para

reaccionar con los aacutecidos grasos que se encuentran en un estado

singlete C02) para formar otro singlete como los hidroperoacutexidos(reaccioacuten

8

1) La energiacutea de activacioacuten para la oxidacioacuten directa del aacutecido graso es

muy alta (150-270Kjmol) por lo tanto dicha reaccioacuten es poco probable7

RH + 302 gtlt ROOH (1)

El oxiacutegeno en su estado fundamental (302) puede absorber 92 Kjmol y

pasar al estado singlete C02) en el que ambos electrones se encuentran

apareados en el mismo orbital En este caso el oxiacutegeno es un buen

electroacutefilo cuando reacciona con dobles enlace La fotooxigenacioacuten es

potencial izada por sensibilizadores como la clorofila a y b Y la feosfitina a

y b entre otros Estos sensibilizadores son activados por la luz y

reaccionan directamente con el sustrato para formar los radicales libres

que continuacutean con la reaccioacuten y otros que activan el oxiacutegeno de la

siguiente formas

Sen hv Sen (2)

Sen + 30 ------ 102 + Sen (3)2

El oxiacutegeno formado reacciona despueacutes con el aacutecido graso para

propagar la oxidacioacuten

----l ROOH (4)

9

12 Metales pesados Los alimentos lipiacutedicos generalmente

contienen trazas de iones metaacutelicos que pueden proceder del equipo de

refinacioacuten del proceso de hidrogenacioacuten del envase o de los diversos

componentes proteicos como las enzimas Los metales pesados que

incrementan la velocidad de oxidacioacuten de los aacutecidos grasos son aquellos

que poseen dos o maacutes estados de oxidacioacuten y que tienen ademaacutes un

potencial redox intermedio como es el caso del Cu Fe y Mn8

La estabilidad de un alimento depende de la naturaleza del aacutecido graso

y de la concentracioacuten del ion metaacutelico asiacute por ejemplo los aceites de

girasol y de maiacutez que son ricos en aacutecido linoleico deben contener menos

de 003ppm de Fe3+ y 001 ppm de Cu 2+ para una permanencia durante

un tiempo largo en estantes8

Los iones metaacutelicos pueden iniciar la autoxidacioacuten soacutelo cuando hay

presencia de hidroperoacutexidos a los que descomponen en radicales de

acuerdo a las siguientes reacciones

Men+- + RooH ---- RO- + Men +1 + -OH (5)

Oacute Men+l + RooH ROO- + Men+ (6)

10

La velocidad de autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos depende del

contenido de agua en el alimento En los alimentos desecados el ion

metaacutelico reacciona maacutes faacutecilmente con el hidroperoacutexido por que no existe

la capa de hidratacioacuten De tal manera que ha medida que aumenta el

contenido de agua en al alimento desciende la velocidad de

autoxidacioacuten8

13 Hemocompuestos Las hemoproteiacutenas y heminas existen en la

mayoriacutea de los vegetales La hemoglobina mioglobina y el citocromo e

aceleran la autoxidacioacuten de liacutepidos en tejidos animales Tales reacciones

son con frecuencia la causa de los defectos de aroma que se producen

cuando se almacenan pescados aves y productos caacuternicos En los

vegetales las proteiacutenas heminicas maacutes importantes son la peroxidasa y la

catalasa9

Las reacciones de iniciacioacuten de radicales libres promovidas por la

hemoglobina son de la forma

11

14 CATAacuteLISIS ENZIMAacuteTICA ( lipoxidasas o lipoxigenasas)

Las reacciones de las lipoxidasas o lipoxigenasas con los aacutecidos

grasos se diferencia de la autoxidacioacuten por las caracteriacutesticas propias de

la cataacutelisis enzimaacutetica es decir la especificidad del sustrato existencia

de un pH oacuteptimo de reaccioacuten y la temperatura Ademaacutes el proceso es

realmente una oxigenacioacuten en lugar de una oxidacioacuten propiamente dicha

Las lipoxidasas peroxidan especiacuteficamente los aacutecidos grasos con

sistemas pentadienos (1-cis 4-cis) como el aacutecido linoleacutenico y linoleico en

las plantas y el araquidoacutenico en los animales en este caso el aacutecido

oleico no sirve como sustrato oxidable La lipoxigenasa tambieacuten puede

atacar a varios compuestos que tienen dobles enlaces en su estructura

quiacutemica entre los cuales tenemos los pigmentos naturales como el ~shy

caroteno y las clorofilas Su accioacuten decolorante sobre esas estructuras se

ha usado en el blanqueado de harinas de cereales para lo cual se usa la

lipoxigenasa de la harina de soya 10

Las lipoxidasas son metaloproteiacutenas con un ion hierro (11) en el centro

activo La enzima es activada por su producto de oxidacioacuten es decir

cuando el Fe2+ se oxida a Fe3+ La cataacutelisis transcurre asiacute del sustrato

oxidable se extrae un aacutetomo de hidroacutegeno del grupo pentadienilo (1-cis

4-cis) que se oxida a luego a H+ el radical pentadienilo unido a la enzima

12

se transforma luego en un sistema conjugado que reacciona con el

oxiacutegeno El radical peroacutexido formado es reducido por la enzima y por

fijacioacuten de un protoacuten se forma el hidroperoacutexido10 Figura 4

Enz-Fe2+ ~ROOH

+- PRODUCTO Enz-Fe3+

Enz-Fe2+ RshyEnz-Fe~-I ROOshy

Enz-Fe3+ ROOshy

FIGURA 4 INICIACIOacuteN ENZIMAacuteTICA (LIPOXIGENASAS)

Una vez formados los rlidroperoacutexidos se pueden seguir las etapas de

propagacioacuten y terminacioacuten vistas anteriormente Sin embargo en

algunas frutas y verduras existen sistemas enzimaacuteticos que transforman

los hidroperoacutexidos en sustancias volaacutetiles Por ejemplo en el pepino se

forma el 2-trans 6-cis nonadienal que le confiere un olor caracteriacutestico

debido a la accioacuten de una hidroperoacutexido-liasa y una isomerasa En el

13

trigo y el maiacutez se forman los aacutecidos a ylo Y cetograsos por la accioacuten de

algunas liasas La accioacuten de las liacutepoxidasas de la soya y frijoles produce

compuestos volaacutetiles muy similares a pesar de que los hidroperoacutexidos de

donde provienen son diferentes El sabor amargo de la avena se debe a

la formacioacuten enzimaacutetica del aacutecido 9-trans hidroxi 10-cis-11shy

octadienoico10

2 REACCIONES DE PROPAGACiOacuteN Y TERMINACiOacuteN

Los radicales lipiacutedicos formados en las diversas iniciaciones son

especies muy reactivas que pueden sufrir raacutepidamente las reacciones de

propagacioacuten ya sea por abstraccioacuten de hidroacutegeno al reaccionar con una

moleacutecula de aacutecido graso(RH) o por una reaccioacuten con oxigeno en su

estado basal

R- + RH (9)

-- ROO- (10)

ROO- + RH ROOH + iexcl( (11)

La combinacioacuten de dos radicales para que ocurra la terminacioacuten de la

oxidacioacuten es un proceso con una entalpiacutea de activaqioacuten muy baja sin

embargo estaacute limitada por factores de tipo esteacuterico que disminuyen la

14

colisioacuten entre los radicales debido a que estos deben tener una

orientacioacuten adecuada por lo cual se hace poco probable la reaccioacuten

En los productos alimenticios se ha encontrado que las reacciones

laterales son maacutes importantes porque inducen la formacioacuten de

sustancias volaacutetiles como los esteres cetonas aldehiacutedos hidrocarburos

alcoholes aacutecidos orgaacutenicos productos de polimerizacioacuten entre otros los

cuales producen los cambios sensoriales que a la vez determinan la

calidad del alimento En la figura se resume el proceso de oxidacioacuten

grasos polinsaturados y todas sus consecuencias3

RH1ABSTRACCIOacuteN DE H INICIADORES (METALES CALOR LUZ UV)

R RADICALES LIBRES - TERMINACIOacuteN

OXIDACIOacuteN DE PIGMENTOS

RH-J R--- ~

ROOH(H IDROPEROacuteXIDOS)

PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIOacuteN PRODUCTOS DE POL~RIZACIOacuteN cetonas aldehiacutedos aacutecidos colores oscuros

hidrocarburos y compuestos toxicos

Figura 5 esquema general de oxidacioacuten de liacutepidos

15

3 DESCOMPOSICiOacuteN DE HIDROPEROacuteXIDOS

Los hidroperoacutexidos formados en la etapa de propagacioacuten tienen la

capacidad de interaccionar con otras moleacuteculas o de intervenir en

reacciones secundarias generando nuevas sustancias Los

hidroperoacutexidos pueden fragmentarse por rompimientos homoliticos o

heteroliacuteticos (figura) El rompimiento homoliacutetico en posicioacuten ~ produce un

radical alcoxi como intermedio y sufrir posteriormente una unioacuten

carbono-carbono El rompimiento hornoliacutetico en el lado ordf del carbono

aleoxi forma pentano y metil-13-oxo-911 tridecadienoato cuando se usa

inicialmente el 13-hidroperoacutexido del metil linoleato Ademaacutes se puede

formar metil octanoato y 24 decadienal usando el 9-hidroperoxido del

metil linoleato

El rompimiento homoliacutetico Q forma hexanal y metil 9-oxononanoato de

los 13 y 9 hidroperoacutexidos del metil linoleato Los rompimientos

heterol iacutetieos bajo condiciones aacutecidas producen carbocationes

intermedios los cuales rompen selectivamente para formar los mismos

compuestos del rompimiento homoliacutetico Q es decir hexanal y metiacutel 9shy

oxononanoat07

16

OOHOOH

R~~RR

t- HOMOLITICO

0H --- OH

O O

~R R~ R

Pantano Matil octanoato Metil 9-oxo

Metil 13-oxo- + 24 dacadianalHexanal nonanoato 911 t~idacadianoato

HETEROLITICO

H+ R O +~O~R

R ~~R

Haxanal Metil 9-oxononanoato

FIGURA 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos

en la descomposicioacuten de hidroperoxidos

17

3 PREVENCiOacuteN DE LA OXIDACiOacuteN Y EL USO DE

ANTIOXIDANTES

El proceso de oxidacioacuten de liacutepidos ocurre en presencia de cantidades

muy bajas de oxiacutegeno y por esto en la mayoriacutea de los casos los meacutetodos

de conservacioacuten (empaque al vaciacuteo refrigeracioacuten congelaciacuteoacutenetc) si se

usan aisladamente resultan insuficientes para evitarlo Ademaacutes es

antieconoacutemico tratar de eliminar todo el oxiacutegeno presente y en su lugar

se usan operaciones de conservacioacuten combinadas con el uso de

antioxidantes

Los antioxidantes son compuestos capaces de retardar el proceso de

oxidacioacuten extienden asiacute el periacuteodo de oxidacioacuten y por lo tanto su vida

uacutetil Sin embargo nunca mejoran ni regeneran la calidad de un producto

altamente oxidado Los antioxidantes usados en alimentos deben cumplir

algunos requisitos como ser inodoro no impartir color insiacutepido ser

efectivo a bajas concentraciones que sea faacutecil de incorporar que soporte

las condiciones de procesamiento barato estable en el producto

terminado y que no sea toacutexico Seguacuten la USDA los antioxidantes son

sustancias para preservar los alimentos al retardar el deterioro y la

rancidez causada por la oxidacioacuten12

18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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Page 6: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

1

INTRODUCCiOacuteN

La reaccioacuten espontaacutenea del oxiacutegeno con compuestos orgaacutenicos es una

de las reacciones maacutes importantes en los organismos vivos Muchas

enfermedades croacutenicas se deben a perturbaciones en el metabolismo de

los aacutecidos grasos Por ejemplo un exceso de aacutecidos grasos en la dieta

conduce a enfermedades cardiovasculares y Llna descontrolada

peroxidacioacuten lipiacutedica causa inflamaciones y se asocia con la artritis

caacutencer y aterogeacutenesis12

En los alimentos la oxidacioacuten estaacute relacionada con una diversidad de

cambios durante su procesamiento distribucioacuten y almacenamiento Los

liacutepidos son los sustratos maacutes oxidables en un alimento y esta reaccioacuten

afecta muchos paraacutemetros cualitativos como el aroma producido por la

formacioacuten o modificacioacuten de compuestos volaacutetiles el sabor producido por

los hidroxiaacutecidos entre otros modifica el color debido a reacciones tipo

Maillard entre las proteiacutenas y sustancias originadas por los liacutepidos

provoca cambios de textura debido a reacciones de entrecruzamiento y

causa perdidas del valor nutricional en el alimento por la destruccioacuten de

algunas vitaminas liposolubles3

2

El proceso de oxidacioacuten de los liacutepidos en los alimentos ocurre

fundamentalmente debido a los aacutecidos grasos insaturados a traveacutes de

una serie de reacciones en cadena de radicales libres Este proceso se

inicia con pequentildeas cantidades de oxiacutegeno por lo cual resulta difiacutecil

evitarlo sin embargo se puede controlar o retardar usando

adecuadamente las diferentes teacutecnicas de conservacioacuten combinadas con

el uso de antioxidantes Para usar adecuadamente un antioxidante hay

que conocer la forma como funcionan estas estructuras dentro del

proceso de oxidacioacuten

Los antioxidantes se clasifican de acuerdo a su modo de accioacuten como

primarios y secundarios los antioxidantes primarios son interruptores de

la reaccioacuten de propagacioacuten mientras los antioxidantes secundarios

reduce la velocidad de iniciacioacuten de diferentes formas

PEROXIDACIOacuteN lIPiacuteDICA O AUTOXIDACIOacuteN

La reaccioacuten de liacutepidos con el oxiacutegeno se conoce como peroxidacioacuten

lipiacutedica y se puede dividir como autoxidacioacuten propiamente dicha y la

cataacutelisis promovida por lipoxigenasas La autoxidacioacuten de los aacutecidos

grasos en los alimentos es un proceso que se puede presentar de dos

formas en el caso (2) de la figura 1 se muestra la situacioacuten de reaccioacuten

3

maacutes frecuente yen la cual despueacutes de un cierto periacuteodo de induccioacuten se

detectan los primeros productos de oxidacioacuten que van aumentado

exponencialmente con el tiemp04 En muchos alimentos se encuentran en

concentraciones muy altas algunas sustancias pro-oxidantes como los

metales las cuales aceleran los procesos degradativos de tal manera

que no hay un periacuteodo de induccioacuten y esto corresponde al caso 1

1 2

tiempo

FIGURA 1 Pentildeil de las reacciones de Autoxidacioacuten de Liacutepidos

La duracioacuten del periacuteodo de induccioacuten y la velocidad de oxidacioacuten

dependen de la naturaleza del aacutecido graso oxidable El periacuteodo de

induccioacuten es el tiempo en el cual la oxidacioacuten del sustrato es constante y

en los aacutecidos grasos disminuye en el orden oleico linoleico linoleacutenico

4

mientras que la velocidad oxidacioacuten aumenta en el mismo orden estas

variaciones se deben a la capacidad que tienen los compuestos

iacutensaturados para formar radicales estables por la presencia de aacutetomos de

hidroacutegeno especialmente activados En la tabla 1 se indican las energiacuteas

necesarias para la sustraccioacuten de un aacutetomo de hidroacutegeno de los

diferentes grupos existentes en un aacutecido graso

kjmol

422

H

CH3-iquestHshy 410

H

I 322-CH-CH=CH

H

I 272-CH=CH-CH-CH=CH-

Tabla 1 Energia para disociar un aacutetomo de hidroacutegeno

Asiacute pues los aacutecidos grasos insaturados forman maacutes faacutecil el radical

cuando se extrae un aacutetomo de H del grupo metileacutenico que de un grupo

alilo aislado En el caso del aacutecido linoleico se sustrae el aacutetomo de H del

s grupo metileacutenico en posicioacuten 11 situado entre los dobles enlaces ( Figura

La autoxidacioacuten de los liacutepidos ocurre fundamentalmente debido a los

aacutecidos grasos insaturados a traveacutes de una serie de reacciones en cadena

de radicales libres que tiene las fases de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten Como la autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos insaturados en

los alimentos causa disminucioacuten en su calidad para retardarla hay que

conocer cada uno de los pasos dentro del proceso 5

(13) (9) -CH=CH=CH=CH=CHshy

-CHCH=CHCH=CHshy -CHCH=CHCtI=CHshyI I

00shy

degt~ VRH

~Rmiddot cHa(CH2)4CHCHC~CtI=CH(CH2nCOOH

I OOH

Figura 2 Autoxidacioacuten del aacutecido linoleico

6

Ijl

En la etapa de iniciacioacuten el radical lipiacutedico Re se forma a partir del

Iiacutepido(RH) usualmente por el ataque de radicales luz calor

irradiaciones o por trazas de metales El radical lipiacutedico formado

reacciona raacutepidamente con oxiacutegeno para dar un radical peroxilo ROOe

el cual ataca otra moleacutecula de liacutepido y sustrae un aacutetomo de hidroacutegeno

para formar un hidroperoacutexido lipiacutedico ROOH y un nuevo radical lipiacutedico

que inicia de nuevo la secuencia de propagacioacuten De esta manera

muchas moleacuteculas de liacutepidos pueden ser oxidadas hasta hidroperoacutexidos

por muchas formas de iniciacioacuten El ciclo de propagacioacuten es interrumpido

por las reacciones de terminacioacuten en las cuales hay consumo de los

radicales Las interacciones biacutemoleculares de radicales libres originan

productos no-radicales muy estables El proceso se resume en la figura 2

ki RH R + Hmiddot (1) INICIACIOacuteN

R + O2 ROO (2) PROPAGACIOacuteN

ROO + RH k3 ROOH + R (3)

R + ROO (4) TERMINACIOacuteN ROO + ROO (5)

R + R (6)

Figura 3 Mecanismo general de oxidacioacuten de liacutepidos

7

La reaccioacuten (3) es raacutepida cuando la energiacutea necesaria para la

sustraccioacuten del H de la moleacutecula del aacutecido graso es menor que la energiacutea

liberada en la formacioacuten del enlace hidroacutegeno-oxiacutegeno del nuevo

hidroperoacutexido

1 REACCIONES DE INICIACiOacuteN

En los modelos usados para estudiar la autoxidacioacuten de liacutepidos se ha

encontrado que existen dos grupos de reacciones que participan en el

proceso de iniciacioacuten En el primer grupo tenemos las reacciones de

iniciacioacuten propiamente dichas pues con ellas se superan las barreras

energeacuteticas que impiden la interaccioacuten de los aacutecidos grasos con el

oxiacutegeno A este grupo de reacciones pertenece la fotooxigenacioacuten los

metales y las hemoproteiacutenas En el segundo grupo se ubica la iniciacioacuten

enzimatica (Iipoxigenasas) 6

11 Fotooxigenacioacuten El oxiacutegeno en su estado fundamental es un

triplete (302 ) y por principios mecanocuaacutenticos estaacute impedido para

reaccionar con los aacutecidos grasos que se encuentran en un estado

singlete C02) para formar otro singlete como los hidroperoacutexidos(reaccioacuten

8

1) La energiacutea de activacioacuten para la oxidacioacuten directa del aacutecido graso es

muy alta (150-270Kjmol) por lo tanto dicha reaccioacuten es poco probable7

RH + 302 gtlt ROOH (1)

El oxiacutegeno en su estado fundamental (302) puede absorber 92 Kjmol y

pasar al estado singlete C02) en el que ambos electrones se encuentran

apareados en el mismo orbital En este caso el oxiacutegeno es un buen

electroacutefilo cuando reacciona con dobles enlace La fotooxigenacioacuten es

potencial izada por sensibilizadores como la clorofila a y b Y la feosfitina a

y b entre otros Estos sensibilizadores son activados por la luz y

reaccionan directamente con el sustrato para formar los radicales libres

que continuacutean con la reaccioacuten y otros que activan el oxiacutegeno de la

siguiente formas

Sen hv Sen (2)

Sen + 30 ------ 102 + Sen (3)2

El oxiacutegeno formado reacciona despueacutes con el aacutecido graso para

propagar la oxidacioacuten

----l ROOH (4)

9

12 Metales pesados Los alimentos lipiacutedicos generalmente

contienen trazas de iones metaacutelicos que pueden proceder del equipo de

refinacioacuten del proceso de hidrogenacioacuten del envase o de los diversos

componentes proteicos como las enzimas Los metales pesados que

incrementan la velocidad de oxidacioacuten de los aacutecidos grasos son aquellos

que poseen dos o maacutes estados de oxidacioacuten y que tienen ademaacutes un

potencial redox intermedio como es el caso del Cu Fe y Mn8

La estabilidad de un alimento depende de la naturaleza del aacutecido graso

y de la concentracioacuten del ion metaacutelico asiacute por ejemplo los aceites de

girasol y de maiacutez que son ricos en aacutecido linoleico deben contener menos

de 003ppm de Fe3+ y 001 ppm de Cu 2+ para una permanencia durante

un tiempo largo en estantes8

Los iones metaacutelicos pueden iniciar la autoxidacioacuten soacutelo cuando hay

presencia de hidroperoacutexidos a los que descomponen en radicales de

acuerdo a las siguientes reacciones

Men+- + RooH ---- RO- + Men +1 + -OH (5)

Oacute Men+l + RooH ROO- + Men+ (6)

10

La velocidad de autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos depende del

contenido de agua en el alimento En los alimentos desecados el ion

metaacutelico reacciona maacutes faacutecilmente con el hidroperoacutexido por que no existe

la capa de hidratacioacuten De tal manera que ha medida que aumenta el

contenido de agua en al alimento desciende la velocidad de

autoxidacioacuten8

13 Hemocompuestos Las hemoproteiacutenas y heminas existen en la

mayoriacutea de los vegetales La hemoglobina mioglobina y el citocromo e

aceleran la autoxidacioacuten de liacutepidos en tejidos animales Tales reacciones

son con frecuencia la causa de los defectos de aroma que se producen

cuando se almacenan pescados aves y productos caacuternicos En los

vegetales las proteiacutenas heminicas maacutes importantes son la peroxidasa y la

catalasa9

Las reacciones de iniciacioacuten de radicales libres promovidas por la

hemoglobina son de la forma

11

14 CATAacuteLISIS ENZIMAacuteTICA ( lipoxidasas o lipoxigenasas)

Las reacciones de las lipoxidasas o lipoxigenasas con los aacutecidos

grasos se diferencia de la autoxidacioacuten por las caracteriacutesticas propias de

la cataacutelisis enzimaacutetica es decir la especificidad del sustrato existencia

de un pH oacuteptimo de reaccioacuten y la temperatura Ademaacutes el proceso es

realmente una oxigenacioacuten en lugar de una oxidacioacuten propiamente dicha

Las lipoxidasas peroxidan especiacuteficamente los aacutecidos grasos con

sistemas pentadienos (1-cis 4-cis) como el aacutecido linoleacutenico y linoleico en

las plantas y el araquidoacutenico en los animales en este caso el aacutecido

oleico no sirve como sustrato oxidable La lipoxigenasa tambieacuten puede

atacar a varios compuestos que tienen dobles enlaces en su estructura

quiacutemica entre los cuales tenemos los pigmentos naturales como el ~shy

caroteno y las clorofilas Su accioacuten decolorante sobre esas estructuras se

ha usado en el blanqueado de harinas de cereales para lo cual se usa la

lipoxigenasa de la harina de soya 10

Las lipoxidasas son metaloproteiacutenas con un ion hierro (11) en el centro

activo La enzima es activada por su producto de oxidacioacuten es decir

cuando el Fe2+ se oxida a Fe3+ La cataacutelisis transcurre asiacute del sustrato

oxidable se extrae un aacutetomo de hidroacutegeno del grupo pentadienilo (1-cis

4-cis) que se oxida a luego a H+ el radical pentadienilo unido a la enzima

12

se transforma luego en un sistema conjugado que reacciona con el

oxiacutegeno El radical peroacutexido formado es reducido por la enzima y por

fijacioacuten de un protoacuten se forma el hidroperoacutexido10 Figura 4

Enz-Fe2+ ~ROOH

+- PRODUCTO Enz-Fe3+

Enz-Fe2+ RshyEnz-Fe~-I ROOshy

Enz-Fe3+ ROOshy

FIGURA 4 INICIACIOacuteN ENZIMAacuteTICA (LIPOXIGENASAS)

Una vez formados los rlidroperoacutexidos se pueden seguir las etapas de

propagacioacuten y terminacioacuten vistas anteriormente Sin embargo en

algunas frutas y verduras existen sistemas enzimaacuteticos que transforman

los hidroperoacutexidos en sustancias volaacutetiles Por ejemplo en el pepino se

forma el 2-trans 6-cis nonadienal que le confiere un olor caracteriacutestico

debido a la accioacuten de una hidroperoacutexido-liasa y una isomerasa En el

13

trigo y el maiacutez se forman los aacutecidos a ylo Y cetograsos por la accioacuten de

algunas liasas La accioacuten de las liacutepoxidasas de la soya y frijoles produce

compuestos volaacutetiles muy similares a pesar de que los hidroperoacutexidos de

donde provienen son diferentes El sabor amargo de la avena se debe a

la formacioacuten enzimaacutetica del aacutecido 9-trans hidroxi 10-cis-11shy

octadienoico10

2 REACCIONES DE PROPAGACiOacuteN Y TERMINACiOacuteN

Los radicales lipiacutedicos formados en las diversas iniciaciones son

especies muy reactivas que pueden sufrir raacutepidamente las reacciones de

propagacioacuten ya sea por abstraccioacuten de hidroacutegeno al reaccionar con una

moleacutecula de aacutecido graso(RH) o por una reaccioacuten con oxigeno en su

estado basal

R- + RH (9)

-- ROO- (10)

ROO- + RH ROOH + iexcl( (11)

La combinacioacuten de dos radicales para que ocurra la terminacioacuten de la

oxidacioacuten es un proceso con una entalpiacutea de activaqioacuten muy baja sin

embargo estaacute limitada por factores de tipo esteacuterico que disminuyen la

14

colisioacuten entre los radicales debido a que estos deben tener una

orientacioacuten adecuada por lo cual se hace poco probable la reaccioacuten

En los productos alimenticios se ha encontrado que las reacciones

laterales son maacutes importantes porque inducen la formacioacuten de

sustancias volaacutetiles como los esteres cetonas aldehiacutedos hidrocarburos

alcoholes aacutecidos orgaacutenicos productos de polimerizacioacuten entre otros los

cuales producen los cambios sensoriales que a la vez determinan la

calidad del alimento En la figura se resume el proceso de oxidacioacuten

grasos polinsaturados y todas sus consecuencias3

RH1ABSTRACCIOacuteN DE H INICIADORES (METALES CALOR LUZ UV)

R RADICALES LIBRES - TERMINACIOacuteN

OXIDACIOacuteN DE PIGMENTOS

RH-J R--- ~

ROOH(H IDROPEROacuteXIDOS)

PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIOacuteN PRODUCTOS DE POL~RIZACIOacuteN cetonas aldehiacutedos aacutecidos colores oscuros

hidrocarburos y compuestos toxicos

Figura 5 esquema general de oxidacioacuten de liacutepidos

15

3 DESCOMPOSICiOacuteN DE HIDROPEROacuteXIDOS

Los hidroperoacutexidos formados en la etapa de propagacioacuten tienen la

capacidad de interaccionar con otras moleacuteculas o de intervenir en

reacciones secundarias generando nuevas sustancias Los

hidroperoacutexidos pueden fragmentarse por rompimientos homoliticos o

heteroliacuteticos (figura) El rompimiento homoliacutetico en posicioacuten ~ produce un

radical alcoxi como intermedio y sufrir posteriormente una unioacuten

carbono-carbono El rompimiento hornoliacutetico en el lado ordf del carbono

aleoxi forma pentano y metil-13-oxo-911 tridecadienoato cuando se usa

inicialmente el 13-hidroperoacutexido del metil linoleato Ademaacutes se puede

formar metil octanoato y 24 decadienal usando el 9-hidroperoxido del

metil linoleato

El rompimiento homoliacutetico Q forma hexanal y metil 9-oxononanoato de

los 13 y 9 hidroperoacutexidos del metil linoleato Los rompimientos

heterol iacutetieos bajo condiciones aacutecidas producen carbocationes

intermedios los cuales rompen selectivamente para formar los mismos

compuestos del rompimiento homoliacutetico Q es decir hexanal y metiacutel 9shy

oxononanoat07

16

OOHOOH

R~~RR

t- HOMOLITICO

0H --- OH

O O

~R R~ R

Pantano Matil octanoato Metil 9-oxo

Metil 13-oxo- + 24 dacadianalHexanal nonanoato 911 t~idacadianoato

HETEROLITICO

H+ R O +~O~R

R ~~R

Haxanal Metil 9-oxononanoato

FIGURA 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos

en la descomposicioacuten de hidroperoxidos

17

3 PREVENCiOacuteN DE LA OXIDACiOacuteN Y EL USO DE

ANTIOXIDANTES

El proceso de oxidacioacuten de liacutepidos ocurre en presencia de cantidades

muy bajas de oxiacutegeno y por esto en la mayoriacutea de los casos los meacutetodos

de conservacioacuten (empaque al vaciacuteo refrigeracioacuten congelaciacuteoacutenetc) si se

usan aisladamente resultan insuficientes para evitarlo Ademaacutes es

antieconoacutemico tratar de eliminar todo el oxiacutegeno presente y en su lugar

se usan operaciones de conservacioacuten combinadas con el uso de

antioxidantes

Los antioxidantes son compuestos capaces de retardar el proceso de

oxidacioacuten extienden asiacute el periacuteodo de oxidacioacuten y por lo tanto su vida

uacutetil Sin embargo nunca mejoran ni regeneran la calidad de un producto

altamente oxidado Los antioxidantes usados en alimentos deben cumplir

algunos requisitos como ser inodoro no impartir color insiacutepido ser

efectivo a bajas concentraciones que sea faacutecil de incorporar que soporte

las condiciones de procesamiento barato estable en el producto

terminado y que no sea toacutexico Seguacuten la USDA los antioxidantes son

sustancias para preservar los alimentos al retardar el deterioro y la

rancidez causada por la oxidacioacuten12

18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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2

El proceso de oxidacioacuten de los liacutepidos en los alimentos ocurre

fundamentalmente debido a los aacutecidos grasos insaturados a traveacutes de

una serie de reacciones en cadena de radicales libres Este proceso se

inicia con pequentildeas cantidades de oxiacutegeno por lo cual resulta difiacutecil

evitarlo sin embargo se puede controlar o retardar usando

adecuadamente las diferentes teacutecnicas de conservacioacuten combinadas con

el uso de antioxidantes Para usar adecuadamente un antioxidante hay

que conocer la forma como funcionan estas estructuras dentro del

proceso de oxidacioacuten

Los antioxidantes se clasifican de acuerdo a su modo de accioacuten como

primarios y secundarios los antioxidantes primarios son interruptores de

la reaccioacuten de propagacioacuten mientras los antioxidantes secundarios

reduce la velocidad de iniciacioacuten de diferentes formas

PEROXIDACIOacuteN lIPiacuteDICA O AUTOXIDACIOacuteN

La reaccioacuten de liacutepidos con el oxiacutegeno se conoce como peroxidacioacuten

lipiacutedica y se puede dividir como autoxidacioacuten propiamente dicha y la

cataacutelisis promovida por lipoxigenasas La autoxidacioacuten de los aacutecidos

grasos en los alimentos es un proceso que se puede presentar de dos

formas en el caso (2) de la figura 1 se muestra la situacioacuten de reaccioacuten

3

maacutes frecuente yen la cual despueacutes de un cierto periacuteodo de induccioacuten se

detectan los primeros productos de oxidacioacuten que van aumentado

exponencialmente con el tiemp04 En muchos alimentos se encuentran en

concentraciones muy altas algunas sustancias pro-oxidantes como los

metales las cuales aceleran los procesos degradativos de tal manera

que no hay un periacuteodo de induccioacuten y esto corresponde al caso 1

1 2

tiempo

FIGURA 1 Pentildeil de las reacciones de Autoxidacioacuten de Liacutepidos

La duracioacuten del periacuteodo de induccioacuten y la velocidad de oxidacioacuten

dependen de la naturaleza del aacutecido graso oxidable El periacuteodo de

induccioacuten es el tiempo en el cual la oxidacioacuten del sustrato es constante y

en los aacutecidos grasos disminuye en el orden oleico linoleico linoleacutenico

4

mientras que la velocidad oxidacioacuten aumenta en el mismo orden estas

variaciones se deben a la capacidad que tienen los compuestos

iacutensaturados para formar radicales estables por la presencia de aacutetomos de

hidroacutegeno especialmente activados En la tabla 1 se indican las energiacuteas

necesarias para la sustraccioacuten de un aacutetomo de hidroacutegeno de los

diferentes grupos existentes en un aacutecido graso

kjmol

422

H

CH3-iquestHshy 410

H

I 322-CH-CH=CH

H

I 272-CH=CH-CH-CH=CH-

Tabla 1 Energia para disociar un aacutetomo de hidroacutegeno

Asiacute pues los aacutecidos grasos insaturados forman maacutes faacutecil el radical

cuando se extrae un aacutetomo de H del grupo metileacutenico que de un grupo

alilo aislado En el caso del aacutecido linoleico se sustrae el aacutetomo de H del

s grupo metileacutenico en posicioacuten 11 situado entre los dobles enlaces ( Figura

La autoxidacioacuten de los liacutepidos ocurre fundamentalmente debido a los

aacutecidos grasos insaturados a traveacutes de una serie de reacciones en cadena

de radicales libres que tiene las fases de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten Como la autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos insaturados en

los alimentos causa disminucioacuten en su calidad para retardarla hay que

conocer cada uno de los pasos dentro del proceso 5

(13) (9) -CH=CH=CH=CH=CHshy

-CHCH=CHCH=CHshy -CHCH=CHCtI=CHshyI I

00shy

degt~ VRH

~Rmiddot cHa(CH2)4CHCHC~CtI=CH(CH2nCOOH

I OOH

Figura 2 Autoxidacioacuten del aacutecido linoleico

6

Ijl

En la etapa de iniciacioacuten el radical lipiacutedico Re se forma a partir del

Iiacutepido(RH) usualmente por el ataque de radicales luz calor

irradiaciones o por trazas de metales El radical lipiacutedico formado

reacciona raacutepidamente con oxiacutegeno para dar un radical peroxilo ROOe

el cual ataca otra moleacutecula de liacutepido y sustrae un aacutetomo de hidroacutegeno

para formar un hidroperoacutexido lipiacutedico ROOH y un nuevo radical lipiacutedico

que inicia de nuevo la secuencia de propagacioacuten De esta manera

muchas moleacuteculas de liacutepidos pueden ser oxidadas hasta hidroperoacutexidos

por muchas formas de iniciacioacuten El ciclo de propagacioacuten es interrumpido

por las reacciones de terminacioacuten en las cuales hay consumo de los

radicales Las interacciones biacutemoleculares de radicales libres originan

productos no-radicales muy estables El proceso se resume en la figura 2

ki RH R + Hmiddot (1) INICIACIOacuteN

R + O2 ROO (2) PROPAGACIOacuteN

ROO + RH k3 ROOH + R (3)

R + ROO (4) TERMINACIOacuteN ROO + ROO (5)

R + R (6)

Figura 3 Mecanismo general de oxidacioacuten de liacutepidos

7

La reaccioacuten (3) es raacutepida cuando la energiacutea necesaria para la

sustraccioacuten del H de la moleacutecula del aacutecido graso es menor que la energiacutea

liberada en la formacioacuten del enlace hidroacutegeno-oxiacutegeno del nuevo

hidroperoacutexido

1 REACCIONES DE INICIACiOacuteN

En los modelos usados para estudiar la autoxidacioacuten de liacutepidos se ha

encontrado que existen dos grupos de reacciones que participan en el

proceso de iniciacioacuten En el primer grupo tenemos las reacciones de

iniciacioacuten propiamente dichas pues con ellas se superan las barreras

energeacuteticas que impiden la interaccioacuten de los aacutecidos grasos con el

oxiacutegeno A este grupo de reacciones pertenece la fotooxigenacioacuten los

metales y las hemoproteiacutenas En el segundo grupo se ubica la iniciacioacuten

enzimatica (Iipoxigenasas) 6

11 Fotooxigenacioacuten El oxiacutegeno en su estado fundamental es un

triplete (302 ) y por principios mecanocuaacutenticos estaacute impedido para

reaccionar con los aacutecidos grasos que se encuentran en un estado

singlete C02) para formar otro singlete como los hidroperoacutexidos(reaccioacuten

8

1) La energiacutea de activacioacuten para la oxidacioacuten directa del aacutecido graso es

muy alta (150-270Kjmol) por lo tanto dicha reaccioacuten es poco probable7

RH + 302 gtlt ROOH (1)

El oxiacutegeno en su estado fundamental (302) puede absorber 92 Kjmol y

pasar al estado singlete C02) en el que ambos electrones se encuentran

apareados en el mismo orbital En este caso el oxiacutegeno es un buen

electroacutefilo cuando reacciona con dobles enlace La fotooxigenacioacuten es

potencial izada por sensibilizadores como la clorofila a y b Y la feosfitina a

y b entre otros Estos sensibilizadores son activados por la luz y

reaccionan directamente con el sustrato para formar los radicales libres

que continuacutean con la reaccioacuten y otros que activan el oxiacutegeno de la

siguiente formas

Sen hv Sen (2)

Sen + 30 ------ 102 + Sen (3)2

El oxiacutegeno formado reacciona despueacutes con el aacutecido graso para

propagar la oxidacioacuten

----l ROOH (4)

9

12 Metales pesados Los alimentos lipiacutedicos generalmente

contienen trazas de iones metaacutelicos que pueden proceder del equipo de

refinacioacuten del proceso de hidrogenacioacuten del envase o de los diversos

componentes proteicos como las enzimas Los metales pesados que

incrementan la velocidad de oxidacioacuten de los aacutecidos grasos son aquellos

que poseen dos o maacutes estados de oxidacioacuten y que tienen ademaacutes un

potencial redox intermedio como es el caso del Cu Fe y Mn8

La estabilidad de un alimento depende de la naturaleza del aacutecido graso

y de la concentracioacuten del ion metaacutelico asiacute por ejemplo los aceites de

girasol y de maiacutez que son ricos en aacutecido linoleico deben contener menos

de 003ppm de Fe3+ y 001 ppm de Cu 2+ para una permanencia durante

un tiempo largo en estantes8

Los iones metaacutelicos pueden iniciar la autoxidacioacuten soacutelo cuando hay

presencia de hidroperoacutexidos a los que descomponen en radicales de

acuerdo a las siguientes reacciones

Men+- + RooH ---- RO- + Men +1 + -OH (5)

Oacute Men+l + RooH ROO- + Men+ (6)

10

La velocidad de autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos depende del

contenido de agua en el alimento En los alimentos desecados el ion

metaacutelico reacciona maacutes faacutecilmente con el hidroperoacutexido por que no existe

la capa de hidratacioacuten De tal manera que ha medida que aumenta el

contenido de agua en al alimento desciende la velocidad de

autoxidacioacuten8

13 Hemocompuestos Las hemoproteiacutenas y heminas existen en la

mayoriacutea de los vegetales La hemoglobina mioglobina y el citocromo e

aceleran la autoxidacioacuten de liacutepidos en tejidos animales Tales reacciones

son con frecuencia la causa de los defectos de aroma que se producen

cuando se almacenan pescados aves y productos caacuternicos En los

vegetales las proteiacutenas heminicas maacutes importantes son la peroxidasa y la

catalasa9

Las reacciones de iniciacioacuten de radicales libres promovidas por la

hemoglobina son de la forma

11

14 CATAacuteLISIS ENZIMAacuteTICA ( lipoxidasas o lipoxigenasas)

Las reacciones de las lipoxidasas o lipoxigenasas con los aacutecidos

grasos se diferencia de la autoxidacioacuten por las caracteriacutesticas propias de

la cataacutelisis enzimaacutetica es decir la especificidad del sustrato existencia

de un pH oacuteptimo de reaccioacuten y la temperatura Ademaacutes el proceso es

realmente una oxigenacioacuten en lugar de una oxidacioacuten propiamente dicha

Las lipoxidasas peroxidan especiacuteficamente los aacutecidos grasos con

sistemas pentadienos (1-cis 4-cis) como el aacutecido linoleacutenico y linoleico en

las plantas y el araquidoacutenico en los animales en este caso el aacutecido

oleico no sirve como sustrato oxidable La lipoxigenasa tambieacuten puede

atacar a varios compuestos que tienen dobles enlaces en su estructura

quiacutemica entre los cuales tenemos los pigmentos naturales como el ~shy

caroteno y las clorofilas Su accioacuten decolorante sobre esas estructuras se

ha usado en el blanqueado de harinas de cereales para lo cual se usa la

lipoxigenasa de la harina de soya 10

Las lipoxidasas son metaloproteiacutenas con un ion hierro (11) en el centro

activo La enzima es activada por su producto de oxidacioacuten es decir

cuando el Fe2+ se oxida a Fe3+ La cataacutelisis transcurre asiacute del sustrato

oxidable se extrae un aacutetomo de hidroacutegeno del grupo pentadienilo (1-cis

4-cis) que se oxida a luego a H+ el radical pentadienilo unido a la enzima

12

se transforma luego en un sistema conjugado que reacciona con el

oxiacutegeno El radical peroacutexido formado es reducido por la enzima y por

fijacioacuten de un protoacuten se forma el hidroperoacutexido10 Figura 4

Enz-Fe2+ ~ROOH

+- PRODUCTO Enz-Fe3+

Enz-Fe2+ RshyEnz-Fe~-I ROOshy

Enz-Fe3+ ROOshy

FIGURA 4 INICIACIOacuteN ENZIMAacuteTICA (LIPOXIGENASAS)

Una vez formados los rlidroperoacutexidos se pueden seguir las etapas de

propagacioacuten y terminacioacuten vistas anteriormente Sin embargo en

algunas frutas y verduras existen sistemas enzimaacuteticos que transforman

los hidroperoacutexidos en sustancias volaacutetiles Por ejemplo en el pepino se

forma el 2-trans 6-cis nonadienal que le confiere un olor caracteriacutestico

debido a la accioacuten de una hidroperoacutexido-liasa y una isomerasa En el

13

trigo y el maiacutez se forman los aacutecidos a ylo Y cetograsos por la accioacuten de

algunas liasas La accioacuten de las liacutepoxidasas de la soya y frijoles produce

compuestos volaacutetiles muy similares a pesar de que los hidroperoacutexidos de

donde provienen son diferentes El sabor amargo de la avena se debe a

la formacioacuten enzimaacutetica del aacutecido 9-trans hidroxi 10-cis-11shy

octadienoico10

2 REACCIONES DE PROPAGACiOacuteN Y TERMINACiOacuteN

Los radicales lipiacutedicos formados en las diversas iniciaciones son

especies muy reactivas que pueden sufrir raacutepidamente las reacciones de

propagacioacuten ya sea por abstraccioacuten de hidroacutegeno al reaccionar con una

moleacutecula de aacutecido graso(RH) o por una reaccioacuten con oxigeno en su

estado basal

R- + RH (9)

-- ROO- (10)

ROO- + RH ROOH + iexcl( (11)

La combinacioacuten de dos radicales para que ocurra la terminacioacuten de la

oxidacioacuten es un proceso con una entalpiacutea de activaqioacuten muy baja sin

embargo estaacute limitada por factores de tipo esteacuterico que disminuyen la

14

colisioacuten entre los radicales debido a que estos deben tener una

orientacioacuten adecuada por lo cual se hace poco probable la reaccioacuten

En los productos alimenticios se ha encontrado que las reacciones

laterales son maacutes importantes porque inducen la formacioacuten de

sustancias volaacutetiles como los esteres cetonas aldehiacutedos hidrocarburos

alcoholes aacutecidos orgaacutenicos productos de polimerizacioacuten entre otros los

cuales producen los cambios sensoriales que a la vez determinan la

calidad del alimento En la figura se resume el proceso de oxidacioacuten

grasos polinsaturados y todas sus consecuencias3

RH1ABSTRACCIOacuteN DE H INICIADORES (METALES CALOR LUZ UV)

R RADICALES LIBRES - TERMINACIOacuteN

OXIDACIOacuteN DE PIGMENTOS

RH-J R--- ~

ROOH(H IDROPEROacuteXIDOS)

PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIOacuteN PRODUCTOS DE POL~RIZACIOacuteN cetonas aldehiacutedos aacutecidos colores oscuros

hidrocarburos y compuestos toxicos

Figura 5 esquema general de oxidacioacuten de liacutepidos

15

3 DESCOMPOSICiOacuteN DE HIDROPEROacuteXIDOS

Los hidroperoacutexidos formados en la etapa de propagacioacuten tienen la

capacidad de interaccionar con otras moleacuteculas o de intervenir en

reacciones secundarias generando nuevas sustancias Los

hidroperoacutexidos pueden fragmentarse por rompimientos homoliticos o

heteroliacuteticos (figura) El rompimiento homoliacutetico en posicioacuten ~ produce un

radical alcoxi como intermedio y sufrir posteriormente una unioacuten

carbono-carbono El rompimiento hornoliacutetico en el lado ordf del carbono

aleoxi forma pentano y metil-13-oxo-911 tridecadienoato cuando se usa

inicialmente el 13-hidroperoacutexido del metil linoleato Ademaacutes se puede

formar metil octanoato y 24 decadienal usando el 9-hidroperoxido del

metil linoleato

El rompimiento homoliacutetico Q forma hexanal y metil 9-oxononanoato de

los 13 y 9 hidroperoacutexidos del metil linoleato Los rompimientos

heterol iacutetieos bajo condiciones aacutecidas producen carbocationes

intermedios los cuales rompen selectivamente para formar los mismos

compuestos del rompimiento homoliacutetico Q es decir hexanal y metiacutel 9shy

oxononanoat07

16

OOHOOH

R~~RR

t- HOMOLITICO

0H --- OH

O O

~R R~ R

Pantano Matil octanoato Metil 9-oxo

Metil 13-oxo- + 24 dacadianalHexanal nonanoato 911 t~idacadianoato

HETEROLITICO

H+ R O +~O~R

R ~~R

Haxanal Metil 9-oxononanoato

FIGURA 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos

en la descomposicioacuten de hidroperoxidos

17

3 PREVENCiOacuteN DE LA OXIDACiOacuteN Y EL USO DE

ANTIOXIDANTES

El proceso de oxidacioacuten de liacutepidos ocurre en presencia de cantidades

muy bajas de oxiacutegeno y por esto en la mayoriacutea de los casos los meacutetodos

de conservacioacuten (empaque al vaciacuteo refrigeracioacuten congelaciacuteoacutenetc) si se

usan aisladamente resultan insuficientes para evitarlo Ademaacutes es

antieconoacutemico tratar de eliminar todo el oxiacutegeno presente y en su lugar

se usan operaciones de conservacioacuten combinadas con el uso de

antioxidantes

Los antioxidantes son compuestos capaces de retardar el proceso de

oxidacioacuten extienden asiacute el periacuteodo de oxidacioacuten y por lo tanto su vida

uacutetil Sin embargo nunca mejoran ni regeneran la calidad de un producto

altamente oxidado Los antioxidantes usados en alimentos deben cumplir

algunos requisitos como ser inodoro no impartir color insiacutepido ser

efectivo a bajas concentraciones que sea faacutecil de incorporar que soporte

las condiciones de procesamiento barato estable en el producto

terminado y que no sea toacutexico Seguacuten la USDA los antioxidantes son

sustancias para preservar los alimentos al retardar el deterioro y la

rancidez causada por la oxidacioacuten12

18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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3

maacutes frecuente yen la cual despueacutes de un cierto periacuteodo de induccioacuten se

detectan los primeros productos de oxidacioacuten que van aumentado

exponencialmente con el tiemp04 En muchos alimentos se encuentran en

concentraciones muy altas algunas sustancias pro-oxidantes como los

metales las cuales aceleran los procesos degradativos de tal manera

que no hay un periacuteodo de induccioacuten y esto corresponde al caso 1

1 2

tiempo

FIGURA 1 Pentildeil de las reacciones de Autoxidacioacuten de Liacutepidos

La duracioacuten del periacuteodo de induccioacuten y la velocidad de oxidacioacuten

dependen de la naturaleza del aacutecido graso oxidable El periacuteodo de

induccioacuten es el tiempo en el cual la oxidacioacuten del sustrato es constante y

en los aacutecidos grasos disminuye en el orden oleico linoleico linoleacutenico

4

mientras que la velocidad oxidacioacuten aumenta en el mismo orden estas

variaciones se deben a la capacidad que tienen los compuestos

iacutensaturados para formar radicales estables por la presencia de aacutetomos de

hidroacutegeno especialmente activados En la tabla 1 se indican las energiacuteas

necesarias para la sustraccioacuten de un aacutetomo de hidroacutegeno de los

diferentes grupos existentes en un aacutecido graso

kjmol

422

H

CH3-iquestHshy 410

H

I 322-CH-CH=CH

H

I 272-CH=CH-CH-CH=CH-

Tabla 1 Energia para disociar un aacutetomo de hidroacutegeno

Asiacute pues los aacutecidos grasos insaturados forman maacutes faacutecil el radical

cuando se extrae un aacutetomo de H del grupo metileacutenico que de un grupo

alilo aislado En el caso del aacutecido linoleico se sustrae el aacutetomo de H del

s grupo metileacutenico en posicioacuten 11 situado entre los dobles enlaces ( Figura

La autoxidacioacuten de los liacutepidos ocurre fundamentalmente debido a los

aacutecidos grasos insaturados a traveacutes de una serie de reacciones en cadena

de radicales libres que tiene las fases de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten Como la autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos insaturados en

los alimentos causa disminucioacuten en su calidad para retardarla hay que

conocer cada uno de los pasos dentro del proceso 5

(13) (9) -CH=CH=CH=CH=CHshy

-CHCH=CHCH=CHshy -CHCH=CHCtI=CHshyI I

00shy

degt~ VRH

~Rmiddot cHa(CH2)4CHCHC~CtI=CH(CH2nCOOH

I OOH

Figura 2 Autoxidacioacuten del aacutecido linoleico

6

Ijl

En la etapa de iniciacioacuten el radical lipiacutedico Re se forma a partir del

Iiacutepido(RH) usualmente por el ataque de radicales luz calor

irradiaciones o por trazas de metales El radical lipiacutedico formado

reacciona raacutepidamente con oxiacutegeno para dar un radical peroxilo ROOe

el cual ataca otra moleacutecula de liacutepido y sustrae un aacutetomo de hidroacutegeno

para formar un hidroperoacutexido lipiacutedico ROOH y un nuevo radical lipiacutedico

que inicia de nuevo la secuencia de propagacioacuten De esta manera

muchas moleacuteculas de liacutepidos pueden ser oxidadas hasta hidroperoacutexidos

por muchas formas de iniciacioacuten El ciclo de propagacioacuten es interrumpido

por las reacciones de terminacioacuten en las cuales hay consumo de los

radicales Las interacciones biacutemoleculares de radicales libres originan

productos no-radicales muy estables El proceso se resume en la figura 2

ki RH R + Hmiddot (1) INICIACIOacuteN

R + O2 ROO (2) PROPAGACIOacuteN

ROO + RH k3 ROOH + R (3)

R + ROO (4) TERMINACIOacuteN ROO + ROO (5)

R + R (6)

Figura 3 Mecanismo general de oxidacioacuten de liacutepidos

7

La reaccioacuten (3) es raacutepida cuando la energiacutea necesaria para la

sustraccioacuten del H de la moleacutecula del aacutecido graso es menor que la energiacutea

liberada en la formacioacuten del enlace hidroacutegeno-oxiacutegeno del nuevo

hidroperoacutexido

1 REACCIONES DE INICIACiOacuteN

En los modelos usados para estudiar la autoxidacioacuten de liacutepidos se ha

encontrado que existen dos grupos de reacciones que participan en el

proceso de iniciacioacuten En el primer grupo tenemos las reacciones de

iniciacioacuten propiamente dichas pues con ellas se superan las barreras

energeacuteticas que impiden la interaccioacuten de los aacutecidos grasos con el

oxiacutegeno A este grupo de reacciones pertenece la fotooxigenacioacuten los

metales y las hemoproteiacutenas En el segundo grupo se ubica la iniciacioacuten

enzimatica (Iipoxigenasas) 6

11 Fotooxigenacioacuten El oxiacutegeno en su estado fundamental es un

triplete (302 ) y por principios mecanocuaacutenticos estaacute impedido para

reaccionar con los aacutecidos grasos que se encuentran en un estado

singlete C02) para formar otro singlete como los hidroperoacutexidos(reaccioacuten

8

1) La energiacutea de activacioacuten para la oxidacioacuten directa del aacutecido graso es

muy alta (150-270Kjmol) por lo tanto dicha reaccioacuten es poco probable7

RH + 302 gtlt ROOH (1)

El oxiacutegeno en su estado fundamental (302) puede absorber 92 Kjmol y

pasar al estado singlete C02) en el que ambos electrones se encuentran

apareados en el mismo orbital En este caso el oxiacutegeno es un buen

electroacutefilo cuando reacciona con dobles enlace La fotooxigenacioacuten es

potencial izada por sensibilizadores como la clorofila a y b Y la feosfitina a

y b entre otros Estos sensibilizadores son activados por la luz y

reaccionan directamente con el sustrato para formar los radicales libres

que continuacutean con la reaccioacuten y otros que activan el oxiacutegeno de la

siguiente formas

Sen hv Sen (2)

Sen + 30 ------ 102 + Sen (3)2

El oxiacutegeno formado reacciona despueacutes con el aacutecido graso para

propagar la oxidacioacuten

----l ROOH (4)

9

12 Metales pesados Los alimentos lipiacutedicos generalmente

contienen trazas de iones metaacutelicos que pueden proceder del equipo de

refinacioacuten del proceso de hidrogenacioacuten del envase o de los diversos

componentes proteicos como las enzimas Los metales pesados que

incrementan la velocidad de oxidacioacuten de los aacutecidos grasos son aquellos

que poseen dos o maacutes estados de oxidacioacuten y que tienen ademaacutes un

potencial redox intermedio como es el caso del Cu Fe y Mn8

La estabilidad de un alimento depende de la naturaleza del aacutecido graso

y de la concentracioacuten del ion metaacutelico asiacute por ejemplo los aceites de

girasol y de maiacutez que son ricos en aacutecido linoleico deben contener menos

de 003ppm de Fe3+ y 001 ppm de Cu 2+ para una permanencia durante

un tiempo largo en estantes8

Los iones metaacutelicos pueden iniciar la autoxidacioacuten soacutelo cuando hay

presencia de hidroperoacutexidos a los que descomponen en radicales de

acuerdo a las siguientes reacciones

Men+- + RooH ---- RO- + Men +1 + -OH (5)

Oacute Men+l + RooH ROO- + Men+ (6)

10

La velocidad de autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos depende del

contenido de agua en el alimento En los alimentos desecados el ion

metaacutelico reacciona maacutes faacutecilmente con el hidroperoacutexido por que no existe

la capa de hidratacioacuten De tal manera que ha medida que aumenta el

contenido de agua en al alimento desciende la velocidad de

autoxidacioacuten8

13 Hemocompuestos Las hemoproteiacutenas y heminas existen en la

mayoriacutea de los vegetales La hemoglobina mioglobina y el citocromo e

aceleran la autoxidacioacuten de liacutepidos en tejidos animales Tales reacciones

son con frecuencia la causa de los defectos de aroma que se producen

cuando se almacenan pescados aves y productos caacuternicos En los

vegetales las proteiacutenas heminicas maacutes importantes son la peroxidasa y la

catalasa9

Las reacciones de iniciacioacuten de radicales libres promovidas por la

hemoglobina son de la forma

11

14 CATAacuteLISIS ENZIMAacuteTICA ( lipoxidasas o lipoxigenasas)

Las reacciones de las lipoxidasas o lipoxigenasas con los aacutecidos

grasos se diferencia de la autoxidacioacuten por las caracteriacutesticas propias de

la cataacutelisis enzimaacutetica es decir la especificidad del sustrato existencia

de un pH oacuteptimo de reaccioacuten y la temperatura Ademaacutes el proceso es

realmente una oxigenacioacuten en lugar de una oxidacioacuten propiamente dicha

Las lipoxidasas peroxidan especiacuteficamente los aacutecidos grasos con

sistemas pentadienos (1-cis 4-cis) como el aacutecido linoleacutenico y linoleico en

las plantas y el araquidoacutenico en los animales en este caso el aacutecido

oleico no sirve como sustrato oxidable La lipoxigenasa tambieacuten puede

atacar a varios compuestos que tienen dobles enlaces en su estructura

quiacutemica entre los cuales tenemos los pigmentos naturales como el ~shy

caroteno y las clorofilas Su accioacuten decolorante sobre esas estructuras se

ha usado en el blanqueado de harinas de cereales para lo cual se usa la

lipoxigenasa de la harina de soya 10

Las lipoxidasas son metaloproteiacutenas con un ion hierro (11) en el centro

activo La enzima es activada por su producto de oxidacioacuten es decir

cuando el Fe2+ se oxida a Fe3+ La cataacutelisis transcurre asiacute del sustrato

oxidable se extrae un aacutetomo de hidroacutegeno del grupo pentadienilo (1-cis

4-cis) que se oxida a luego a H+ el radical pentadienilo unido a la enzima

12

se transforma luego en un sistema conjugado que reacciona con el

oxiacutegeno El radical peroacutexido formado es reducido por la enzima y por

fijacioacuten de un protoacuten se forma el hidroperoacutexido10 Figura 4

Enz-Fe2+ ~ROOH

+- PRODUCTO Enz-Fe3+

Enz-Fe2+ RshyEnz-Fe~-I ROOshy

Enz-Fe3+ ROOshy

FIGURA 4 INICIACIOacuteN ENZIMAacuteTICA (LIPOXIGENASAS)

Una vez formados los rlidroperoacutexidos se pueden seguir las etapas de

propagacioacuten y terminacioacuten vistas anteriormente Sin embargo en

algunas frutas y verduras existen sistemas enzimaacuteticos que transforman

los hidroperoacutexidos en sustancias volaacutetiles Por ejemplo en el pepino se

forma el 2-trans 6-cis nonadienal que le confiere un olor caracteriacutestico

debido a la accioacuten de una hidroperoacutexido-liasa y una isomerasa En el

13

trigo y el maiacutez se forman los aacutecidos a ylo Y cetograsos por la accioacuten de

algunas liasas La accioacuten de las liacutepoxidasas de la soya y frijoles produce

compuestos volaacutetiles muy similares a pesar de que los hidroperoacutexidos de

donde provienen son diferentes El sabor amargo de la avena se debe a

la formacioacuten enzimaacutetica del aacutecido 9-trans hidroxi 10-cis-11shy

octadienoico10

2 REACCIONES DE PROPAGACiOacuteN Y TERMINACiOacuteN

Los radicales lipiacutedicos formados en las diversas iniciaciones son

especies muy reactivas que pueden sufrir raacutepidamente las reacciones de

propagacioacuten ya sea por abstraccioacuten de hidroacutegeno al reaccionar con una

moleacutecula de aacutecido graso(RH) o por una reaccioacuten con oxigeno en su

estado basal

R- + RH (9)

-- ROO- (10)

ROO- + RH ROOH + iexcl( (11)

La combinacioacuten de dos radicales para que ocurra la terminacioacuten de la

oxidacioacuten es un proceso con una entalpiacutea de activaqioacuten muy baja sin

embargo estaacute limitada por factores de tipo esteacuterico que disminuyen la

14

colisioacuten entre los radicales debido a que estos deben tener una

orientacioacuten adecuada por lo cual se hace poco probable la reaccioacuten

En los productos alimenticios se ha encontrado que las reacciones

laterales son maacutes importantes porque inducen la formacioacuten de

sustancias volaacutetiles como los esteres cetonas aldehiacutedos hidrocarburos

alcoholes aacutecidos orgaacutenicos productos de polimerizacioacuten entre otros los

cuales producen los cambios sensoriales que a la vez determinan la

calidad del alimento En la figura se resume el proceso de oxidacioacuten

grasos polinsaturados y todas sus consecuencias3

RH1ABSTRACCIOacuteN DE H INICIADORES (METALES CALOR LUZ UV)

R RADICALES LIBRES - TERMINACIOacuteN

OXIDACIOacuteN DE PIGMENTOS

RH-J R--- ~

ROOH(H IDROPEROacuteXIDOS)

PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIOacuteN PRODUCTOS DE POL~RIZACIOacuteN cetonas aldehiacutedos aacutecidos colores oscuros

hidrocarburos y compuestos toxicos

Figura 5 esquema general de oxidacioacuten de liacutepidos

15

3 DESCOMPOSICiOacuteN DE HIDROPEROacuteXIDOS

Los hidroperoacutexidos formados en la etapa de propagacioacuten tienen la

capacidad de interaccionar con otras moleacuteculas o de intervenir en

reacciones secundarias generando nuevas sustancias Los

hidroperoacutexidos pueden fragmentarse por rompimientos homoliticos o

heteroliacuteticos (figura) El rompimiento homoliacutetico en posicioacuten ~ produce un

radical alcoxi como intermedio y sufrir posteriormente una unioacuten

carbono-carbono El rompimiento hornoliacutetico en el lado ordf del carbono

aleoxi forma pentano y metil-13-oxo-911 tridecadienoato cuando se usa

inicialmente el 13-hidroperoacutexido del metil linoleato Ademaacutes se puede

formar metil octanoato y 24 decadienal usando el 9-hidroperoxido del

metil linoleato

El rompimiento homoliacutetico Q forma hexanal y metil 9-oxononanoato de

los 13 y 9 hidroperoacutexidos del metil linoleato Los rompimientos

heterol iacutetieos bajo condiciones aacutecidas producen carbocationes

intermedios los cuales rompen selectivamente para formar los mismos

compuestos del rompimiento homoliacutetico Q es decir hexanal y metiacutel 9shy

oxononanoat07

16

OOHOOH

R~~RR

t- HOMOLITICO

0H --- OH

O O

~R R~ R

Pantano Matil octanoato Metil 9-oxo

Metil 13-oxo- + 24 dacadianalHexanal nonanoato 911 t~idacadianoato

HETEROLITICO

H+ R O +~O~R

R ~~R

Haxanal Metil 9-oxononanoato

FIGURA 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos

en la descomposicioacuten de hidroperoxidos

17

3 PREVENCiOacuteN DE LA OXIDACiOacuteN Y EL USO DE

ANTIOXIDANTES

El proceso de oxidacioacuten de liacutepidos ocurre en presencia de cantidades

muy bajas de oxiacutegeno y por esto en la mayoriacutea de los casos los meacutetodos

de conservacioacuten (empaque al vaciacuteo refrigeracioacuten congelaciacuteoacutenetc) si se

usan aisladamente resultan insuficientes para evitarlo Ademaacutes es

antieconoacutemico tratar de eliminar todo el oxiacutegeno presente y en su lugar

se usan operaciones de conservacioacuten combinadas con el uso de

antioxidantes

Los antioxidantes son compuestos capaces de retardar el proceso de

oxidacioacuten extienden asiacute el periacuteodo de oxidacioacuten y por lo tanto su vida

uacutetil Sin embargo nunca mejoran ni regeneran la calidad de un producto

altamente oxidado Los antioxidantes usados en alimentos deben cumplir

algunos requisitos como ser inodoro no impartir color insiacutepido ser

efectivo a bajas concentraciones que sea faacutecil de incorporar que soporte

las condiciones de procesamiento barato estable en el producto

terminado y que no sea toacutexico Seguacuten la USDA los antioxidantes son

sustancias para preservar los alimentos al retardar el deterioro y la

rancidez causada por la oxidacioacuten12

18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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Page 9: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

4

mientras que la velocidad oxidacioacuten aumenta en el mismo orden estas

variaciones se deben a la capacidad que tienen los compuestos

iacutensaturados para formar radicales estables por la presencia de aacutetomos de

hidroacutegeno especialmente activados En la tabla 1 se indican las energiacuteas

necesarias para la sustraccioacuten de un aacutetomo de hidroacutegeno de los

diferentes grupos existentes en un aacutecido graso

kjmol

422

H

CH3-iquestHshy 410

H

I 322-CH-CH=CH

H

I 272-CH=CH-CH-CH=CH-

Tabla 1 Energia para disociar un aacutetomo de hidroacutegeno

Asiacute pues los aacutecidos grasos insaturados forman maacutes faacutecil el radical

cuando se extrae un aacutetomo de H del grupo metileacutenico que de un grupo

alilo aislado En el caso del aacutecido linoleico se sustrae el aacutetomo de H del

s grupo metileacutenico en posicioacuten 11 situado entre los dobles enlaces ( Figura

La autoxidacioacuten de los liacutepidos ocurre fundamentalmente debido a los

aacutecidos grasos insaturados a traveacutes de una serie de reacciones en cadena

de radicales libres que tiene las fases de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten Como la autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos insaturados en

los alimentos causa disminucioacuten en su calidad para retardarla hay que

conocer cada uno de los pasos dentro del proceso 5

(13) (9) -CH=CH=CH=CH=CHshy

-CHCH=CHCH=CHshy -CHCH=CHCtI=CHshyI I

00shy

degt~ VRH

~Rmiddot cHa(CH2)4CHCHC~CtI=CH(CH2nCOOH

I OOH

Figura 2 Autoxidacioacuten del aacutecido linoleico

6

Ijl

En la etapa de iniciacioacuten el radical lipiacutedico Re se forma a partir del

Iiacutepido(RH) usualmente por el ataque de radicales luz calor

irradiaciones o por trazas de metales El radical lipiacutedico formado

reacciona raacutepidamente con oxiacutegeno para dar un radical peroxilo ROOe

el cual ataca otra moleacutecula de liacutepido y sustrae un aacutetomo de hidroacutegeno

para formar un hidroperoacutexido lipiacutedico ROOH y un nuevo radical lipiacutedico

que inicia de nuevo la secuencia de propagacioacuten De esta manera

muchas moleacuteculas de liacutepidos pueden ser oxidadas hasta hidroperoacutexidos

por muchas formas de iniciacioacuten El ciclo de propagacioacuten es interrumpido

por las reacciones de terminacioacuten en las cuales hay consumo de los

radicales Las interacciones biacutemoleculares de radicales libres originan

productos no-radicales muy estables El proceso se resume en la figura 2

ki RH R + Hmiddot (1) INICIACIOacuteN

R + O2 ROO (2) PROPAGACIOacuteN

ROO + RH k3 ROOH + R (3)

R + ROO (4) TERMINACIOacuteN ROO + ROO (5)

R + R (6)

Figura 3 Mecanismo general de oxidacioacuten de liacutepidos

7

La reaccioacuten (3) es raacutepida cuando la energiacutea necesaria para la

sustraccioacuten del H de la moleacutecula del aacutecido graso es menor que la energiacutea

liberada en la formacioacuten del enlace hidroacutegeno-oxiacutegeno del nuevo

hidroperoacutexido

1 REACCIONES DE INICIACiOacuteN

En los modelos usados para estudiar la autoxidacioacuten de liacutepidos se ha

encontrado que existen dos grupos de reacciones que participan en el

proceso de iniciacioacuten En el primer grupo tenemos las reacciones de

iniciacioacuten propiamente dichas pues con ellas se superan las barreras

energeacuteticas que impiden la interaccioacuten de los aacutecidos grasos con el

oxiacutegeno A este grupo de reacciones pertenece la fotooxigenacioacuten los

metales y las hemoproteiacutenas En el segundo grupo se ubica la iniciacioacuten

enzimatica (Iipoxigenasas) 6

11 Fotooxigenacioacuten El oxiacutegeno en su estado fundamental es un

triplete (302 ) y por principios mecanocuaacutenticos estaacute impedido para

reaccionar con los aacutecidos grasos que se encuentran en un estado

singlete C02) para formar otro singlete como los hidroperoacutexidos(reaccioacuten

8

1) La energiacutea de activacioacuten para la oxidacioacuten directa del aacutecido graso es

muy alta (150-270Kjmol) por lo tanto dicha reaccioacuten es poco probable7

RH + 302 gtlt ROOH (1)

El oxiacutegeno en su estado fundamental (302) puede absorber 92 Kjmol y

pasar al estado singlete C02) en el que ambos electrones se encuentran

apareados en el mismo orbital En este caso el oxiacutegeno es un buen

electroacutefilo cuando reacciona con dobles enlace La fotooxigenacioacuten es

potencial izada por sensibilizadores como la clorofila a y b Y la feosfitina a

y b entre otros Estos sensibilizadores son activados por la luz y

reaccionan directamente con el sustrato para formar los radicales libres

que continuacutean con la reaccioacuten y otros que activan el oxiacutegeno de la

siguiente formas

Sen hv Sen (2)

Sen + 30 ------ 102 + Sen (3)2

El oxiacutegeno formado reacciona despueacutes con el aacutecido graso para

propagar la oxidacioacuten

----l ROOH (4)

9

12 Metales pesados Los alimentos lipiacutedicos generalmente

contienen trazas de iones metaacutelicos que pueden proceder del equipo de

refinacioacuten del proceso de hidrogenacioacuten del envase o de los diversos

componentes proteicos como las enzimas Los metales pesados que

incrementan la velocidad de oxidacioacuten de los aacutecidos grasos son aquellos

que poseen dos o maacutes estados de oxidacioacuten y que tienen ademaacutes un

potencial redox intermedio como es el caso del Cu Fe y Mn8

La estabilidad de un alimento depende de la naturaleza del aacutecido graso

y de la concentracioacuten del ion metaacutelico asiacute por ejemplo los aceites de

girasol y de maiacutez que son ricos en aacutecido linoleico deben contener menos

de 003ppm de Fe3+ y 001 ppm de Cu 2+ para una permanencia durante

un tiempo largo en estantes8

Los iones metaacutelicos pueden iniciar la autoxidacioacuten soacutelo cuando hay

presencia de hidroperoacutexidos a los que descomponen en radicales de

acuerdo a las siguientes reacciones

Men+- + RooH ---- RO- + Men +1 + -OH (5)

Oacute Men+l + RooH ROO- + Men+ (6)

10

La velocidad de autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos depende del

contenido de agua en el alimento En los alimentos desecados el ion

metaacutelico reacciona maacutes faacutecilmente con el hidroperoacutexido por que no existe

la capa de hidratacioacuten De tal manera que ha medida que aumenta el

contenido de agua en al alimento desciende la velocidad de

autoxidacioacuten8

13 Hemocompuestos Las hemoproteiacutenas y heminas existen en la

mayoriacutea de los vegetales La hemoglobina mioglobina y el citocromo e

aceleran la autoxidacioacuten de liacutepidos en tejidos animales Tales reacciones

son con frecuencia la causa de los defectos de aroma que se producen

cuando se almacenan pescados aves y productos caacuternicos En los

vegetales las proteiacutenas heminicas maacutes importantes son la peroxidasa y la

catalasa9

Las reacciones de iniciacioacuten de radicales libres promovidas por la

hemoglobina son de la forma

11

14 CATAacuteLISIS ENZIMAacuteTICA ( lipoxidasas o lipoxigenasas)

Las reacciones de las lipoxidasas o lipoxigenasas con los aacutecidos

grasos se diferencia de la autoxidacioacuten por las caracteriacutesticas propias de

la cataacutelisis enzimaacutetica es decir la especificidad del sustrato existencia

de un pH oacuteptimo de reaccioacuten y la temperatura Ademaacutes el proceso es

realmente una oxigenacioacuten en lugar de una oxidacioacuten propiamente dicha

Las lipoxidasas peroxidan especiacuteficamente los aacutecidos grasos con

sistemas pentadienos (1-cis 4-cis) como el aacutecido linoleacutenico y linoleico en

las plantas y el araquidoacutenico en los animales en este caso el aacutecido

oleico no sirve como sustrato oxidable La lipoxigenasa tambieacuten puede

atacar a varios compuestos que tienen dobles enlaces en su estructura

quiacutemica entre los cuales tenemos los pigmentos naturales como el ~shy

caroteno y las clorofilas Su accioacuten decolorante sobre esas estructuras se

ha usado en el blanqueado de harinas de cereales para lo cual se usa la

lipoxigenasa de la harina de soya 10

Las lipoxidasas son metaloproteiacutenas con un ion hierro (11) en el centro

activo La enzima es activada por su producto de oxidacioacuten es decir

cuando el Fe2+ se oxida a Fe3+ La cataacutelisis transcurre asiacute del sustrato

oxidable se extrae un aacutetomo de hidroacutegeno del grupo pentadienilo (1-cis

4-cis) que se oxida a luego a H+ el radical pentadienilo unido a la enzima

12

se transforma luego en un sistema conjugado que reacciona con el

oxiacutegeno El radical peroacutexido formado es reducido por la enzima y por

fijacioacuten de un protoacuten se forma el hidroperoacutexido10 Figura 4

Enz-Fe2+ ~ROOH

+- PRODUCTO Enz-Fe3+

Enz-Fe2+ RshyEnz-Fe~-I ROOshy

Enz-Fe3+ ROOshy

FIGURA 4 INICIACIOacuteN ENZIMAacuteTICA (LIPOXIGENASAS)

Una vez formados los rlidroperoacutexidos se pueden seguir las etapas de

propagacioacuten y terminacioacuten vistas anteriormente Sin embargo en

algunas frutas y verduras existen sistemas enzimaacuteticos que transforman

los hidroperoacutexidos en sustancias volaacutetiles Por ejemplo en el pepino se

forma el 2-trans 6-cis nonadienal que le confiere un olor caracteriacutestico

debido a la accioacuten de una hidroperoacutexido-liasa y una isomerasa En el

13

trigo y el maiacutez se forman los aacutecidos a ylo Y cetograsos por la accioacuten de

algunas liasas La accioacuten de las liacutepoxidasas de la soya y frijoles produce

compuestos volaacutetiles muy similares a pesar de que los hidroperoacutexidos de

donde provienen son diferentes El sabor amargo de la avena se debe a

la formacioacuten enzimaacutetica del aacutecido 9-trans hidroxi 10-cis-11shy

octadienoico10

2 REACCIONES DE PROPAGACiOacuteN Y TERMINACiOacuteN

Los radicales lipiacutedicos formados en las diversas iniciaciones son

especies muy reactivas que pueden sufrir raacutepidamente las reacciones de

propagacioacuten ya sea por abstraccioacuten de hidroacutegeno al reaccionar con una

moleacutecula de aacutecido graso(RH) o por una reaccioacuten con oxigeno en su

estado basal

R- + RH (9)

-- ROO- (10)

ROO- + RH ROOH + iexcl( (11)

La combinacioacuten de dos radicales para que ocurra la terminacioacuten de la

oxidacioacuten es un proceso con una entalpiacutea de activaqioacuten muy baja sin

embargo estaacute limitada por factores de tipo esteacuterico que disminuyen la

14

colisioacuten entre los radicales debido a que estos deben tener una

orientacioacuten adecuada por lo cual se hace poco probable la reaccioacuten

En los productos alimenticios se ha encontrado que las reacciones

laterales son maacutes importantes porque inducen la formacioacuten de

sustancias volaacutetiles como los esteres cetonas aldehiacutedos hidrocarburos

alcoholes aacutecidos orgaacutenicos productos de polimerizacioacuten entre otros los

cuales producen los cambios sensoriales que a la vez determinan la

calidad del alimento En la figura se resume el proceso de oxidacioacuten

grasos polinsaturados y todas sus consecuencias3

RH1ABSTRACCIOacuteN DE H INICIADORES (METALES CALOR LUZ UV)

R RADICALES LIBRES - TERMINACIOacuteN

OXIDACIOacuteN DE PIGMENTOS

RH-J R--- ~

ROOH(H IDROPEROacuteXIDOS)

PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIOacuteN PRODUCTOS DE POL~RIZACIOacuteN cetonas aldehiacutedos aacutecidos colores oscuros

hidrocarburos y compuestos toxicos

Figura 5 esquema general de oxidacioacuten de liacutepidos

15

3 DESCOMPOSICiOacuteN DE HIDROPEROacuteXIDOS

Los hidroperoacutexidos formados en la etapa de propagacioacuten tienen la

capacidad de interaccionar con otras moleacuteculas o de intervenir en

reacciones secundarias generando nuevas sustancias Los

hidroperoacutexidos pueden fragmentarse por rompimientos homoliticos o

heteroliacuteticos (figura) El rompimiento homoliacutetico en posicioacuten ~ produce un

radical alcoxi como intermedio y sufrir posteriormente una unioacuten

carbono-carbono El rompimiento hornoliacutetico en el lado ordf del carbono

aleoxi forma pentano y metil-13-oxo-911 tridecadienoato cuando se usa

inicialmente el 13-hidroperoacutexido del metil linoleato Ademaacutes se puede

formar metil octanoato y 24 decadienal usando el 9-hidroperoxido del

metil linoleato

El rompimiento homoliacutetico Q forma hexanal y metil 9-oxononanoato de

los 13 y 9 hidroperoacutexidos del metil linoleato Los rompimientos

heterol iacutetieos bajo condiciones aacutecidas producen carbocationes

intermedios los cuales rompen selectivamente para formar los mismos

compuestos del rompimiento homoliacutetico Q es decir hexanal y metiacutel 9shy

oxononanoat07

16

OOHOOH

R~~RR

t- HOMOLITICO

0H --- OH

O O

~R R~ R

Pantano Matil octanoato Metil 9-oxo

Metil 13-oxo- + 24 dacadianalHexanal nonanoato 911 t~idacadianoato

HETEROLITICO

H+ R O +~O~R

R ~~R

Haxanal Metil 9-oxononanoato

FIGURA 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos

en la descomposicioacuten de hidroperoxidos

17

3 PREVENCiOacuteN DE LA OXIDACiOacuteN Y EL USO DE

ANTIOXIDANTES

El proceso de oxidacioacuten de liacutepidos ocurre en presencia de cantidades

muy bajas de oxiacutegeno y por esto en la mayoriacutea de los casos los meacutetodos

de conservacioacuten (empaque al vaciacuteo refrigeracioacuten congelaciacuteoacutenetc) si se

usan aisladamente resultan insuficientes para evitarlo Ademaacutes es

antieconoacutemico tratar de eliminar todo el oxiacutegeno presente y en su lugar

se usan operaciones de conservacioacuten combinadas con el uso de

antioxidantes

Los antioxidantes son compuestos capaces de retardar el proceso de

oxidacioacuten extienden asiacute el periacuteodo de oxidacioacuten y por lo tanto su vida

uacutetil Sin embargo nunca mejoran ni regeneran la calidad de un producto

altamente oxidado Los antioxidantes usados en alimentos deben cumplir

algunos requisitos como ser inodoro no impartir color insiacutepido ser

efectivo a bajas concentraciones que sea faacutecil de incorporar que soporte

las condiciones de procesamiento barato estable en el producto

terminado y que no sea toacutexico Seguacuten la USDA los antioxidantes son

sustancias para preservar los alimentos al retardar el deterioro y la

rancidez causada por la oxidacioacuten12

18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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edible oiacutels Structural criteria for activity Food Chem (1983) 1047-55

46 Letan A The relation of structure to antioxidant activity of quercetin

and some of iexclts derivates 11 Secondary ( Metal-complexing) activity J Food

Sciacute (1966) 395-399

47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

i iexcl

53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

phospholipids and amino compound J Am Soco Di

54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

254

56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

133

57 Namiki M Adv Food Res 1988 32115-184

58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

isolated from storage-aged orange juiee J Agrie Food Chem 40 550-52

61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

Page 10: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

s grupo metileacutenico en posicioacuten 11 situado entre los dobles enlaces ( Figura

La autoxidacioacuten de los liacutepidos ocurre fundamentalmente debido a los

aacutecidos grasos insaturados a traveacutes de una serie de reacciones en cadena

de radicales libres que tiene las fases de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten Como la autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos insaturados en

los alimentos causa disminucioacuten en su calidad para retardarla hay que

conocer cada uno de los pasos dentro del proceso 5

(13) (9) -CH=CH=CH=CH=CHshy

-CHCH=CHCH=CHshy -CHCH=CHCtI=CHshyI I

00shy

degt~ VRH

~Rmiddot cHa(CH2)4CHCHC~CtI=CH(CH2nCOOH

I OOH

Figura 2 Autoxidacioacuten del aacutecido linoleico

6

Ijl

En la etapa de iniciacioacuten el radical lipiacutedico Re se forma a partir del

Iiacutepido(RH) usualmente por el ataque de radicales luz calor

irradiaciones o por trazas de metales El radical lipiacutedico formado

reacciona raacutepidamente con oxiacutegeno para dar un radical peroxilo ROOe

el cual ataca otra moleacutecula de liacutepido y sustrae un aacutetomo de hidroacutegeno

para formar un hidroperoacutexido lipiacutedico ROOH y un nuevo radical lipiacutedico

que inicia de nuevo la secuencia de propagacioacuten De esta manera

muchas moleacuteculas de liacutepidos pueden ser oxidadas hasta hidroperoacutexidos

por muchas formas de iniciacioacuten El ciclo de propagacioacuten es interrumpido

por las reacciones de terminacioacuten en las cuales hay consumo de los

radicales Las interacciones biacutemoleculares de radicales libres originan

productos no-radicales muy estables El proceso se resume en la figura 2

ki RH R + Hmiddot (1) INICIACIOacuteN

R + O2 ROO (2) PROPAGACIOacuteN

ROO + RH k3 ROOH + R (3)

R + ROO (4) TERMINACIOacuteN ROO + ROO (5)

R + R (6)

Figura 3 Mecanismo general de oxidacioacuten de liacutepidos

7

La reaccioacuten (3) es raacutepida cuando la energiacutea necesaria para la

sustraccioacuten del H de la moleacutecula del aacutecido graso es menor que la energiacutea

liberada en la formacioacuten del enlace hidroacutegeno-oxiacutegeno del nuevo

hidroperoacutexido

1 REACCIONES DE INICIACiOacuteN

En los modelos usados para estudiar la autoxidacioacuten de liacutepidos se ha

encontrado que existen dos grupos de reacciones que participan en el

proceso de iniciacioacuten En el primer grupo tenemos las reacciones de

iniciacioacuten propiamente dichas pues con ellas se superan las barreras

energeacuteticas que impiden la interaccioacuten de los aacutecidos grasos con el

oxiacutegeno A este grupo de reacciones pertenece la fotooxigenacioacuten los

metales y las hemoproteiacutenas En el segundo grupo se ubica la iniciacioacuten

enzimatica (Iipoxigenasas) 6

11 Fotooxigenacioacuten El oxiacutegeno en su estado fundamental es un

triplete (302 ) y por principios mecanocuaacutenticos estaacute impedido para

reaccionar con los aacutecidos grasos que se encuentran en un estado

singlete C02) para formar otro singlete como los hidroperoacutexidos(reaccioacuten

8

1) La energiacutea de activacioacuten para la oxidacioacuten directa del aacutecido graso es

muy alta (150-270Kjmol) por lo tanto dicha reaccioacuten es poco probable7

RH + 302 gtlt ROOH (1)

El oxiacutegeno en su estado fundamental (302) puede absorber 92 Kjmol y

pasar al estado singlete C02) en el que ambos electrones se encuentran

apareados en el mismo orbital En este caso el oxiacutegeno es un buen

electroacutefilo cuando reacciona con dobles enlace La fotooxigenacioacuten es

potencial izada por sensibilizadores como la clorofila a y b Y la feosfitina a

y b entre otros Estos sensibilizadores son activados por la luz y

reaccionan directamente con el sustrato para formar los radicales libres

que continuacutean con la reaccioacuten y otros que activan el oxiacutegeno de la

siguiente formas

Sen hv Sen (2)

Sen + 30 ------ 102 + Sen (3)2

El oxiacutegeno formado reacciona despueacutes con el aacutecido graso para

propagar la oxidacioacuten

----l ROOH (4)

9

12 Metales pesados Los alimentos lipiacutedicos generalmente

contienen trazas de iones metaacutelicos que pueden proceder del equipo de

refinacioacuten del proceso de hidrogenacioacuten del envase o de los diversos

componentes proteicos como las enzimas Los metales pesados que

incrementan la velocidad de oxidacioacuten de los aacutecidos grasos son aquellos

que poseen dos o maacutes estados de oxidacioacuten y que tienen ademaacutes un

potencial redox intermedio como es el caso del Cu Fe y Mn8

La estabilidad de un alimento depende de la naturaleza del aacutecido graso

y de la concentracioacuten del ion metaacutelico asiacute por ejemplo los aceites de

girasol y de maiacutez que son ricos en aacutecido linoleico deben contener menos

de 003ppm de Fe3+ y 001 ppm de Cu 2+ para una permanencia durante

un tiempo largo en estantes8

Los iones metaacutelicos pueden iniciar la autoxidacioacuten soacutelo cuando hay

presencia de hidroperoacutexidos a los que descomponen en radicales de

acuerdo a las siguientes reacciones

Men+- + RooH ---- RO- + Men +1 + -OH (5)

Oacute Men+l + RooH ROO- + Men+ (6)

10

La velocidad de autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos depende del

contenido de agua en el alimento En los alimentos desecados el ion

metaacutelico reacciona maacutes faacutecilmente con el hidroperoacutexido por que no existe

la capa de hidratacioacuten De tal manera que ha medida que aumenta el

contenido de agua en al alimento desciende la velocidad de

autoxidacioacuten8

13 Hemocompuestos Las hemoproteiacutenas y heminas existen en la

mayoriacutea de los vegetales La hemoglobina mioglobina y el citocromo e

aceleran la autoxidacioacuten de liacutepidos en tejidos animales Tales reacciones

son con frecuencia la causa de los defectos de aroma que se producen

cuando se almacenan pescados aves y productos caacuternicos En los

vegetales las proteiacutenas heminicas maacutes importantes son la peroxidasa y la

catalasa9

Las reacciones de iniciacioacuten de radicales libres promovidas por la

hemoglobina son de la forma

11

14 CATAacuteLISIS ENZIMAacuteTICA ( lipoxidasas o lipoxigenasas)

Las reacciones de las lipoxidasas o lipoxigenasas con los aacutecidos

grasos se diferencia de la autoxidacioacuten por las caracteriacutesticas propias de

la cataacutelisis enzimaacutetica es decir la especificidad del sustrato existencia

de un pH oacuteptimo de reaccioacuten y la temperatura Ademaacutes el proceso es

realmente una oxigenacioacuten en lugar de una oxidacioacuten propiamente dicha

Las lipoxidasas peroxidan especiacuteficamente los aacutecidos grasos con

sistemas pentadienos (1-cis 4-cis) como el aacutecido linoleacutenico y linoleico en

las plantas y el araquidoacutenico en los animales en este caso el aacutecido

oleico no sirve como sustrato oxidable La lipoxigenasa tambieacuten puede

atacar a varios compuestos que tienen dobles enlaces en su estructura

quiacutemica entre los cuales tenemos los pigmentos naturales como el ~shy

caroteno y las clorofilas Su accioacuten decolorante sobre esas estructuras se

ha usado en el blanqueado de harinas de cereales para lo cual se usa la

lipoxigenasa de la harina de soya 10

Las lipoxidasas son metaloproteiacutenas con un ion hierro (11) en el centro

activo La enzima es activada por su producto de oxidacioacuten es decir

cuando el Fe2+ se oxida a Fe3+ La cataacutelisis transcurre asiacute del sustrato

oxidable se extrae un aacutetomo de hidroacutegeno del grupo pentadienilo (1-cis

4-cis) que se oxida a luego a H+ el radical pentadienilo unido a la enzima

12

se transforma luego en un sistema conjugado que reacciona con el

oxiacutegeno El radical peroacutexido formado es reducido por la enzima y por

fijacioacuten de un protoacuten se forma el hidroperoacutexido10 Figura 4

Enz-Fe2+ ~ROOH

+- PRODUCTO Enz-Fe3+

Enz-Fe2+ RshyEnz-Fe~-I ROOshy

Enz-Fe3+ ROOshy

FIGURA 4 INICIACIOacuteN ENZIMAacuteTICA (LIPOXIGENASAS)

Una vez formados los rlidroperoacutexidos se pueden seguir las etapas de

propagacioacuten y terminacioacuten vistas anteriormente Sin embargo en

algunas frutas y verduras existen sistemas enzimaacuteticos que transforman

los hidroperoacutexidos en sustancias volaacutetiles Por ejemplo en el pepino se

forma el 2-trans 6-cis nonadienal que le confiere un olor caracteriacutestico

debido a la accioacuten de una hidroperoacutexido-liasa y una isomerasa En el

13

trigo y el maiacutez se forman los aacutecidos a ylo Y cetograsos por la accioacuten de

algunas liasas La accioacuten de las liacutepoxidasas de la soya y frijoles produce

compuestos volaacutetiles muy similares a pesar de que los hidroperoacutexidos de

donde provienen son diferentes El sabor amargo de la avena se debe a

la formacioacuten enzimaacutetica del aacutecido 9-trans hidroxi 10-cis-11shy

octadienoico10

2 REACCIONES DE PROPAGACiOacuteN Y TERMINACiOacuteN

Los radicales lipiacutedicos formados en las diversas iniciaciones son

especies muy reactivas que pueden sufrir raacutepidamente las reacciones de

propagacioacuten ya sea por abstraccioacuten de hidroacutegeno al reaccionar con una

moleacutecula de aacutecido graso(RH) o por una reaccioacuten con oxigeno en su

estado basal

R- + RH (9)

-- ROO- (10)

ROO- + RH ROOH + iexcl( (11)

La combinacioacuten de dos radicales para que ocurra la terminacioacuten de la

oxidacioacuten es un proceso con una entalpiacutea de activaqioacuten muy baja sin

embargo estaacute limitada por factores de tipo esteacuterico que disminuyen la

14

colisioacuten entre los radicales debido a que estos deben tener una

orientacioacuten adecuada por lo cual se hace poco probable la reaccioacuten

En los productos alimenticios se ha encontrado que las reacciones

laterales son maacutes importantes porque inducen la formacioacuten de

sustancias volaacutetiles como los esteres cetonas aldehiacutedos hidrocarburos

alcoholes aacutecidos orgaacutenicos productos de polimerizacioacuten entre otros los

cuales producen los cambios sensoriales que a la vez determinan la

calidad del alimento En la figura se resume el proceso de oxidacioacuten

grasos polinsaturados y todas sus consecuencias3

RH1ABSTRACCIOacuteN DE H INICIADORES (METALES CALOR LUZ UV)

R RADICALES LIBRES - TERMINACIOacuteN

OXIDACIOacuteN DE PIGMENTOS

RH-J R--- ~

ROOH(H IDROPEROacuteXIDOS)

PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIOacuteN PRODUCTOS DE POL~RIZACIOacuteN cetonas aldehiacutedos aacutecidos colores oscuros

hidrocarburos y compuestos toxicos

Figura 5 esquema general de oxidacioacuten de liacutepidos

15

3 DESCOMPOSICiOacuteN DE HIDROPEROacuteXIDOS

Los hidroperoacutexidos formados en la etapa de propagacioacuten tienen la

capacidad de interaccionar con otras moleacuteculas o de intervenir en

reacciones secundarias generando nuevas sustancias Los

hidroperoacutexidos pueden fragmentarse por rompimientos homoliticos o

heteroliacuteticos (figura) El rompimiento homoliacutetico en posicioacuten ~ produce un

radical alcoxi como intermedio y sufrir posteriormente una unioacuten

carbono-carbono El rompimiento hornoliacutetico en el lado ordf del carbono

aleoxi forma pentano y metil-13-oxo-911 tridecadienoato cuando se usa

inicialmente el 13-hidroperoacutexido del metil linoleato Ademaacutes se puede

formar metil octanoato y 24 decadienal usando el 9-hidroperoxido del

metil linoleato

El rompimiento homoliacutetico Q forma hexanal y metil 9-oxononanoato de

los 13 y 9 hidroperoacutexidos del metil linoleato Los rompimientos

heterol iacutetieos bajo condiciones aacutecidas producen carbocationes

intermedios los cuales rompen selectivamente para formar los mismos

compuestos del rompimiento homoliacutetico Q es decir hexanal y metiacutel 9shy

oxononanoat07

16

OOHOOH

R~~RR

t- HOMOLITICO

0H --- OH

O O

~R R~ R

Pantano Matil octanoato Metil 9-oxo

Metil 13-oxo- + 24 dacadianalHexanal nonanoato 911 t~idacadianoato

HETEROLITICO

H+ R O +~O~R

R ~~R

Haxanal Metil 9-oxononanoato

FIGURA 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos

en la descomposicioacuten de hidroperoxidos

17

3 PREVENCiOacuteN DE LA OXIDACiOacuteN Y EL USO DE

ANTIOXIDANTES

El proceso de oxidacioacuten de liacutepidos ocurre en presencia de cantidades

muy bajas de oxiacutegeno y por esto en la mayoriacutea de los casos los meacutetodos

de conservacioacuten (empaque al vaciacuteo refrigeracioacuten congelaciacuteoacutenetc) si se

usan aisladamente resultan insuficientes para evitarlo Ademaacutes es

antieconoacutemico tratar de eliminar todo el oxiacutegeno presente y en su lugar

se usan operaciones de conservacioacuten combinadas con el uso de

antioxidantes

Los antioxidantes son compuestos capaces de retardar el proceso de

oxidacioacuten extienden asiacute el periacuteodo de oxidacioacuten y por lo tanto su vida

uacutetil Sin embargo nunca mejoran ni regeneran la calidad de un producto

altamente oxidado Los antioxidantes usados en alimentos deben cumplir

algunos requisitos como ser inodoro no impartir color insiacutepido ser

efectivo a bajas concentraciones que sea faacutecil de incorporar que soporte

las condiciones de procesamiento barato estable en el producto

terminado y que no sea toacutexico Seguacuten la USDA los antioxidantes son

sustancias para preservar los alimentos al retardar el deterioro y la

rancidez causada por la oxidacioacuten12

18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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6

Ijl

En la etapa de iniciacioacuten el radical lipiacutedico Re se forma a partir del

Iiacutepido(RH) usualmente por el ataque de radicales luz calor

irradiaciones o por trazas de metales El radical lipiacutedico formado

reacciona raacutepidamente con oxiacutegeno para dar un radical peroxilo ROOe

el cual ataca otra moleacutecula de liacutepido y sustrae un aacutetomo de hidroacutegeno

para formar un hidroperoacutexido lipiacutedico ROOH y un nuevo radical lipiacutedico

que inicia de nuevo la secuencia de propagacioacuten De esta manera

muchas moleacuteculas de liacutepidos pueden ser oxidadas hasta hidroperoacutexidos

por muchas formas de iniciacioacuten El ciclo de propagacioacuten es interrumpido

por las reacciones de terminacioacuten en las cuales hay consumo de los

radicales Las interacciones biacutemoleculares de radicales libres originan

productos no-radicales muy estables El proceso se resume en la figura 2

ki RH R + Hmiddot (1) INICIACIOacuteN

R + O2 ROO (2) PROPAGACIOacuteN

ROO + RH k3 ROOH + R (3)

R + ROO (4) TERMINACIOacuteN ROO + ROO (5)

R + R (6)

Figura 3 Mecanismo general de oxidacioacuten de liacutepidos

7

La reaccioacuten (3) es raacutepida cuando la energiacutea necesaria para la

sustraccioacuten del H de la moleacutecula del aacutecido graso es menor que la energiacutea

liberada en la formacioacuten del enlace hidroacutegeno-oxiacutegeno del nuevo

hidroperoacutexido

1 REACCIONES DE INICIACiOacuteN

En los modelos usados para estudiar la autoxidacioacuten de liacutepidos se ha

encontrado que existen dos grupos de reacciones que participan en el

proceso de iniciacioacuten En el primer grupo tenemos las reacciones de

iniciacioacuten propiamente dichas pues con ellas se superan las barreras

energeacuteticas que impiden la interaccioacuten de los aacutecidos grasos con el

oxiacutegeno A este grupo de reacciones pertenece la fotooxigenacioacuten los

metales y las hemoproteiacutenas En el segundo grupo se ubica la iniciacioacuten

enzimatica (Iipoxigenasas) 6

11 Fotooxigenacioacuten El oxiacutegeno en su estado fundamental es un

triplete (302 ) y por principios mecanocuaacutenticos estaacute impedido para

reaccionar con los aacutecidos grasos que se encuentran en un estado

singlete C02) para formar otro singlete como los hidroperoacutexidos(reaccioacuten

8

1) La energiacutea de activacioacuten para la oxidacioacuten directa del aacutecido graso es

muy alta (150-270Kjmol) por lo tanto dicha reaccioacuten es poco probable7

RH + 302 gtlt ROOH (1)

El oxiacutegeno en su estado fundamental (302) puede absorber 92 Kjmol y

pasar al estado singlete C02) en el que ambos electrones se encuentran

apareados en el mismo orbital En este caso el oxiacutegeno es un buen

electroacutefilo cuando reacciona con dobles enlace La fotooxigenacioacuten es

potencial izada por sensibilizadores como la clorofila a y b Y la feosfitina a

y b entre otros Estos sensibilizadores son activados por la luz y

reaccionan directamente con el sustrato para formar los radicales libres

que continuacutean con la reaccioacuten y otros que activan el oxiacutegeno de la

siguiente formas

Sen hv Sen (2)

Sen + 30 ------ 102 + Sen (3)2

El oxiacutegeno formado reacciona despueacutes con el aacutecido graso para

propagar la oxidacioacuten

----l ROOH (4)

9

12 Metales pesados Los alimentos lipiacutedicos generalmente

contienen trazas de iones metaacutelicos que pueden proceder del equipo de

refinacioacuten del proceso de hidrogenacioacuten del envase o de los diversos

componentes proteicos como las enzimas Los metales pesados que

incrementan la velocidad de oxidacioacuten de los aacutecidos grasos son aquellos

que poseen dos o maacutes estados de oxidacioacuten y que tienen ademaacutes un

potencial redox intermedio como es el caso del Cu Fe y Mn8

La estabilidad de un alimento depende de la naturaleza del aacutecido graso

y de la concentracioacuten del ion metaacutelico asiacute por ejemplo los aceites de

girasol y de maiacutez que son ricos en aacutecido linoleico deben contener menos

de 003ppm de Fe3+ y 001 ppm de Cu 2+ para una permanencia durante

un tiempo largo en estantes8

Los iones metaacutelicos pueden iniciar la autoxidacioacuten soacutelo cuando hay

presencia de hidroperoacutexidos a los que descomponen en radicales de

acuerdo a las siguientes reacciones

Men+- + RooH ---- RO- + Men +1 + -OH (5)

Oacute Men+l + RooH ROO- + Men+ (6)

10

La velocidad de autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos depende del

contenido de agua en el alimento En los alimentos desecados el ion

metaacutelico reacciona maacutes faacutecilmente con el hidroperoacutexido por que no existe

la capa de hidratacioacuten De tal manera que ha medida que aumenta el

contenido de agua en al alimento desciende la velocidad de

autoxidacioacuten8

13 Hemocompuestos Las hemoproteiacutenas y heminas existen en la

mayoriacutea de los vegetales La hemoglobina mioglobina y el citocromo e

aceleran la autoxidacioacuten de liacutepidos en tejidos animales Tales reacciones

son con frecuencia la causa de los defectos de aroma que se producen

cuando se almacenan pescados aves y productos caacuternicos En los

vegetales las proteiacutenas heminicas maacutes importantes son la peroxidasa y la

catalasa9

Las reacciones de iniciacioacuten de radicales libres promovidas por la

hemoglobina son de la forma

11

14 CATAacuteLISIS ENZIMAacuteTICA ( lipoxidasas o lipoxigenasas)

Las reacciones de las lipoxidasas o lipoxigenasas con los aacutecidos

grasos se diferencia de la autoxidacioacuten por las caracteriacutesticas propias de

la cataacutelisis enzimaacutetica es decir la especificidad del sustrato existencia

de un pH oacuteptimo de reaccioacuten y la temperatura Ademaacutes el proceso es

realmente una oxigenacioacuten en lugar de una oxidacioacuten propiamente dicha

Las lipoxidasas peroxidan especiacuteficamente los aacutecidos grasos con

sistemas pentadienos (1-cis 4-cis) como el aacutecido linoleacutenico y linoleico en

las plantas y el araquidoacutenico en los animales en este caso el aacutecido

oleico no sirve como sustrato oxidable La lipoxigenasa tambieacuten puede

atacar a varios compuestos que tienen dobles enlaces en su estructura

quiacutemica entre los cuales tenemos los pigmentos naturales como el ~shy

caroteno y las clorofilas Su accioacuten decolorante sobre esas estructuras se

ha usado en el blanqueado de harinas de cereales para lo cual se usa la

lipoxigenasa de la harina de soya 10

Las lipoxidasas son metaloproteiacutenas con un ion hierro (11) en el centro

activo La enzima es activada por su producto de oxidacioacuten es decir

cuando el Fe2+ se oxida a Fe3+ La cataacutelisis transcurre asiacute del sustrato

oxidable se extrae un aacutetomo de hidroacutegeno del grupo pentadienilo (1-cis

4-cis) que se oxida a luego a H+ el radical pentadienilo unido a la enzima

12

se transforma luego en un sistema conjugado que reacciona con el

oxiacutegeno El radical peroacutexido formado es reducido por la enzima y por

fijacioacuten de un protoacuten se forma el hidroperoacutexido10 Figura 4

Enz-Fe2+ ~ROOH

+- PRODUCTO Enz-Fe3+

Enz-Fe2+ RshyEnz-Fe~-I ROOshy

Enz-Fe3+ ROOshy

FIGURA 4 INICIACIOacuteN ENZIMAacuteTICA (LIPOXIGENASAS)

Una vez formados los rlidroperoacutexidos se pueden seguir las etapas de

propagacioacuten y terminacioacuten vistas anteriormente Sin embargo en

algunas frutas y verduras existen sistemas enzimaacuteticos que transforman

los hidroperoacutexidos en sustancias volaacutetiles Por ejemplo en el pepino se

forma el 2-trans 6-cis nonadienal que le confiere un olor caracteriacutestico

debido a la accioacuten de una hidroperoacutexido-liasa y una isomerasa En el

13

trigo y el maiacutez se forman los aacutecidos a ylo Y cetograsos por la accioacuten de

algunas liasas La accioacuten de las liacutepoxidasas de la soya y frijoles produce

compuestos volaacutetiles muy similares a pesar de que los hidroperoacutexidos de

donde provienen son diferentes El sabor amargo de la avena se debe a

la formacioacuten enzimaacutetica del aacutecido 9-trans hidroxi 10-cis-11shy

octadienoico10

2 REACCIONES DE PROPAGACiOacuteN Y TERMINACiOacuteN

Los radicales lipiacutedicos formados en las diversas iniciaciones son

especies muy reactivas que pueden sufrir raacutepidamente las reacciones de

propagacioacuten ya sea por abstraccioacuten de hidroacutegeno al reaccionar con una

moleacutecula de aacutecido graso(RH) o por una reaccioacuten con oxigeno en su

estado basal

R- + RH (9)

-- ROO- (10)

ROO- + RH ROOH + iexcl( (11)

La combinacioacuten de dos radicales para que ocurra la terminacioacuten de la

oxidacioacuten es un proceso con una entalpiacutea de activaqioacuten muy baja sin

embargo estaacute limitada por factores de tipo esteacuterico que disminuyen la

14

colisioacuten entre los radicales debido a que estos deben tener una

orientacioacuten adecuada por lo cual se hace poco probable la reaccioacuten

En los productos alimenticios se ha encontrado que las reacciones

laterales son maacutes importantes porque inducen la formacioacuten de

sustancias volaacutetiles como los esteres cetonas aldehiacutedos hidrocarburos

alcoholes aacutecidos orgaacutenicos productos de polimerizacioacuten entre otros los

cuales producen los cambios sensoriales que a la vez determinan la

calidad del alimento En la figura se resume el proceso de oxidacioacuten

grasos polinsaturados y todas sus consecuencias3

RH1ABSTRACCIOacuteN DE H INICIADORES (METALES CALOR LUZ UV)

R RADICALES LIBRES - TERMINACIOacuteN

OXIDACIOacuteN DE PIGMENTOS

RH-J R--- ~

ROOH(H IDROPEROacuteXIDOS)

PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIOacuteN PRODUCTOS DE POL~RIZACIOacuteN cetonas aldehiacutedos aacutecidos colores oscuros

hidrocarburos y compuestos toxicos

Figura 5 esquema general de oxidacioacuten de liacutepidos

15

3 DESCOMPOSICiOacuteN DE HIDROPEROacuteXIDOS

Los hidroperoacutexidos formados en la etapa de propagacioacuten tienen la

capacidad de interaccionar con otras moleacuteculas o de intervenir en

reacciones secundarias generando nuevas sustancias Los

hidroperoacutexidos pueden fragmentarse por rompimientos homoliticos o

heteroliacuteticos (figura) El rompimiento homoliacutetico en posicioacuten ~ produce un

radical alcoxi como intermedio y sufrir posteriormente una unioacuten

carbono-carbono El rompimiento hornoliacutetico en el lado ordf del carbono

aleoxi forma pentano y metil-13-oxo-911 tridecadienoato cuando se usa

inicialmente el 13-hidroperoacutexido del metil linoleato Ademaacutes se puede

formar metil octanoato y 24 decadienal usando el 9-hidroperoxido del

metil linoleato

El rompimiento homoliacutetico Q forma hexanal y metil 9-oxononanoato de

los 13 y 9 hidroperoacutexidos del metil linoleato Los rompimientos

heterol iacutetieos bajo condiciones aacutecidas producen carbocationes

intermedios los cuales rompen selectivamente para formar los mismos

compuestos del rompimiento homoliacutetico Q es decir hexanal y metiacutel 9shy

oxononanoat07

16

OOHOOH

R~~RR

t- HOMOLITICO

0H --- OH

O O

~R R~ R

Pantano Matil octanoato Metil 9-oxo

Metil 13-oxo- + 24 dacadianalHexanal nonanoato 911 t~idacadianoato

HETEROLITICO

H+ R O +~O~R

R ~~R

Haxanal Metil 9-oxononanoato

FIGURA 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos

en la descomposicioacuten de hidroperoxidos

17

3 PREVENCiOacuteN DE LA OXIDACiOacuteN Y EL USO DE

ANTIOXIDANTES

El proceso de oxidacioacuten de liacutepidos ocurre en presencia de cantidades

muy bajas de oxiacutegeno y por esto en la mayoriacutea de los casos los meacutetodos

de conservacioacuten (empaque al vaciacuteo refrigeracioacuten congelaciacuteoacutenetc) si se

usan aisladamente resultan insuficientes para evitarlo Ademaacutes es

antieconoacutemico tratar de eliminar todo el oxiacutegeno presente y en su lugar

se usan operaciones de conservacioacuten combinadas con el uso de

antioxidantes

Los antioxidantes son compuestos capaces de retardar el proceso de

oxidacioacuten extienden asiacute el periacuteodo de oxidacioacuten y por lo tanto su vida

uacutetil Sin embargo nunca mejoran ni regeneran la calidad de un producto

altamente oxidado Los antioxidantes usados en alimentos deben cumplir

algunos requisitos como ser inodoro no impartir color insiacutepido ser

efectivo a bajas concentraciones que sea faacutecil de incorporar que soporte

las condiciones de procesamiento barato estable en el producto

terminado y que no sea toacutexico Seguacuten la USDA los antioxidantes son

sustancias para preservar los alimentos al retardar el deterioro y la

rancidez causada por la oxidacioacuten12

18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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Page 12: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

7

La reaccioacuten (3) es raacutepida cuando la energiacutea necesaria para la

sustraccioacuten del H de la moleacutecula del aacutecido graso es menor que la energiacutea

liberada en la formacioacuten del enlace hidroacutegeno-oxiacutegeno del nuevo

hidroperoacutexido

1 REACCIONES DE INICIACiOacuteN

En los modelos usados para estudiar la autoxidacioacuten de liacutepidos se ha

encontrado que existen dos grupos de reacciones que participan en el

proceso de iniciacioacuten En el primer grupo tenemos las reacciones de

iniciacioacuten propiamente dichas pues con ellas se superan las barreras

energeacuteticas que impiden la interaccioacuten de los aacutecidos grasos con el

oxiacutegeno A este grupo de reacciones pertenece la fotooxigenacioacuten los

metales y las hemoproteiacutenas En el segundo grupo se ubica la iniciacioacuten

enzimatica (Iipoxigenasas) 6

11 Fotooxigenacioacuten El oxiacutegeno en su estado fundamental es un

triplete (302 ) y por principios mecanocuaacutenticos estaacute impedido para

reaccionar con los aacutecidos grasos que se encuentran en un estado

singlete C02) para formar otro singlete como los hidroperoacutexidos(reaccioacuten

8

1) La energiacutea de activacioacuten para la oxidacioacuten directa del aacutecido graso es

muy alta (150-270Kjmol) por lo tanto dicha reaccioacuten es poco probable7

RH + 302 gtlt ROOH (1)

El oxiacutegeno en su estado fundamental (302) puede absorber 92 Kjmol y

pasar al estado singlete C02) en el que ambos electrones se encuentran

apareados en el mismo orbital En este caso el oxiacutegeno es un buen

electroacutefilo cuando reacciona con dobles enlace La fotooxigenacioacuten es

potencial izada por sensibilizadores como la clorofila a y b Y la feosfitina a

y b entre otros Estos sensibilizadores son activados por la luz y

reaccionan directamente con el sustrato para formar los radicales libres

que continuacutean con la reaccioacuten y otros que activan el oxiacutegeno de la

siguiente formas

Sen hv Sen (2)

Sen + 30 ------ 102 + Sen (3)2

El oxiacutegeno formado reacciona despueacutes con el aacutecido graso para

propagar la oxidacioacuten

----l ROOH (4)

9

12 Metales pesados Los alimentos lipiacutedicos generalmente

contienen trazas de iones metaacutelicos que pueden proceder del equipo de

refinacioacuten del proceso de hidrogenacioacuten del envase o de los diversos

componentes proteicos como las enzimas Los metales pesados que

incrementan la velocidad de oxidacioacuten de los aacutecidos grasos son aquellos

que poseen dos o maacutes estados de oxidacioacuten y que tienen ademaacutes un

potencial redox intermedio como es el caso del Cu Fe y Mn8

La estabilidad de un alimento depende de la naturaleza del aacutecido graso

y de la concentracioacuten del ion metaacutelico asiacute por ejemplo los aceites de

girasol y de maiacutez que son ricos en aacutecido linoleico deben contener menos

de 003ppm de Fe3+ y 001 ppm de Cu 2+ para una permanencia durante

un tiempo largo en estantes8

Los iones metaacutelicos pueden iniciar la autoxidacioacuten soacutelo cuando hay

presencia de hidroperoacutexidos a los que descomponen en radicales de

acuerdo a las siguientes reacciones

Men+- + RooH ---- RO- + Men +1 + -OH (5)

Oacute Men+l + RooH ROO- + Men+ (6)

10

La velocidad de autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos depende del

contenido de agua en el alimento En los alimentos desecados el ion

metaacutelico reacciona maacutes faacutecilmente con el hidroperoacutexido por que no existe

la capa de hidratacioacuten De tal manera que ha medida que aumenta el

contenido de agua en al alimento desciende la velocidad de

autoxidacioacuten8

13 Hemocompuestos Las hemoproteiacutenas y heminas existen en la

mayoriacutea de los vegetales La hemoglobina mioglobina y el citocromo e

aceleran la autoxidacioacuten de liacutepidos en tejidos animales Tales reacciones

son con frecuencia la causa de los defectos de aroma que se producen

cuando se almacenan pescados aves y productos caacuternicos En los

vegetales las proteiacutenas heminicas maacutes importantes son la peroxidasa y la

catalasa9

Las reacciones de iniciacioacuten de radicales libres promovidas por la

hemoglobina son de la forma

11

14 CATAacuteLISIS ENZIMAacuteTICA ( lipoxidasas o lipoxigenasas)

Las reacciones de las lipoxidasas o lipoxigenasas con los aacutecidos

grasos se diferencia de la autoxidacioacuten por las caracteriacutesticas propias de

la cataacutelisis enzimaacutetica es decir la especificidad del sustrato existencia

de un pH oacuteptimo de reaccioacuten y la temperatura Ademaacutes el proceso es

realmente una oxigenacioacuten en lugar de una oxidacioacuten propiamente dicha

Las lipoxidasas peroxidan especiacuteficamente los aacutecidos grasos con

sistemas pentadienos (1-cis 4-cis) como el aacutecido linoleacutenico y linoleico en

las plantas y el araquidoacutenico en los animales en este caso el aacutecido

oleico no sirve como sustrato oxidable La lipoxigenasa tambieacuten puede

atacar a varios compuestos que tienen dobles enlaces en su estructura

quiacutemica entre los cuales tenemos los pigmentos naturales como el ~shy

caroteno y las clorofilas Su accioacuten decolorante sobre esas estructuras se

ha usado en el blanqueado de harinas de cereales para lo cual se usa la

lipoxigenasa de la harina de soya 10

Las lipoxidasas son metaloproteiacutenas con un ion hierro (11) en el centro

activo La enzima es activada por su producto de oxidacioacuten es decir

cuando el Fe2+ se oxida a Fe3+ La cataacutelisis transcurre asiacute del sustrato

oxidable se extrae un aacutetomo de hidroacutegeno del grupo pentadienilo (1-cis

4-cis) que se oxida a luego a H+ el radical pentadienilo unido a la enzima

12

se transforma luego en un sistema conjugado que reacciona con el

oxiacutegeno El radical peroacutexido formado es reducido por la enzima y por

fijacioacuten de un protoacuten se forma el hidroperoacutexido10 Figura 4

Enz-Fe2+ ~ROOH

+- PRODUCTO Enz-Fe3+

Enz-Fe2+ RshyEnz-Fe~-I ROOshy

Enz-Fe3+ ROOshy

FIGURA 4 INICIACIOacuteN ENZIMAacuteTICA (LIPOXIGENASAS)

Una vez formados los rlidroperoacutexidos se pueden seguir las etapas de

propagacioacuten y terminacioacuten vistas anteriormente Sin embargo en

algunas frutas y verduras existen sistemas enzimaacuteticos que transforman

los hidroperoacutexidos en sustancias volaacutetiles Por ejemplo en el pepino se

forma el 2-trans 6-cis nonadienal que le confiere un olor caracteriacutestico

debido a la accioacuten de una hidroperoacutexido-liasa y una isomerasa En el

13

trigo y el maiacutez se forman los aacutecidos a ylo Y cetograsos por la accioacuten de

algunas liasas La accioacuten de las liacutepoxidasas de la soya y frijoles produce

compuestos volaacutetiles muy similares a pesar de que los hidroperoacutexidos de

donde provienen son diferentes El sabor amargo de la avena se debe a

la formacioacuten enzimaacutetica del aacutecido 9-trans hidroxi 10-cis-11shy

octadienoico10

2 REACCIONES DE PROPAGACiOacuteN Y TERMINACiOacuteN

Los radicales lipiacutedicos formados en las diversas iniciaciones son

especies muy reactivas que pueden sufrir raacutepidamente las reacciones de

propagacioacuten ya sea por abstraccioacuten de hidroacutegeno al reaccionar con una

moleacutecula de aacutecido graso(RH) o por una reaccioacuten con oxigeno en su

estado basal

R- + RH (9)

-- ROO- (10)

ROO- + RH ROOH + iexcl( (11)

La combinacioacuten de dos radicales para que ocurra la terminacioacuten de la

oxidacioacuten es un proceso con una entalpiacutea de activaqioacuten muy baja sin

embargo estaacute limitada por factores de tipo esteacuterico que disminuyen la

14

colisioacuten entre los radicales debido a que estos deben tener una

orientacioacuten adecuada por lo cual se hace poco probable la reaccioacuten

En los productos alimenticios se ha encontrado que las reacciones

laterales son maacutes importantes porque inducen la formacioacuten de

sustancias volaacutetiles como los esteres cetonas aldehiacutedos hidrocarburos

alcoholes aacutecidos orgaacutenicos productos de polimerizacioacuten entre otros los

cuales producen los cambios sensoriales que a la vez determinan la

calidad del alimento En la figura se resume el proceso de oxidacioacuten

grasos polinsaturados y todas sus consecuencias3

RH1ABSTRACCIOacuteN DE H INICIADORES (METALES CALOR LUZ UV)

R RADICALES LIBRES - TERMINACIOacuteN

OXIDACIOacuteN DE PIGMENTOS

RH-J R--- ~

ROOH(H IDROPEROacuteXIDOS)

PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIOacuteN PRODUCTOS DE POL~RIZACIOacuteN cetonas aldehiacutedos aacutecidos colores oscuros

hidrocarburos y compuestos toxicos

Figura 5 esquema general de oxidacioacuten de liacutepidos

15

3 DESCOMPOSICiOacuteN DE HIDROPEROacuteXIDOS

Los hidroperoacutexidos formados en la etapa de propagacioacuten tienen la

capacidad de interaccionar con otras moleacuteculas o de intervenir en

reacciones secundarias generando nuevas sustancias Los

hidroperoacutexidos pueden fragmentarse por rompimientos homoliticos o

heteroliacuteticos (figura) El rompimiento homoliacutetico en posicioacuten ~ produce un

radical alcoxi como intermedio y sufrir posteriormente una unioacuten

carbono-carbono El rompimiento hornoliacutetico en el lado ordf del carbono

aleoxi forma pentano y metil-13-oxo-911 tridecadienoato cuando se usa

inicialmente el 13-hidroperoacutexido del metil linoleato Ademaacutes se puede

formar metil octanoato y 24 decadienal usando el 9-hidroperoxido del

metil linoleato

El rompimiento homoliacutetico Q forma hexanal y metil 9-oxononanoato de

los 13 y 9 hidroperoacutexidos del metil linoleato Los rompimientos

heterol iacutetieos bajo condiciones aacutecidas producen carbocationes

intermedios los cuales rompen selectivamente para formar los mismos

compuestos del rompimiento homoliacutetico Q es decir hexanal y metiacutel 9shy

oxononanoat07

16

OOHOOH

R~~RR

t- HOMOLITICO

0H --- OH

O O

~R R~ R

Pantano Matil octanoato Metil 9-oxo

Metil 13-oxo- + 24 dacadianalHexanal nonanoato 911 t~idacadianoato

HETEROLITICO

H+ R O +~O~R

R ~~R

Haxanal Metil 9-oxononanoato

FIGURA 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos

en la descomposicioacuten de hidroperoxidos

17

3 PREVENCiOacuteN DE LA OXIDACiOacuteN Y EL USO DE

ANTIOXIDANTES

El proceso de oxidacioacuten de liacutepidos ocurre en presencia de cantidades

muy bajas de oxiacutegeno y por esto en la mayoriacutea de los casos los meacutetodos

de conservacioacuten (empaque al vaciacuteo refrigeracioacuten congelaciacuteoacutenetc) si se

usan aisladamente resultan insuficientes para evitarlo Ademaacutes es

antieconoacutemico tratar de eliminar todo el oxiacutegeno presente y en su lugar

se usan operaciones de conservacioacuten combinadas con el uso de

antioxidantes

Los antioxidantes son compuestos capaces de retardar el proceso de

oxidacioacuten extienden asiacute el periacuteodo de oxidacioacuten y por lo tanto su vida

uacutetil Sin embargo nunca mejoran ni regeneran la calidad de un producto

altamente oxidado Los antioxidantes usados en alimentos deben cumplir

algunos requisitos como ser inodoro no impartir color insiacutepido ser

efectivo a bajas concentraciones que sea faacutecil de incorporar que soporte

las condiciones de procesamiento barato estable en el producto

terminado y que no sea toacutexico Seguacuten la USDA los antioxidantes son

sustancias para preservar los alimentos al retardar el deterioro y la

rancidez causada por la oxidacioacuten12

18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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27 Barclay LRC Edwars CD Mukai K Egawa Y and Nishi T

Chaiacuten-Breaking Naphtholic antioxidants Antioxidant activiacuteties of

-

I

50

polyalkylbenzochromenol and 23-Dihydro-5-hydroxy-224shy

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dodecyl sulfate micelles J Org Chem (1995)602739-2744

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i iexcl

53

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Page 13: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

8

1) La energiacutea de activacioacuten para la oxidacioacuten directa del aacutecido graso es

muy alta (150-270Kjmol) por lo tanto dicha reaccioacuten es poco probable7

RH + 302 gtlt ROOH (1)

El oxiacutegeno en su estado fundamental (302) puede absorber 92 Kjmol y

pasar al estado singlete C02) en el que ambos electrones se encuentran

apareados en el mismo orbital En este caso el oxiacutegeno es un buen

electroacutefilo cuando reacciona con dobles enlace La fotooxigenacioacuten es

potencial izada por sensibilizadores como la clorofila a y b Y la feosfitina a

y b entre otros Estos sensibilizadores son activados por la luz y

reaccionan directamente con el sustrato para formar los radicales libres

que continuacutean con la reaccioacuten y otros que activan el oxiacutegeno de la

siguiente formas

Sen hv Sen (2)

Sen + 30 ------ 102 + Sen (3)2

El oxiacutegeno formado reacciona despueacutes con el aacutecido graso para

propagar la oxidacioacuten

----l ROOH (4)

9

12 Metales pesados Los alimentos lipiacutedicos generalmente

contienen trazas de iones metaacutelicos que pueden proceder del equipo de

refinacioacuten del proceso de hidrogenacioacuten del envase o de los diversos

componentes proteicos como las enzimas Los metales pesados que

incrementan la velocidad de oxidacioacuten de los aacutecidos grasos son aquellos

que poseen dos o maacutes estados de oxidacioacuten y que tienen ademaacutes un

potencial redox intermedio como es el caso del Cu Fe y Mn8

La estabilidad de un alimento depende de la naturaleza del aacutecido graso

y de la concentracioacuten del ion metaacutelico asiacute por ejemplo los aceites de

girasol y de maiacutez que son ricos en aacutecido linoleico deben contener menos

de 003ppm de Fe3+ y 001 ppm de Cu 2+ para una permanencia durante

un tiempo largo en estantes8

Los iones metaacutelicos pueden iniciar la autoxidacioacuten soacutelo cuando hay

presencia de hidroperoacutexidos a los que descomponen en radicales de

acuerdo a las siguientes reacciones

Men+- + RooH ---- RO- + Men +1 + -OH (5)

Oacute Men+l + RooH ROO- + Men+ (6)

10

La velocidad de autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos depende del

contenido de agua en el alimento En los alimentos desecados el ion

metaacutelico reacciona maacutes faacutecilmente con el hidroperoacutexido por que no existe

la capa de hidratacioacuten De tal manera que ha medida que aumenta el

contenido de agua en al alimento desciende la velocidad de

autoxidacioacuten8

13 Hemocompuestos Las hemoproteiacutenas y heminas existen en la

mayoriacutea de los vegetales La hemoglobina mioglobina y el citocromo e

aceleran la autoxidacioacuten de liacutepidos en tejidos animales Tales reacciones

son con frecuencia la causa de los defectos de aroma que se producen

cuando se almacenan pescados aves y productos caacuternicos En los

vegetales las proteiacutenas heminicas maacutes importantes son la peroxidasa y la

catalasa9

Las reacciones de iniciacioacuten de radicales libres promovidas por la

hemoglobina son de la forma

11

14 CATAacuteLISIS ENZIMAacuteTICA ( lipoxidasas o lipoxigenasas)

Las reacciones de las lipoxidasas o lipoxigenasas con los aacutecidos

grasos se diferencia de la autoxidacioacuten por las caracteriacutesticas propias de

la cataacutelisis enzimaacutetica es decir la especificidad del sustrato existencia

de un pH oacuteptimo de reaccioacuten y la temperatura Ademaacutes el proceso es

realmente una oxigenacioacuten en lugar de una oxidacioacuten propiamente dicha

Las lipoxidasas peroxidan especiacuteficamente los aacutecidos grasos con

sistemas pentadienos (1-cis 4-cis) como el aacutecido linoleacutenico y linoleico en

las plantas y el araquidoacutenico en los animales en este caso el aacutecido

oleico no sirve como sustrato oxidable La lipoxigenasa tambieacuten puede

atacar a varios compuestos que tienen dobles enlaces en su estructura

quiacutemica entre los cuales tenemos los pigmentos naturales como el ~shy

caroteno y las clorofilas Su accioacuten decolorante sobre esas estructuras se

ha usado en el blanqueado de harinas de cereales para lo cual se usa la

lipoxigenasa de la harina de soya 10

Las lipoxidasas son metaloproteiacutenas con un ion hierro (11) en el centro

activo La enzima es activada por su producto de oxidacioacuten es decir

cuando el Fe2+ se oxida a Fe3+ La cataacutelisis transcurre asiacute del sustrato

oxidable se extrae un aacutetomo de hidroacutegeno del grupo pentadienilo (1-cis

4-cis) que se oxida a luego a H+ el radical pentadienilo unido a la enzima

12

se transforma luego en un sistema conjugado que reacciona con el

oxiacutegeno El radical peroacutexido formado es reducido por la enzima y por

fijacioacuten de un protoacuten se forma el hidroperoacutexido10 Figura 4

Enz-Fe2+ ~ROOH

+- PRODUCTO Enz-Fe3+

Enz-Fe2+ RshyEnz-Fe~-I ROOshy

Enz-Fe3+ ROOshy

FIGURA 4 INICIACIOacuteN ENZIMAacuteTICA (LIPOXIGENASAS)

Una vez formados los rlidroperoacutexidos se pueden seguir las etapas de

propagacioacuten y terminacioacuten vistas anteriormente Sin embargo en

algunas frutas y verduras existen sistemas enzimaacuteticos que transforman

los hidroperoacutexidos en sustancias volaacutetiles Por ejemplo en el pepino se

forma el 2-trans 6-cis nonadienal que le confiere un olor caracteriacutestico

debido a la accioacuten de una hidroperoacutexido-liasa y una isomerasa En el

13

trigo y el maiacutez se forman los aacutecidos a ylo Y cetograsos por la accioacuten de

algunas liasas La accioacuten de las liacutepoxidasas de la soya y frijoles produce

compuestos volaacutetiles muy similares a pesar de que los hidroperoacutexidos de

donde provienen son diferentes El sabor amargo de la avena se debe a

la formacioacuten enzimaacutetica del aacutecido 9-trans hidroxi 10-cis-11shy

octadienoico10

2 REACCIONES DE PROPAGACiOacuteN Y TERMINACiOacuteN

Los radicales lipiacutedicos formados en las diversas iniciaciones son

especies muy reactivas que pueden sufrir raacutepidamente las reacciones de

propagacioacuten ya sea por abstraccioacuten de hidroacutegeno al reaccionar con una

moleacutecula de aacutecido graso(RH) o por una reaccioacuten con oxigeno en su

estado basal

R- + RH (9)

-- ROO- (10)

ROO- + RH ROOH + iexcl( (11)

La combinacioacuten de dos radicales para que ocurra la terminacioacuten de la

oxidacioacuten es un proceso con una entalpiacutea de activaqioacuten muy baja sin

embargo estaacute limitada por factores de tipo esteacuterico que disminuyen la

14

colisioacuten entre los radicales debido a que estos deben tener una

orientacioacuten adecuada por lo cual se hace poco probable la reaccioacuten

En los productos alimenticios se ha encontrado que las reacciones

laterales son maacutes importantes porque inducen la formacioacuten de

sustancias volaacutetiles como los esteres cetonas aldehiacutedos hidrocarburos

alcoholes aacutecidos orgaacutenicos productos de polimerizacioacuten entre otros los

cuales producen los cambios sensoriales que a la vez determinan la

calidad del alimento En la figura se resume el proceso de oxidacioacuten

grasos polinsaturados y todas sus consecuencias3

RH1ABSTRACCIOacuteN DE H INICIADORES (METALES CALOR LUZ UV)

R RADICALES LIBRES - TERMINACIOacuteN

OXIDACIOacuteN DE PIGMENTOS

RH-J R--- ~

ROOH(H IDROPEROacuteXIDOS)

PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIOacuteN PRODUCTOS DE POL~RIZACIOacuteN cetonas aldehiacutedos aacutecidos colores oscuros

hidrocarburos y compuestos toxicos

Figura 5 esquema general de oxidacioacuten de liacutepidos

15

3 DESCOMPOSICiOacuteN DE HIDROPEROacuteXIDOS

Los hidroperoacutexidos formados en la etapa de propagacioacuten tienen la

capacidad de interaccionar con otras moleacuteculas o de intervenir en

reacciones secundarias generando nuevas sustancias Los

hidroperoacutexidos pueden fragmentarse por rompimientos homoliticos o

heteroliacuteticos (figura) El rompimiento homoliacutetico en posicioacuten ~ produce un

radical alcoxi como intermedio y sufrir posteriormente una unioacuten

carbono-carbono El rompimiento hornoliacutetico en el lado ordf del carbono

aleoxi forma pentano y metil-13-oxo-911 tridecadienoato cuando se usa

inicialmente el 13-hidroperoacutexido del metil linoleato Ademaacutes se puede

formar metil octanoato y 24 decadienal usando el 9-hidroperoxido del

metil linoleato

El rompimiento homoliacutetico Q forma hexanal y metil 9-oxononanoato de

los 13 y 9 hidroperoacutexidos del metil linoleato Los rompimientos

heterol iacutetieos bajo condiciones aacutecidas producen carbocationes

intermedios los cuales rompen selectivamente para formar los mismos

compuestos del rompimiento homoliacutetico Q es decir hexanal y metiacutel 9shy

oxononanoat07

16

OOHOOH

R~~RR

t- HOMOLITICO

0H --- OH

O O

~R R~ R

Pantano Matil octanoato Metil 9-oxo

Metil 13-oxo- + 24 dacadianalHexanal nonanoato 911 t~idacadianoato

HETEROLITICO

H+ R O +~O~R

R ~~R

Haxanal Metil 9-oxononanoato

FIGURA 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos

en la descomposicioacuten de hidroperoxidos

17

3 PREVENCiOacuteN DE LA OXIDACiOacuteN Y EL USO DE

ANTIOXIDANTES

El proceso de oxidacioacuten de liacutepidos ocurre en presencia de cantidades

muy bajas de oxiacutegeno y por esto en la mayoriacutea de los casos los meacutetodos

de conservacioacuten (empaque al vaciacuteo refrigeracioacuten congelaciacuteoacutenetc) si se

usan aisladamente resultan insuficientes para evitarlo Ademaacutes es

antieconoacutemico tratar de eliminar todo el oxiacutegeno presente y en su lugar

se usan operaciones de conservacioacuten combinadas con el uso de

antioxidantes

Los antioxidantes son compuestos capaces de retardar el proceso de

oxidacioacuten extienden asiacute el periacuteodo de oxidacioacuten y por lo tanto su vida

uacutetil Sin embargo nunca mejoran ni regeneran la calidad de un producto

altamente oxidado Los antioxidantes usados en alimentos deben cumplir

algunos requisitos como ser inodoro no impartir color insiacutepido ser

efectivo a bajas concentraciones que sea faacutecil de incorporar que soporte

las condiciones de procesamiento barato estable en el producto

terminado y que no sea toacutexico Seguacuten la USDA los antioxidantes son

sustancias para preservar los alimentos al retardar el deterioro y la

rancidez causada por la oxidacioacuten12

18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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9

12 Metales pesados Los alimentos lipiacutedicos generalmente

contienen trazas de iones metaacutelicos que pueden proceder del equipo de

refinacioacuten del proceso de hidrogenacioacuten del envase o de los diversos

componentes proteicos como las enzimas Los metales pesados que

incrementan la velocidad de oxidacioacuten de los aacutecidos grasos son aquellos

que poseen dos o maacutes estados de oxidacioacuten y que tienen ademaacutes un

potencial redox intermedio como es el caso del Cu Fe y Mn8

La estabilidad de un alimento depende de la naturaleza del aacutecido graso

y de la concentracioacuten del ion metaacutelico asiacute por ejemplo los aceites de

girasol y de maiacutez que son ricos en aacutecido linoleico deben contener menos

de 003ppm de Fe3+ y 001 ppm de Cu 2+ para una permanencia durante

un tiempo largo en estantes8

Los iones metaacutelicos pueden iniciar la autoxidacioacuten soacutelo cuando hay

presencia de hidroperoacutexidos a los que descomponen en radicales de

acuerdo a las siguientes reacciones

Men+- + RooH ---- RO- + Men +1 + -OH (5)

Oacute Men+l + RooH ROO- + Men+ (6)

10

La velocidad de autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos depende del

contenido de agua en el alimento En los alimentos desecados el ion

metaacutelico reacciona maacutes faacutecilmente con el hidroperoacutexido por que no existe

la capa de hidratacioacuten De tal manera que ha medida que aumenta el

contenido de agua en al alimento desciende la velocidad de

autoxidacioacuten8

13 Hemocompuestos Las hemoproteiacutenas y heminas existen en la

mayoriacutea de los vegetales La hemoglobina mioglobina y el citocromo e

aceleran la autoxidacioacuten de liacutepidos en tejidos animales Tales reacciones

son con frecuencia la causa de los defectos de aroma que se producen

cuando se almacenan pescados aves y productos caacuternicos En los

vegetales las proteiacutenas heminicas maacutes importantes son la peroxidasa y la

catalasa9

Las reacciones de iniciacioacuten de radicales libres promovidas por la

hemoglobina son de la forma

11

14 CATAacuteLISIS ENZIMAacuteTICA ( lipoxidasas o lipoxigenasas)

Las reacciones de las lipoxidasas o lipoxigenasas con los aacutecidos

grasos se diferencia de la autoxidacioacuten por las caracteriacutesticas propias de

la cataacutelisis enzimaacutetica es decir la especificidad del sustrato existencia

de un pH oacuteptimo de reaccioacuten y la temperatura Ademaacutes el proceso es

realmente una oxigenacioacuten en lugar de una oxidacioacuten propiamente dicha

Las lipoxidasas peroxidan especiacuteficamente los aacutecidos grasos con

sistemas pentadienos (1-cis 4-cis) como el aacutecido linoleacutenico y linoleico en

las plantas y el araquidoacutenico en los animales en este caso el aacutecido

oleico no sirve como sustrato oxidable La lipoxigenasa tambieacuten puede

atacar a varios compuestos que tienen dobles enlaces en su estructura

quiacutemica entre los cuales tenemos los pigmentos naturales como el ~shy

caroteno y las clorofilas Su accioacuten decolorante sobre esas estructuras se

ha usado en el blanqueado de harinas de cereales para lo cual se usa la

lipoxigenasa de la harina de soya 10

Las lipoxidasas son metaloproteiacutenas con un ion hierro (11) en el centro

activo La enzima es activada por su producto de oxidacioacuten es decir

cuando el Fe2+ se oxida a Fe3+ La cataacutelisis transcurre asiacute del sustrato

oxidable se extrae un aacutetomo de hidroacutegeno del grupo pentadienilo (1-cis

4-cis) que se oxida a luego a H+ el radical pentadienilo unido a la enzima

12

se transforma luego en un sistema conjugado que reacciona con el

oxiacutegeno El radical peroacutexido formado es reducido por la enzima y por

fijacioacuten de un protoacuten se forma el hidroperoacutexido10 Figura 4

Enz-Fe2+ ~ROOH

+- PRODUCTO Enz-Fe3+

Enz-Fe2+ RshyEnz-Fe~-I ROOshy

Enz-Fe3+ ROOshy

FIGURA 4 INICIACIOacuteN ENZIMAacuteTICA (LIPOXIGENASAS)

Una vez formados los rlidroperoacutexidos se pueden seguir las etapas de

propagacioacuten y terminacioacuten vistas anteriormente Sin embargo en

algunas frutas y verduras existen sistemas enzimaacuteticos que transforman

los hidroperoacutexidos en sustancias volaacutetiles Por ejemplo en el pepino se

forma el 2-trans 6-cis nonadienal que le confiere un olor caracteriacutestico

debido a la accioacuten de una hidroperoacutexido-liasa y una isomerasa En el

13

trigo y el maiacutez se forman los aacutecidos a ylo Y cetograsos por la accioacuten de

algunas liasas La accioacuten de las liacutepoxidasas de la soya y frijoles produce

compuestos volaacutetiles muy similares a pesar de que los hidroperoacutexidos de

donde provienen son diferentes El sabor amargo de la avena se debe a

la formacioacuten enzimaacutetica del aacutecido 9-trans hidroxi 10-cis-11shy

octadienoico10

2 REACCIONES DE PROPAGACiOacuteN Y TERMINACiOacuteN

Los radicales lipiacutedicos formados en las diversas iniciaciones son

especies muy reactivas que pueden sufrir raacutepidamente las reacciones de

propagacioacuten ya sea por abstraccioacuten de hidroacutegeno al reaccionar con una

moleacutecula de aacutecido graso(RH) o por una reaccioacuten con oxigeno en su

estado basal

R- + RH (9)

-- ROO- (10)

ROO- + RH ROOH + iexcl( (11)

La combinacioacuten de dos radicales para que ocurra la terminacioacuten de la

oxidacioacuten es un proceso con una entalpiacutea de activaqioacuten muy baja sin

embargo estaacute limitada por factores de tipo esteacuterico que disminuyen la

14

colisioacuten entre los radicales debido a que estos deben tener una

orientacioacuten adecuada por lo cual se hace poco probable la reaccioacuten

En los productos alimenticios se ha encontrado que las reacciones

laterales son maacutes importantes porque inducen la formacioacuten de

sustancias volaacutetiles como los esteres cetonas aldehiacutedos hidrocarburos

alcoholes aacutecidos orgaacutenicos productos de polimerizacioacuten entre otros los

cuales producen los cambios sensoriales que a la vez determinan la

calidad del alimento En la figura se resume el proceso de oxidacioacuten

grasos polinsaturados y todas sus consecuencias3

RH1ABSTRACCIOacuteN DE H INICIADORES (METALES CALOR LUZ UV)

R RADICALES LIBRES - TERMINACIOacuteN

OXIDACIOacuteN DE PIGMENTOS

RH-J R--- ~

ROOH(H IDROPEROacuteXIDOS)

PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIOacuteN PRODUCTOS DE POL~RIZACIOacuteN cetonas aldehiacutedos aacutecidos colores oscuros

hidrocarburos y compuestos toxicos

Figura 5 esquema general de oxidacioacuten de liacutepidos

15

3 DESCOMPOSICiOacuteN DE HIDROPEROacuteXIDOS

Los hidroperoacutexidos formados en la etapa de propagacioacuten tienen la

capacidad de interaccionar con otras moleacuteculas o de intervenir en

reacciones secundarias generando nuevas sustancias Los

hidroperoacutexidos pueden fragmentarse por rompimientos homoliticos o

heteroliacuteticos (figura) El rompimiento homoliacutetico en posicioacuten ~ produce un

radical alcoxi como intermedio y sufrir posteriormente una unioacuten

carbono-carbono El rompimiento hornoliacutetico en el lado ordf del carbono

aleoxi forma pentano y metil-13-oxo-911 tridecadienoato cuando se usa

inicialmente el 13-hidroperoacutexido del metil linoleato Ademaacutes se puede

formar metil octanoato y 24 decadienal usando el 9-hidroperoxido del

metil linoleato

El rompimiento homoliacutetico Q forma hexanal y metil 9-oxononanoato de

los 13 y 9 hidroperoacutexidos del metil linoleato Los rompimientos

heterol iacutetieos bajo condiciones aacutecidas producen carbocationes

intermedios los cuales rompen selectivamente para formar los mismos

compuestos del rompimiento homoliacutetico Q es decir hexanal y metiacutel 9shy

oxononanoat07

16

OOHOOH

R~~RR

t- HOMOLITICO

0H --- OH

O O

~R R~ R

Pantano Matil octanoato Metil 9-oxo

Metil 13-oxo- + 24 dacadianalHexanal nonanoato 911 t~idacadianoato

HETEROLITICO

H+ R O +~O~R

R ~~R

Haxanal Metil 9-oxononanoato

FIGURA 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos

en la descomposicioacuten de hidroperoxidos

17

3 PREVENCiOacuteN DE LA OXIDACiOacuteN Y EL USO DE

ANTIOXIDANTES

El proceso de oxidacioacuten de liacutepidos ocurre en presencia de cantidades

muy bajas de oxiacutegeno y por esto en la mayoriacutea de los casos los meacutetodos

de conservacioacuten (empaque al vaciacuteo refrigeracioacuten congelaciacuteoacutenetc) si se

usan aisladamente resultan insuficientes para evitarlo Ademaacutes es

antieconoacutemico tratar de eliminar todo el oxiacutegeno presente y en su lugar

se usan operaciones de conservacioacuten combinadas con el uso de

antioxidantes

Los antioxidantes son compuestos capaces de retardar el proceso de

oxidacioacuten extienden asiacute el periacuteodo de oxidacioacuten y por lo tanto su vida

uacutetil Sin embargo nunca mejoran ni regeneran la calidad de un producto

altamente oxidado Los antioxidantes usados en alimentos deben cumplir

algunos requisitos como ser inodoro no impartir color insiacutepido ser

efectivo a bajas concentraciones que sea faacutecil de incorporar que soporte

las condiciones de procesamiento barato estable en el producto

terminado y que no sea toacutexico Seguacuten la USDA los antioxidantes son

sustancias para preservar los alimentos al retardar el deterioro y la

rancidez causada por la oxidacioacuten12

18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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10

La velocidad de autoxidacioacuten de los aacutecidos grasos depende del

contenido de agua en el alimento En los alimentos desecados el ion

metaacutelico reacciona maacutes faacutecilmente con el hidroperoacutexido por que no existe

la capa de hidratacioacuten De tal manera que ha medida que aumenta el

contenido de agua en al alimento desciende la velocidad de

autoxidacioacuten8

13 Hemocompuestos Las hemoproteiacutenas y heminas existen en la

mayoriacutea de los vegetales La hemoglobina mioglobina y el citocromo e

aceleran la autoxidacioacuten de liacutepidos en tejidos animales Tales reacciones

son con frecuencia la causa de los defectos de aroma que se producen

cuando se almacenan pescados aves y productos caacuternicos En los

vegetales las proteiacutenas heminicas maacutes importantes son la peroxidasa y la

catalasa9

Las reacciones de iniciacioacuten de radicales libres promovidas por la

hemoglobina son de la forma

11

14 CATAacuteLISIS ENZIMAacuteTICA ( lipoxidasas o lipoxigenasas)

Las reacciones de las lipoxidasas o lipoxigenasas con los aacutecidos

grasos se diferencia de la autoxidacioacuten por las caracteriacutesticas propias de

la cataacutelisis enzimaacutetica es decir la especificidad del sustrato existencia

de un pH oacuteptimo de reaccioacuten y la temperatura Ademaacutes el proceso es

realmente una oxigenacioacuten en lugar de una oxidacioacuten propiamente dicha

Las lipoxidasas peroxidan especiacuteficamente los aacutecidos grasos con

sistemas pentadienos (1-cis 4-cis) como el aacutecido linoleacutenico y linoleico en

las plantas y el araquidoacutenico en los animales en este caso el aacutecido

oleico no sirve como sustrato oxidable La lipoxigenasa tambieacuten puede

atacar a varios compuestos que tienen dobles enlaces en su estructura

quiacutemica entre los cuales tenemos los pigmentos naturales como el ~shy

caroteno y las clorofilas Su accioacuten decolorante sobre esas estructuras se

ha usado en el blanqueado de harinas de cereales para lo cual se usa la

lipoxigenasa de la harina de soya 10

Las lipoxidasas son metaloproteiacutenas con un ion hierro (11) en el centro

activo La enzima es activada por su producto de oxidacioacuten es decir

cuando el Fe2+ se oxida a Fe3+ La cataacutelisis transcurre asiacute del sustrato

oxidable se extrae un aacutetomo de hidroacutegeno del grupo pentadienilo (1-cis

4-cis) que se oxida a luego a H+ el radical pentadienilo unido a la enzima

12

se transforma luego en un sistema conjugado que reacciona con el

oxiacutegeno El radical peroacutexido formado es reducido por la enzima y por

fijacioacuten de un protoacuten se forma el hidroperoacutexido10 Figura 4

Enz-Fe2+ ~ROOH

+- PRODUCTO Enz-Fe3+

Enz-Fe2+ RshyEnz-Fe~-I ROOshy

Enz-Fe3+ ROOshy

FIGURA 4 INICIACIOacuteN ENZIMAacuteTICA (LIPOXIGENASAS)

Una vez formados los rlidroperoacutexidos se pueden seguir las etapas de

propagacioacuten y terminacioacuten vistas anteriormente Sin embargo en

algunas frutas y verduras existen sistemas enzimaacuteticos que transforman

los hidroperoacutexidos en sustancias volaacutetiles Por ejemplo en el pepino se

forma el 2-trans 6-cis nonadienal que le confiere un olor caracteriacutestico

debido a la accioacuten de una hidroperoacutexido-liasa y una isomerasa En el

13

trigo y el maiacutez se forman los aacutecidos a ylo Y cetograsos por la accioacuten de

algunas liasas La accioacuten de las liacutepoxidasas de la soya y frijoles produce

compuestos volaacutetiles muy similares a pesar de que los hidroperoacutexidos de

donde provienen son diferentes El sabor amargo de la avena se debe a

la formacioacuten enzimaacutetica del aacutecido 9-trans hidroxi 10-cis-11shy

octadienoico10

2 REACCIONES DE PROPAGACiOacuteN Y TERMINACiOacuteN

Los radicales lipiacutedicos formados en las diversas iniciaciones son

especies muy reactivas que pueden sufrir raacutepidamente las reacciones de

propagacioacuten ya sea por abstraccioacuten de hidroacutegeno al reaccionar con una

moleacutecula de aacutecido graso(RH) o por una reaccioacuten con oxigeno en su

estado basal

R- + RH (9)

-- ROO- (10)

ROO- + RH ROOH + iexcl( (11)

La combinacioacuten de dos radicales para que ocurra la terminacioacuten de la

oxidacioacuten es un proceso con una entalpiacutea de activaqioacuten muy baja sin

embargo estaacute limitada por factores de tipo esteacuterico que disminuyen la

14

colisioacuten entre los radicales debido a que estos deben tener una

orientacioacuten adecuada por lo cual se hace poco probable la reaccioacuten

En los productos alimenticios se ha encontrado que las reacciones

laterales son maacutes importantes porque inducen la formacioacuten de

sustancias volaacutetiles como los esteres cetonas aldehiacutedos hidrocarburos

alcoholes aacutecidos orgaacutenicos productos de polimerizacioacuten entre otros los

cuales producen los cambios sensoriales que a la vez determinan la

calidad del alimento En la figura se resume el proceso de oxidacioacuten

grasos polinsaturados y todas sus consecuencias3

RH1ABSTRACCIOacuteN DE H INICIADORES (METALES CALOR LUZ UV)

R RADICALES LIBRES - TERMINACIOacuteN

OXIDACIOacuteN DE PIGMENTOS

RH-J R--- ~

ROOH(H IDROPEROacuteXIDOS)

PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIOacuteN PRODUCTOS DE POL~RIZACIOacuteN cetonas aldehiacutedos aacutecidos colores oscuros

hidrocarburos y compuestos toxicos

Figura 5 esquema general de oxidacioacuten de liacutepidos

15

3 DESCOMPOSICiOacuteN DE HIDROPEROacuteXIDOS

Los hidroperoacutexidos formados en la etapa de propagacioacuten tienen la

capacidad de interaccionar con otras moleacuteculas o de intervenir en

reacciones secundarias generando nuevas sustancias Los

hidroperoacutexidos pueden fragmentarse por rompimientos homoliticos o

heteroliacuteticos (figura) El rompimiento homoliacutetico en posicioacuten ~ produce un

radical alcoxi como intermedio y sufrir posteriormente una unioacuten

carbono-carbono El rompimiento hornoliacutetico en el lado ordf del carbono

aleoxi forma pentano y metil-13-oxo-911 tridecadienoato cuando se usa

inicialmente el 13-hidroperoacutexido del metil linoleato Ademaacutes se puede

formar metil octanoato y 24 decadienal usando el 9-hidroperoxido del

metil linoleato

El rompimiento homoliacutetico Q forma hexanal y metil 9-oxononanoato de

los 13 y 9 hidroperoacutexidos del metil linoleato Los rompimientos

heterol iacutetieos bajo condiciones aacutecidas producen carbocationes

intermedios los cuales rompen selectivamente para formar los mismos

compuestos del rompimiento homoliacutetico Q es decir hexanal y metiacutel 9shy

oxononanoat07

16

OOHOOH

R~~RR

t- HOMOLITICO

0H --- OH

O O

~R R~ R

Pantano Matil octanoato Metil 9-oxo

Metil 13-oxo- + 24 dacadianalHexanal nonanoato 911 t~idacadianoato

HETEROLITICO

H+ R O +~O~R

R ~~R

Haxanal Metil 9-oxononanoato

FIGURA 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos

en la descomposicioacuten de hidroperoxidos

17

3 PREVENCiOacuteN DE LA OXIDACiOacuteN Y EL USO DE

ANTIOXIDANTES

El proceso de oxidacioacuten de liacutepidos ocurre en presencia de cantidades

muy bajas de oxiacutegeno y por esto en la mayoriacutea de los casos los meacutetodos

de conservacioacuten (empaque al vaciacuteo refrigeracioacuten congelaciacuteoacutenetc) si se

usan aisladamente resultan insuficientes para evitarlo Ademaacutes es

antieconoacutemico tratar de eliminar todo el oxiacutegeno presente y en su lugar

se usan operaciones de conservacioacuten combinadas con el uso de

antioxidantes

Los antioxidantes son compuestos capaces de retardar el proceso de

oxidacioacuten extienden asiacute el periacuteodo de oxidacioacuten y por lo tanto su vida

uacutetil Sin embargo nunca mejoran ni regeneran la calidad de un producto

altamente oxidado Los antioxidantes usados en alimentos deben cumplir

algunos requisitos como ser inodoro no impartir color insiacutepido ser

efectivo a bajas concentraciones que sea faacutecil de incorporar que soporte

las condiciones de procesamiento barato estable en el producto

terminado y que no sea toacutexico Seguacuten la USDA los antioxidantes son

sustancias para preservar los alimentos al retardar el deterioro y la

rancidez causada por la oxidacioacuten12

18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

isolated from storage-aged orange juiee J Agrie Food Chem 40 550-52

61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

Page 16: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

11

14 CATAacuteLISIS ENZIMAacuteTICA ( lipoxidasas o lipoxigenasas)

Las reacciones de las lipoxidasas o lipoxigenasas con los aacutecidos

grasos se diferencia de la autoxidacioacuten por las caracteriacutesticas propias de

la cataacutelisis enzimaacutetica es decir la especificidad del sustrato existencia

de un pH oacuteptimo de reaccioacuten y la temperatura Ademaacutes el proceso es

realmente una oxigenacioacuten en lugar de una oxidacioacuten propiamente dicha

Las lipoxidasas peroxidan especiacuteficamente los aacutecidos grasos con

sistemas pentadienos (1-cis 4-cis) como el aacutecido linoleacutenico y linoleico en

las plantas y el araquidoacutenico en los animales en este caso el aacutecido

oleico no sirve como sustrato oxidable La lipoxigenasa tambieacuten puede

atacar a varios compuestos que tienen dobles enlaces en su estructura

quiacutemica entre los cuales tenemos los pigmentos naturales como el ~shy

caroteno y las clorofilas Su accioacuten decolorante sobre esas estructuras se

ha usado en el blanqueado de harinas de cereales para lo cual se usa la

lipoxigenasa de la harina de soya 10

Las lipoxidasas son metaloproteiacutenas con un ion hierro (11) en el centro

activo La enzima es activada por su producto de oxidacioacuten es decir

cuando el Fe2+ se oxida a Fe3+ La cataacutelisis transcurre asiacute del sustrato

oxidable se extrae un aacutetomo de hidroacutegeno del grupo pentadienilo (1-cis

4-cis) que se oxida a luego a H+ el radical pentadienilo unido a la enzima

12

se transforma luego en un sistema conjugado que reacciona con el

oxiacutegeno El radical peroacutexido formado es reducido por la enzima y por

fijacioacuten de un protoacuten se forma el hidroperoacutexido10 Figura 4

Enz-Fe2+ ~ROOH

+- PRODUCTO Enz-Fe3+

Enz-Fe2+ RshyEnz-Fe~-I ROOshy

Enz-Fe3+ ROOshy

FIGURA 4 INICIACIOacuteN ENZIMAacuteTICA (LIPOXIGENASAS)

Una vez formados los rlidroperoacutexidos se pueden seguir las etapas de

propagacioacuten y terminacioacuten vistas anteriormente Sin embargo en

algunas frutas y verduras existen sistemas enzimaacuteticos que transforman

los hidroperoacutexidos en sustancias volaacutetiles Por ejemplo en el pepino se

forma el 2-trans 6-cis nonadienal que le confiere un olor caracteriacutestico

debido a la accioacuten de una hidroperoacutexido-liasa y una isomerasa En el

13

trigo y el maiacutez se forman los aacutecidos a ylo Y cetograsos por la accioacuten de

algunas liasas La accioacuten de las liacutepoxidasas de la soya y frijoles produce

compuestos volaacutetiles muy similares a pesar de que los hidroperoacutexidos de

donde provienen son diferentes El sabor amargo de la avena se debe a

la formacioacuten enzimaacutetica del aacutecido 9-trans hidroxi 10-cis-11shy

octadienoico10

2 REACCIONES DE PROPAGACiOacuteN Y TERMINACiOacuteN

Los radicales lipiacutedicos formados en las diversas iniciaciones son

especies muy reactivas que pueden sufrir raacutepidamente las reacciones de

propagacioacuten ya sea por abstraccioacuten de hidroacutegeno al reaccionar con una

moleacutecula de aacutecido graso(RH) o por una reaccioacuten con oxigeno en su

estado basal

R- + RH (9)

-- ROO- (10)

ROO- + RH ROOH + iexcl( (11)

La combinacioacuten de dos radicales para que ocurra la terminacioacuten de la

oxidacioacuten es un proceso con una entalpiacutea de activaqioacuten muy baja sin

embargo estaacute limitada por factores de tipo esteacuterico que disminuyen la

14

colisioacuten entre los radicales debido a que estos deben tener una

orientacioacuten adecuada por lo cual se hace poco probable la reaccioacuten

En los productos alimenticios se ha encontrado que las reacciones

laterales son maacutes importantes porque inducen la formacioacuten de

sustancias volaacutetiles como los esteres cetonas aldehiacutedos hidrocarburos

alcoholes aacutecidos orgaacutenicos productos de polimerizacioacuten entre otros los

cuales producen los cambios sensoriales que a la vez determinan la

calidad del alimento En la figura se resume el proceso de oxidacioacuten

grasos polinsaturados y todas sus consecuencias3

RH1ABSTRACCIOacuteN DE H INICIADORES (METALES CALOR LUZ UV)

R RADICALES LIBRES - TERMINACIOacuteN

OXIDACIOacuteN DE PIGMENTOS

RH-J R--- ~

ROOH(H IDROPEROacuteXIDOS)

PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIOacuteN PRODUCTOS DE POL~RIZACIOacuteN cetonas aldehiacutedos aacutecidos colores oscuros

hidrocarburos y compuestos toxicos

Figura 5 esquema general de oxidacioacuten de liacutepidos

15

3 DESCOMPOSICiOacuteN DE HIDROPEROacuteXIDOS

Los hidroperoacutexidos formados en la etapa de propagacioacuten tienen la

capacidad de interaccionar con otras moleacuteculas o de intervenir en

reacciones secundarias generando nuevas sustancias Los

hidroperoacutexidos pueden fragmentarse por rompimientos homoliticos o

heteroliacuteticos (figura) El rompimiento homoliacutetico en posicioacuten ~ produce un

radical alcoxi como intermedio y sufrir posteriormente una unioacuten

carbono-carbono El rompimiento hornoliacutetico en el lado ordf del carbono

aleoxi forma pentano y metil-13-oxo-911 tridecadienoato cuando se usa

inicialmente el 13-hidroperoacutexido del metil linoleato Ademaacutes se puede

formar metil octanoato y 24 decadienal usando el 9-hidroperoxido del

metil linoleato

El rompimiento homoliacutetico Q forma hexanal y metil 9-oxononanoato de

los 13 y 9 hidroperoacutexidos del metil linoleato Los rompimientos

heterol iacutetieos bajo condiciones aacutecidas producen carbocationes

intermedios los cuales rompen selectivamente para formar los mismos

compuestos del rompimiento homoliacutetico Q es decir hexanal y metiacutel 9shy

oxononanoat07

16

OOHOOH

R~~RR

t- HOMOLITICO

0H --- OH

O O

~R R~ R

Pantano Matil octanoato Metil 9-oxo

Metil 13-oxo- + 24 dacadianalHexanal nonanoato 911 t~idacadianoato

HETEROLITICO

H+ R O +~O~R

R ~~R

Haxanal Metil 9-oxononanoato

FIGURA 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos

en la descomposicioacuten de hidroperoxidos

17

3 PREVENCiOacuteN DE LA OXIDACiOacuteN Y EL USO DE

ANTIOXIDANTES

El proceso de oxidacioacuten de liacutepidos ocurre en presencia de cantidades

muy bajas de oxiacutegeno y por esto en la mayoriacutea de los casos los meacutetodos

de conservacioacuten (empaque al vaciacuteo refrigeracioacuten congelaciacuteoacutenetc) si se

usan aisladamente resultan insuficientes para evitarlo Ademaacutes es

antieconoacutemico tratar de eliminar todo el oxiacutegeno presente y en su lugar

se usan operaciones de conservacioacuten combinadas con el uso de

antioxidantes

Los antioxidantes son compuestos capaces de retardar el proceso de

oxidacioacuten extienden asiacute el periacuteodo de oxidacioacuten y por lo tanto su vida

uacutetil Sin embargo nunca mejoran ni regeneran la calidad de un producto

altamente oxidado Los antioxidantes usados en alimentos deben cumplir

algunos requisitos como ser inodoro no impartir color insiacutepido ser

efectivo a bajas concentraciones que sea faacutecil de incorporar que soporte

las condiciones de procesamiento barato estable en el producto

terminado y que no sea toacutexico Seguacuten la USDA los antioxidantes son

sustancias para preservar los alimentos al retardar el deterioro y la

rancidez causada por la oxidacioacuten12

18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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12

se transforma luego en un sistema conjugado que reacciona con el

oxiacutegeno El radical peroacutexido formado es reducido por la enzima y por

fijacioacuten de un protoacuten se forma el hidroperoacutexido10 Figura 4

Enz-Fe2+ ~ROOH

+- PRODUCTO Enz-Fe3+

Enz-Fe2+ RshyEnz-Fe~-I ROOshy

Enz-Fe3+ ROOshy

FIGURA 4 INICIACIOacuteN ENZIMAacuteTICA (LIPOXIGENASAS)

Una vez formados los rlidroperoacutexidos se pueden seguir las etapas de

propagacioacuten y terminacioacuten vistas anteriormente Sin embargo en

algunas frutas y verduras existen sistemas enzimaacuteticos que transforman

los hidroperoacutexidos en sustancias volaacutetiles Por ejemplo en el pepino se

forma el 2-trans 6-cis nonadienal que le confiere un olor caracteriacutestico

debido a la accioacuten de una hidroperoacutexido-liasa y una isomerasa En el

13

trigo y el maiacutez se forman los aacutecidos a ylo Y cetograsos por la accioacuten de

algunas liasas La accioacuten de las liacutepoxidasas de la soya y frijoles produce

compuestos volaacutetiles muy similares a pesar de que los hidroperoacutexidos de

donde provienen son diferentes El sabor amargo de la avena se debe a

la formacioacuten enzimaacutetica del aacutecido 9-trans hidroxi 10-cis-11shy

octadienoico10

2 REACCIONES DE PROPAGACiOacuteN Y TERMINACiOacuteN

Los radicales lipiacutedicos formados en las diversas iniciaciones son

especies muy reactivas que pueden sufrir raacutepidamente las reacciones de

propagacioacuten ya sea por abstraccioacuten de hidroacutegeno al reaccionar con una

moleacutecula de aacutecido graso(RH) o por una reaccioacuten con oxigeno en su

estado basal

R- + RH (9)

-- ROO- (10)

ROO- + RH ROOH + iexcl( (11)

La combinacioacuten de dos radicales para que ocurra la terminacioacuten de la

oxidacioacuten es un proceso con una entalpiacutea de activaqioacuten muy baja sin

embargo estaacute limitada por factores de tipo esteacuterico que disminuyen la

14

colisioacuten entre los radicales debido a que estos deben tener una

orientacioacuten adecuada por lo cual se hace poco probable la reaccioacuten

En los productos alimenticios se ha encontrado que las reacciones

laterales son maacutes importantes porque inducen la formacioacuten de

sustancias volaacutetiles como los esteres cetonas aldehiacutedos hidrocarburos

alcoholes aacutecidos orgaacutenicos productos de polimerizacioacuten entre otros los

cuales producen los cambios sensoriales que a la vez determinan la

calidad del alimento En la figura se resume el proceso de oxidacioacuten

grasos polinsaturados y todas sus consecuencias3

RH1ABSTRACCIOacuteN DE H INICIADORES (METALES CALOR LUZ UV)

R RADICALES LIBRES - TERMINACIOacuteN

OXIDACIOacuteN DE PIGMENTOS

RH-J R--- ~

ROOH(H IDROPEROacuteXIDOS)

PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIOacuteN PRODUCTOS DE POL~RIZACIOacuteN cetonas aldehiacutedos aacutecidos colores oscuros

hidrocarburos y compuestos toxicos

Figura 5 esquema general de oxidacioacuten de liacutepidos

15

3 DESCOMPOSICiOacuteN DE HIDROPEROacuteXIDOS

Los hidroperoacutexidos formados en la etapa de propagacioacuten tienen la

capacidad de interaccionar con otras moleacuteculas o de intervenir en

reacciones secundarias generando nuevas sustancias Los

hidroperoacutexidos pueden fragmentarse por rompimientos homoliticos o

heteroliacuteticos (figura) El rompimiento homoliacutetico en posicioacuten ~ produce un

radical alcoxi como intermedio y sufrir posteriormente una unioacuten

carbono-carbono El rompimiento hornoliacutetico en el lado ordf del carbono

aleoxi forma pentano y metil-13-oxo-911 tridecadienoato cuando se usa

inicialmente el 13-hidroperoacutexido del metil linoleato Ademaacutes se puede

formar metil octanoato y 24 decadienal usando el 9-hidroperoxido del

metil linoleato

El rompimiento homoliacutetico Q forma hexanal y metil 9-oxononanoato de

los 13 y 9 hidroperoacutexidos del metil linoleato Los rompimientos

heterol iacutetieos bajo condiciones aacutecidas producen carbocationes

intermedios los cuales rompen selectivamente para formar los mismos

compuestos del rompimiento homoliacutetico Q es decir hexanal y metiacutel 9shy

oxononanoat07

16

OOHOOH

R~~RR

t- HOMOLITICO

0H --- OH

O O

~R R~ R

Pantano Matil octanoato Metil 9-oxo

Metil 13-oxo- + 24 dacadianalHexanal nonanoato 911 t~idacadianoato

HETEROLITICO

H+ R O +~O~R

R ~~R

Haxanal Metil 9-oxononanoato

FIGURA 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos

en la descomposicioacuten de hidroperoxidos

17

3 PREVENCiOacuteN DE LA OXIDACiOacuteN Y EL USO DE

ANTIOXIDANTES

El proceso de oxidacioacuten de liacutepidos ocurre en presencia de cantidades

muy bajas de oxiacutegeno y por esto en la mayoriacutea de los casos los meacutetodos

de conservacioacuten (empaque al vaciacuteo refrigeracioacuten congelaciacuteoacutenetc) si se

usan aisladamente resultan insuficientes para evitarlo Ademaacutes es

antieconoacutemico tratar de eliminar todo el oxiacutegeno presente y en su lugar

se usan operaciones de conservacioacuten combinadas con el uso de

antioxidantes

Los antioxidantes son compuestos capaces de retardar el proceso de

oxidacioacuten extienden asiacute el periacuteodo de oxidacioacuten y por lo tanto su vida

uacutetil Sin embargo nunca mejoran ni regeneran la calidad de un producto

altamente oxidado Los antioxidantes usados en alimentos deben cumplir

algunos requisitos como ser inodoro no impartir color insiacutepido ser

efectivo a bajas concentraciones que sea faacutecil de incorporar que soporte

las condiciones de procesamiento barato estable en el producto

terminado y que no sea toacutexico Seguacuten la USDA los antioxidantes son

sustancias para preservar los alimentos al retardar el deterioro y la

rancidez causada por la oxidacioacuten12

18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

isolated from storage-aged orange juiee J Agrie Food Chem 40 550-52

61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

Page 18: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

13

trigo y el maiacutez se forman los aacutecidos a ylo Y cetograsos por la accioacuten de

algunas liasas La accioacuten de las liacutepoxidasas de la soya y frijoles produce

compuestos volaacutetiles muy similares a pesar de que los hidroperoacutexidos de

donde provienen son diferentes El sabor amargo de la avena se debe a

la formacioacuten enzimaacutetica del aacutecido 9-trans hidroxi 10-cis-11shy

octadienoico10

2 REACCIONES DE PROPAGACiOacuteN Y TERMINACiOacuteN

Los radicales lipiacutedicos formados en las diversas iniciaciones son

especies muy reactivas que pueden sufrir raacutepidamente las reacciones de

propagacioacuten ya sea por abstraccioacuten de hidroacutegeno al reaccionar con una

moleacutecula de aacutecido graso(RH) o por una reaccioacuten con oxigeno en su

estado basal

R- + RH (9)

-- ROO- (10)

ROO- + RH ROOH + iexcl( (11)

La combinacioacuten de dos radicales para que ocurra la terminacioacuten de la

oxidacioacuten es un proceso con una entalpiacutea de activaqioacuten muy baja sin

embargo estaacute limitada por factores de tipo esteacuterico que disminuyen la

14

colisioacuten entre los radicales debido a que estos deben tener una

orientacioacuten adecuada por lo cual se hace poco probable la reaccioacuten

En los productos alimenticios se ha encontrado que las reacciones

laterales son maacutes importantes porque inducen la formacioacuten de

sustancias volaacutetiles como los esteres cetonas aldehiacutedos hidrocarburos

alcoholes aacutecidos orgaacutenicos productos de polimerizacioacuten entre otros los

cuales producen los cambios sensoriales que a la vez determinan la

calidad del alimento En la figura se resume el proceso de oxidacioacuten

grasos polinsaturados y todas sus consecuencias3

RH1ABSTRACCIOacuteN DE H INICIADORES (METALES CALOR LUZ UV)

R RADICALES LIBRES - TERMINACIOacuteN

OXIDACIOacuteN DE PIGMENTOS

RH-J R--- ~

ROOH(H IDROPEROacuteXIDOS)

PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIOacuteN PRODUCTOS DE POL~RIZACIOacuteN cetonas aldehiacutedos aacutecidos colores oscuros

hidrocarburos y compuestos toxicos

Figura 5 esquema general de oxidacioacuten de liacutepidos

15

3 DESCOMPOSICiOacuteN DE HIDROPEROacuteXIDOS

Los hidroperoacutexidos formados en la etapa de propagacioacuten tienen la

capacidad de interaccionar con otras moleacuteculas o de intervenir en

reacciones secundarias generando nuevas sustancias Los

hidroperoacutexidos pueden fragmentarse por rompimientos homoliticos o

heteroliacuteticos (figura) El rompimiento homoliacutetico en posicioacuten ~ produce un

radical alcoxi como intermedio y sufrir posteriormente una unioacuten

carbono-carbono El rompimiento hornoliacutetico en el lado ordf del carbono

aleoxi forma pentano y metil-13-oxo-911 tridecadienoato cuando se usa

inicialmente el 13-hidroperoacutexido del metil linoleato Ademaacutes se puede

formar metil octanoato y 24 decadienal usando el 9-hidroperoxido del

metil linoleato

El rompimiento homoliacutetico Q forma hexanal y metil 9-oxononanoato de

los 13 y 9 hidroperoacutexidos del metil linoleato Los rompimientos

heterol iacutetieos bajo condiciones aacutecidas producen carbocationes

intermedios los cuales rompen selectivamente para formar los mismos

compuestos del rompimiento homoliacutetico Q es decir hexanal y metiacutel 9shy

oxononanoat07

16

OOHOOH

R~~RR

t- HOMOLITICO

0H --- OH

O O

~R R~ R

Pantano Matil octanoato Metil 9-oxo

Metil 13-oxo- + 24 dacadianalHexanal nonanoato 911 t~idacadianoato

HETEROLITICO

H+ R O +~O~R

R ~~R

Haxanal Metil 9-oxononanoato

FIGURA 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos

en la descomposicioacuten de hidroperoxidos

17

3 PREVENCiOacuteN DE LA OXIDACiOacuteN Y EL USO DE

ANTIOXIDANTES

El proceso de oxidacioacuten de liacutepidos ocurre en presencia de cantidades

muy bajas de oxiacutegeno y por esto en la mayoriacutea de los casos los meacutetodos

de conservacioacuten (empaque al vaciacuteo refrigeracioacuten congelaciacuteoacutenetc) si se

usan aisladamente resultan insuficientes para evitarlo Ademaacutes es

antieconoacutemico tratar de eliminar todo el oxiacutegeno presente y en su lugar

se usan operaciones de conservacioacuten combinadas con el uso de

antioxidantes

Los antioxidantes son compuestos capaces de retardar el proceso de

oxidacioacuten extienden asiacute el periacuteodo de oxidacioacuten y por lo tanto su vida

uacutetil Sin embargo nunca mejoran ni regeneran la calidad de un producto

altamente oxidado Los antioxidantes usados en alimentos deben cumplir

algunos requisitos como ser inodoro no impartir color insiacutepido ser

efectivo a bajas concentraciones que sea faacutecil de incorporar que soporte

las condiciones de procesamiento barato estable en el producto

terminado y que no sea toacutexico Seguacuten la USDA los antioxidantes son

sustancias para preservar los alimentos al retardar el deterioro y la

rancidez causada por la oxidacioacuten12

18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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Page 19: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

14

colisioacuten entre los radicales debido a que estos deben tener una

orientacioacuten adecuada por lo cual se hace poco probable la reaccioacuten

En los productos alimenticios se ha encontrado que las reacciones

laterales son maacutes importantes porque inducen la formacioacuten de

sustancias volaacutetiles como los esteres cetonas aldehiacutedos hidrocarburos

alcoholes aacutecidos orgaacutenicos productos de polimerizacioacuten entre otros los

cuales producen los cambios sensoriales que a la vez determinan la

calidad del alimento En la figura se resume el proceso de oxidacioacuten

grasos polinsaturados y todas sus consecuencias3

RH1ABSTRACCIOacuteN DE H INICIADORES (METALES CALOR LUZ UV)

R RADICALES LIBRES - TERMINACIOacuteN

OXIDACIOacuteN DE PIGMENTOS

RH-J R--- ~

ROOH(H IDROPEROacuteXIDOS)

PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIOacuteN PRODUCTOS DE POL~RIZACIOacuteN cetonas aldehiacutedos aacutecidos colores oscuros

hidrocarburos y compuestos toxicos

Figura 5 esquema general de oxidacioacuten de liacutepidos

15

3 DESCOMPOSICiOacuteN DE HIDROPEROacuteXIDOS

Los hidroperoacutexidos formados en la etapa de propagacioacuten tienen la

capacidad de interaccionar con otras moleacuteculas o de intervenir en

reacciones secundarias generando nuevas sustancias Los

hidroperoacutexidos pueden fragmentarse por rompimientos homoliticos o

heteroliacuteticos (figura) El rompimiento homoliacutetico en posicioacuten ~ produce un

radical alcoxi como intermedio y sufrir posteriormente una unioacuten

carbono-carbono El rompimiento hornoliacutetico en el lado ordf del carbono

aleoxi forma pentano y metil-13-oxo-911 tridecadienoato cuando se usa

inicialmente el 13-hidroperoacutexido del metil linoleato Ademaacutes se puede

formar metil octanoato y 24 decadienal usando el 9-hidroperoxido del

metil linoleato

El rompimiento homoliacutetico Q forma hexanal y metil 9-oxononanoato de

los 13 y 9 hidroperoacutexidos del metil linoleato Los rompimientos

heterol iacutetieos bajo condiciones aacutecidas producen carbocationes

intermedios los cuales rompen selectivamente para formar los mismos

compuestos del rompimiento homoliacutetico Q es decir hexanal y metiacutel 9shy

oxononanoat07

16

OOHOOH

R~~RR

t- HOMOLITICO

0H --- OH

O O

~R R~ R

Pantano Matil octanoato Metil 9-oxo

Metil 13-oxo- + 24 dacadianalHexanal nonanoato 911 t~idacadianoato

HETEROLITICO

H+ R O +~O~R

R ~~R

Haxanal Metil 9-oxononanoato

FIGURA 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos

en la descomposicioacuten de hidroperoxidos

17

3 PREVENCiOacuteN DE LA OXIDACiOacuteN Y EL USO DE

ANTIOXIDANTES

El proceso de oxidacioacuten de liacutepidos ocurre en presencia de cantidades

muy bajas de oxiacutegeno y por esto en la mayoriacutea de los casos los meacutetodos

de conservacioacuten (empaque al vaciacuteo refrigeracioacuten congelaciacuteoacutenetc) si se

usan aisladamente resultan insuficientes para evitarlo Ademaacutes es

antieconoacutemico tratar de eliminar todo el oxiacutegeno presente y en su lugar

se usan operaciones de conservacioacuten combinadas con el uso de

antioxidantes

Los antioxidantes son compuestos capaces de retardar el proceso de

oxidacioacuten extienden asiacute el periacuteodo de oxidacioacuten y por lo tanto su vida

uacutetil Sin embargo nunca mejoran ni regeneran la calidad de un producto

altamente oxidado Los antioxidantes usados en alimentos deben cumplir

algunos requisitos como ser inodoro no impartir color insiacutepido ser

efectivo a bajas concentraciones que sea faacutecil de incorporar que soporte

las condiciones de procesamiento barato estable en el producto

terminado y que no sea toacutexico Seguacuten la USDA los antioxidantes son

sustancias para preservar los alimentos al retardar el deterioro y la

rancidez causada por la oxidacioacuten12

18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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15

3 DESCOMPOSICiOacuteN DE HIDROPEROacuteXIDOS

Los hidroperoacutexidos formados en la etapa de propagacioacuten tienen la

capacidad de interaccionar con otras moleacuteculas o de intervenir en

reacciones secundarias generando nuevas sustancias Los

hidroperoacutexidos pueden fragmentarse por rompimientos homoliticos o

heteroliacuteticos (figura) El rompimiento homoliacutetico en posicioacuten ~ produce un

radical alcoxi como intermedio y sufrir posteriormente una unioacuten

carbono-carbono El rompimiento hornoliacutetico en el lado ordf del carbono

aleoxi forma pentano y metil-13-oxo-911 tridecadienoato cuando se usa

inicialmente el 13-hidroperoacutexido del metil linoleato Ademaacutes se puede

formar metil octanoato y 24 decadienal usando el 9-hidroperoxido del

metil linoleato

El rompimiento homoliacutetico Q forma hexanal y metil 9-oxononanoato de

los 13 y 9 hidroperoacutexidos del metil linoleato Los rompimientos

heterol iacutetieos bajo condiciones aacutecidas producen carbocationes

intermedios los cuales rompen selectivamente para formar los mismos

compuestos del rompimiento homoliacutetico Q es decir hexanal y metiacutel 9shy

oxononanoat07

16

OOHOOH

R~~RR

t- HOMOLITICO

0H --- OH

O O

~R R~ R

Pantano Matil octanoato Metil 9-oxo

Metil 13-oxo- + 24 dacadianalHexanal nonanoato 911 t~idacadianoato

HETEROLITICO

H+ R O +~O~R

R ~~R

Haxanal Metil 9-oxononanoato

FIGURA 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos

en la descomposicioacuten de hidroperoxidos

17

3 PREVENCiOacuteN DE LA OXIDACiOacuteN Y EL USO DE

ANTIOXIDANTES

El proceso de oxidacioacuten de liacutepidos ocurre en presencia de cantidades

muy bajas de oxiacutegeno y por esto en la mayoriacutea de los casos los meacutetodos

de conservacioacuten (empaque al vaciacuteo refrigeracioacuten congelaciacuteoacutenetc) si se

usan aisladamente resultan insuficientes para evitarlo Ademaacutes es

antieconoacutemico tratar de eliminar todo el oxiacutegeno presente y en su lugar

se usan operaciones de conservacioacuten combinadas con el uso de

antioxidantes

Los antioxidantes son compuestos capaces de retardar el proceso de

oxidacioacuten extienden asiacute el periacuteodo de oxidacioacuten y por lo tanto su vida

uacutetil Sin embargo nunca mejoran ni regeneran la calidad de un producto

altamente oxidado Los antioxidantes usados en alimentos deben cumplir

algunos requisitos como ser inodoro no impartir color insiacutepido ser

efectivo a bajas concentraciones que sea faacutecil de incorporar que soporte

las condiciones de procesamiento barato estable en el producto

terminado y que no sea toacutexico Seguacuten la USDA los antioxidantes son

sustancias para preservar los alimentos al retardar el deterioro y la

rancidez causada por la oxidacioacuten12

18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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antiacuteoxiacutedants of the polyalkylbenzochromanol and naphthofuran class J Org

Chem (1993)587416-7420

27 Barclay LRC Edwars CD Mukai K Egawa Y and Nishi T

Chaiacuten-Breaking Naphtholic antioxidants Antioxidant activiacuteties of

-

I

50

polyalkylbenzochromenol and 23-Dihydro-5-hydroxy-224shy

trimethylnaphtho[12-bfuran compared to an a-tocopherol model in sodium

dodecyl sulfate micelles J Org Chem (1995)602739-2744

28 WangH Cao G And Pryor R Total antioxidant capacity of fruits

1996 J Agrc Food Chem 44 701-705

29 Brannan RG and Erieson M Quantification of antioxidants in

chanel catfish during frozen storage 1996 J Agrc Food Chem 44 1361-66

30 Frankel EN Huang Aesehbaeh R And Pryor E 1996

Antioxidant activity of a Rosemary extract and its constituents Carnosic acid

Carnasol and Rosmarinic acid in bulk oil and oil-in water emulsion J Agrc

Food Chem 44131-135

31 Asamarai A Addis PB Epley R And Kriek T 1996 Wild rice

hull antioxidants J Agrc Food Chem 44 126-130

32 Amarowies R And Shahidi F 1995 Antioxiacutedant activiacutety of green tea

catechiacutens in a p-carotene-linoleate model system Journal of Food Lipids 2

47-56

33 Esaki H Onozaki H Kawasaki S And Osawa T 1996 New

antioxidants isolated from tempech J Agrc Food Chem 44 126-130

-

51

34 Chen Ch And Ho Ch 1995 Antioxidants praperties of polyfenols

extracted from green and black teas Journal of Food Lipids 2 35-46

35 Gordon MH The mechanism of antioxidant action in vitra in Food

Antioxidants Hudson BJF Ed Elsevier Amsterdam 1990 1

37 Shahidi F Janitha PK and Wanasundara PD Phenolic

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32(1 )67 -103

38 Dziedzic S Z and Hudson BJF Hydroxyisoflavones as

antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 11 161

39 Rosenwald RH and Chenicek JA Alkyl hiacutedroxy anisoles as

antioxidants J Am Oil Chem Soco (1951)28185

40 Cuvelier M Richard H and Berset C Comparison of the

Antioxiacutedative of sorne acid-phenols Structure-Activity Relationship Biosci

Biacuteotech Biochem (1992) 56(2) 324-325

41 Pokorny j Autoxidation of unsaturated Lipids Ed Academic Press

London (1987)141-206

Aacute

52

42 Marinova E and Yanishlieva N Inhibited oxidation of Lipids 11

Comparison of the Antioxidative properties of some hydroxy derivatives of

benzoic and cinnamic acids Fat scL Technol (1992) 11 428-432

43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

Antioxidative activity of some phenolic acids JAOCS (1994) 71(4) 427shy

434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

M Flavonoids Antioxidant J Am Chem Soc (1994) 116 4846-4851

45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

edible oiacutels Structural criteria for activity Food Chem (1983) 1047-55

46 Letan A The relation of structure to antioxidant activity of quercetin

and some of iexclts derivates 11 Secondary ( Metal-complexing) activity J Food

Sciacute (1966) 395-399

47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

i iexcl

53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

phospholipids and amino compound J Am Soco Di

54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

254

56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

133

57 Namiki M Adv Food Res 1988 32115-184

58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

isolated from storage-aged orange juiee J Agrie Food Chem 40 550-52

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62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

Page 21: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

16

OOHOOH

R~~RR

t- HOMOLITICO

0H --- OH

O O

~R R~ R

Pantano Matil octanoato Metil 9-oxo

Metil 13-oxo- + 24 dacadianalHexanal nonanoato 911 t~idacadianoato

HETEROLITICO

H+ R O +~O~R

R ~~R

Haxanal Metil 9-oxononanoato

FIGURA 6 Rompimientos homolitico y heteroliticos

en la descomposicioacuten de hidroperoxidos

17

3 PREVENCiOacuteN DE LA OXIDACiOacuteN Y EL USO DE

ANTIOXIDANTES

El proceso de oxidacioacuten de liacutepidos ocurre en presencia de cantidades

muy bajas de oxiacutegeno y por esto en la mayoriacutea de los casos los meacutetodos

de conservacioacuten (empaque al vaciacuteo refrigeracioacuten congelaciacuteoacutenetc) si se

usan aisladamente resultan insuficientes para evitarlo Ademaacutes es

antieconoacutemico tratar de eliminar todo el oxiacutegeno presente y en su lugar

se usan operaciones de conservacioacuten combinadas con el uso de

antioxidantes

Los antioxidantes son compuestos capaces de retardar el proceso de

oxidacioacuten extienden asiacute el periacuteodo de oxidacioacuten y por lo tanto su vida

uacutetil Sin embargo nunca mejoran ni regeneran la calidad de un producto

altamente oxidado Los antioxidantes usados en alimentos deben cumplir

algunos requisitos como ser inodoro no impartir color insiacutepido ser

efectivo a bajas concentraciones que sea faacutecil de incorporar que soporte

las condiciones de procesamiento barato estable en el producto

terminado y que no sea toacutexico Seguacuten la USDA los antioxidantes son

sustancias para preservar los alimentos al retardar el deterioro y la

rancidez causada por la oxidacioacuten12

18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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I

50

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Page 22: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

17

3 PREVENCiOacuteN DE LA OXIDACiOacuteN Y EL USO DE

ANTIOXIDANTES

El proceso de oxidacioacuten de liacutepidos ocurre en presencia de cantidades

muy bajas de oxiacutegeno y por esto en la mayoriacutea de los casos los meacutetodos

de conservacioacuten (empaque al vaciacuteo refrigeracioacuten congelaciacuteoacutenetc) si se

usan aisladamente resultan insuficientes para evitarlo Ademaacutes es

antieconoacutemico tratar de eliminar todo el oxiacutegeno presente y en su lugar

se usan operaciones de conservacioacuten combinadas con el uso de

antioxidantes

Los antioxidantes son compuestos capaces de retardar el proceso de

oxidacioacuten extienden asiacute el periacuteodo de oxidacioacuten y por lo tanto su vida

uacutetil Sin embargo nunca mejoran ni regeneran la calidad de un producto

altamente oxidado Los antioxidantes usados en alimentos deben cumplir

algunos requisitos como ser inodoro no impartir color insiacutepido ser

efectivo a bajas concentraciones que sea faacutecil de incorporar que soporte

las condiciones de procesamiento barato estable en el producto

terminado y que no sea toacutexico Seguacuten la USDA los antioxidantes son

sustancias para preservar los alimentos al retardar el deterioro y la

rancidez causada por la oxidacioacuten12

18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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18

31 IPOS DE ANTIOXIDANTES

Ingold en 196813 clasificoacute los antioxidantes de acuerdo a su modo de

accioacuten como primarios y secundarios Los antioxidantes primarios o

interruptores de cadena participan en la etapa de propagacioacuten

reaccionando con los radicales peroxilos (ROOmiddot) para convertirlos en

productos maacutes estables mientras que los antioxidantes secundarios

reducen la velocidad de la etapa de iniciacioacuten de la reaccioacuten en cadena

mediante diversos mecanismos

311 AN1IOXIDANTES PRIMARIOS

A condiciones normales de presioacuten el radical de mayor concentracioacuten

es el alquilperoxi (ROO ) que puede ser convertido directamente en el

hidroperoacutexido respectivo al reaccionar con una especie que ceda

facilmente protones como los fenoles y las fenilaminas de acuerdo a la

siguiente reaccioacuten

ROO-+ ArOH ROOH + ArO- (7)

El radical fenoxilo ArO formado es estabilizado por resonancia y no

continuacutea la cadena de reaccioacuten o puede ser destruido al interactuar con

un segundo radical peroxilo para formar productos moleculares

interrumpjendo la cadena oxidativa asiacute

19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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42 Marinova E and Yanishlieva N Inhibited oxidation of Lipids 11

Comparison of the Antioxidative properties of some hydroxy derivatives of

benzoic and cinnamic acids Fat scL Technol (1992) 11 428-432

43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

Antioxidative activity of some phenolic acids JAOCS (1994) 71(4) 427shy

434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

M Flavonoids Antioxidant J Am Chem Soc (1994) 116 4846-4851

45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

edible oiacutels Structural criteria for activity Food Chem (1983) 1047-55

46 Letan A The relation of structure to antioxidant activity of quercetin

and some of iexclts derivates 11 Secondary ( Metal-complexing) activity J Food

Sciacute (1966) 395-399

47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

i iexcl

53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

phospholipids and amino compound J Am Soco Di

54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

254

56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

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62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

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19

ROO-+ ArOH ROH + ArO- (8)

Una moleacutecula que actuacutea como antioxidante primario debe ceder

faacutecilmente el hidroacutegeno al radical lipiacutedico y el radical fenoxilo resultante

del antioxidante debe ser maacutes estable que el radical lipiacutedico inicial o

debe ser convertido a un producto maacutes estable14

La accioacuten de un antioxidante primario estaacute limitada por la reaccioacuten de

transferencia de cadena

ArO + RH ArOH + R (9)

la cual disminuye o anula la accioacuten del antioxidante 15

Otra forma de interrumpir la cadena de oxidacioacuten es mediante el

mecanismo propuesto por Burtoacuten y co1 16 para la reacioacuten der p-caroteno

con los radicales peroxilos del aacutecido linoleico a bajas presiones de

oxiacutegeno en este caso se forma un producto de adicioacuten en lugar del

hidroperoacutexido correspondiente porque el p-caroteno no tiene hidroacutegenos

aacutecidos para ceder este mecanismo es el siguiente

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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94

-47

9 Decker E and Hulyn H 1992 Lipid oxidation in muscle foods viacutea

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10 German MH Zhang H and Berger P 1992 Role de lipoxigenasa in

lipid oxidation in Food ACS Washington DC p 74-93

11 Frankel EN 1991 Reeent advanees in lipid oxidation J Sei Food

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12 Dziezack J D (1986) Preservatives Antioxidants Food Teehnol 9

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14 Macfaul PA Ingold KU and Lusztyk J (1996) Kinetie solvent

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18 Howard JA and Ingold KU The inhibited autoxidation of stirene

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19 Howard JA and Ingold KU The inhibited autoxidation of stirene

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49

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27 Barclay LRC Edwars CD Mukai K Egawa Y and Nishi T

Chaiacuten-Breaking Naphtholic antioxidants Antioxidant activiacuteties of

-

I

50

polyalkylbenzochromenol and 23-Dihydro-5-hydroxy-224shy

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51

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39 Rosenwald RH and Chenicek JA Alkyl hiacutedroxy anisoles as

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Aacute

52

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44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

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45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

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47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

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48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

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i iexcl

53

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51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

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52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

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120

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54

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254

56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

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62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

Page 25: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

20

+ ROO

Ro I

El producto de adicioacuten formado es estabilizado por resonancia e inhibe

la extensioacuten de la reaccioacuten de propagacioacuten

Los antioxidantes fenoacutelicos pueden ser sinteticos o naturales Los

antioxidantes naturales permitidos por la FDA (Food Drugs

Adminiacutestration) son Butlhidroxianiacutesol (BHA) butiacutelhiacutedroxiacutetolueno (BHT)

propilgalato (PG) dodecilgalato (DG) terbutil dihidroquinona (TBHQ) yel

aacutecido nordihidroguayaretico (NDGA) entre otros (figura) El BHA Y BHT

son solubles en aceites y muy poco solubles en agua El BHT se usa para

preservar aceites vegetales y grasas animales el BHA es particularmente

uacutetil en proteger el sabor y color de aceites esnciales especialmente

aceite de palma y coco que son muy usados en productos de confiteriacutea

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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27 Barclay LRC Edwars CD Mukai K Egawa Y and Nishi T

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-

I

50

polyalkylbenzochromenol and 23-Dihydro-5-hydroxy-224shy

trimethylnaphtho[12-bfuran compared to an a-tocopherol model in sodium

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51

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48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

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i iexcl

53

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Page 26: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

21

Ha OH

PG OH

BHA

Ha

OH

TBHQ

OH

BHT OH

OH

NDGA

Figura 7 Algunos antioxidantes fenoacutelicos alimenticios

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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I

50

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Page 27: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

22

El TBHQ debido a su alto punto de fusioacuten (126-128degC) es muy

utilizado para prevenir la oxidacioacuten de aceites en el caso de frituras El

PG se usa en aceites vegetales grasas animales productos caacuternicos

que contienen salsas y snacks12

Los antioxidantes naturales son esencialmente compuestos mono o

polifenoacutelicos encontrados en los diferentes organelos de los tejidos

animales y vegetales Los compuestos quiacutemicos naturales utilizados

como antioxidantes primarios y de mayor estudio son los tocoferoles

flavonoides derivados del aacutecido cinnamico y algunos aacutecidos orgaacutenicos

polifuncionales

En consecuencia son muchos los trabajos en productos naturales

dirigidos a la buacutesqueda de nuevas estructuras de este tipo mediantes el

uso de las diferentes teacutecnicas de extracion purificacionidentificacioacuten y

evaluacioacuten antioxidante Los flavonoides y derivados del aacutecido cinnamico

son estudiados posteriormente debido a sus multiples funciones

3111 TOCOFEROLES Los tocoferoles son compuestos hidrofoacutebicos

queestan ampliamente distribuidos en la naturaleza y son antioxidantes

monofenolicos que estabilizan la mayoriacutea de los aceites y sus derivados

en los extractos de plantas y animales y se encuentran especialmente en

cereales aceites de semillas nueces y otras fuentes vegetales en los

23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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23

tejidos animales se detectan en pequentildeas trazas Los tocoferoles tienen

un anillo cromano acoplado a una cadena lateral o fitilica insaturada y

se denominan a p y Oacute O de acuerdo a la ubicacioacuten de los sustituyentes

metilicos en el anillo fenoacutelico del grupo cromano FIGURA Los

tocoferoles poseen actividad como vitamina E y esta decrece en el orden

o hasta a Ademaacutes son producidos comercialmente como antioxidantes

en alimentos para preveer la oxidacioacuten de aacutecidos grasos polinsaturados y

sistemas lipidicos

R3

R1 R2 R3

a- tocoferol CH3 CH3 CH3

p-tocoferoI H CH3 CH3

o-tocoferol CH3 H CH3

y-tocoferol H H CH3

24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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24

El mecanismo de accioacuten antioxidante de los tocoferoles se debe

principalmente al sistema redox tocoferol -tocoferil quinona asiacute16

R C16H13

0-Tocoferol 0-Tocoferil-quinona

Los tocoferoles ceden atomos de hidrogeno a los radicales lipidicos

(R) generando moleculas de lipidos (RH) y radicales tocoferil-quinonas

que a su vez se acoplan entre si para regenerar una molecula de

tocoferol y una molecula de metil-tocoferil-quinona de acuerdo a las

siguientes reacciones 17

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

phospholipids and amino compound J Am Soco Di

54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

254

56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

133

57 Namiki M Adv Food Res 1988 32115-184

58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

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62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

Page 30: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

25

CH3 CH2

HO HO

+ R 3

l 1

~ +RH

16H 13

Los tocoferoles son un grupo amplio de antioxidantes fenoacutelicos

naturales y deben su actividad antioxidante a los sustituyentes en el

anillo fenoacutelico y por esto la diferencia entre ellos El a- tocoferol

totalmente metilado es maacutes activo que el 8- tocoferol con un solo metilo

La influencia de los grupos sustituyentes alquilados se considera de tipo

electroacutenico y esteacuterico Los grupos metilos son buenos donadores de

electrones y pueden estabilizar los radicales fenoxilos 18 Cuando los

sustituyentes estaacuten en la posicioacuten orlo el efecto es de tipo esteacuterico por

ejemplo los fenoles orlodialquilados extienden la cadena de

transferencia reducida y esto les da maacutes actividad como antioxidantes 19

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 11 161

39 Rosenwald RH and Chenicek JA Alkyl hiacutedroxy anisoles as

antioxidants J Am Oil Chem Soco (1951)28185

40 Cuvelier M Richard H and Berset C Comparison of the

Antioxiacutedative of sorne acid-phenols Structure-Activity Relationship Biosci

Biacuteotech Biochem (1992) 56(2) 324-325

41 Pokorny j Autoxidation of unsaturated Lipids Ed Academic Press

London (1987)141-206

Aacute

52

42 Marinova E and Yanishlieva N Inhibited oxidation of Lipids 11

Comparison of the Antioxidative properties of some hydroxy derivatives of

benzoic and cinnamic acids Fat scL Technol (1992) 11 428-432

43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

Antioxidative activity of some phenolic acids JAOCS (1994) 71(4) 427shy

434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

M Flavonoids Antioxidant J Am Chem Soc (1994) 116 4846-4851

45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

edible oiacutels Structural criteria for activity Food Chem (1983) 1047-55

46 Letan A The relation of structure to antioxidant activity of quercetin

and some of iexclts derivates 11 Secondary ( Metal-complexing) activity J Food

Sciacute (1966) 395-399

47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

i iexcl

53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

phospholipids and amino compound J Am Soco Di

54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

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54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

254

56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

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Page 31: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

bull

26

es asiacute como el 57 dimetil tocoferol es menos activo que el 78dimetil

tocoferol Los resultados anteriores permiten sugerir que en este caso la

actividad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos estaacute

principalmente determinada por los efectos electroacutenicos de los

sustituyentes 20 Asiacute por ejemplo los grupos donantes de electrones

incrementan la actividad el OCH3 es un buen donante de electrones y en

la posicioacuten orto estabiliza el radical por resonancia y se retarda la

reaccioacuten de transferencia 21 La a-tocoferilamina se forma al sustituir el

OH por un grupo NH2 y se ha encontrado que tiene actividad similar al ashy

tocoferol esto se debe a la capacidad que tiene el amino para ceder

facilmente el aacutetomo de H ademaacutes el radical anilinio es fuertemente

estabilizado por resonancia 22

En diversos trabajos 232425 se ha encontrado que la excelente

capacidad antioxidante de los tocoferoles y sus anaacutelogos se debe al

anillo heterociacuteclico fusionado

De tal manera que los compuestos con 5 miembros en este anillo son

mejores antioxidantes debido a la faci lidad que tienen para extender la

resonancia ademaacutes hay un mejor sOlapamiento con el anillo aromaacutetico

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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52

42 Marinova E and Yanishlieva N Inhibited oxidation of Lipids 11

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43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

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48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

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i iexcl

53

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Page 32: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

27

En la buacutesqueda de nuevas estructuras antioxidantes (Figura 4) se han

sintetizado anaacutelogos de tocoferoles adicionando un anillo fenoacutelico extra

que aumenta la deslocalizacioacuten de electrones en el radical fenoxilo

encontrandose compuestos con mejor actividad antioxidante que los

tocoferoles como los ubiquinoles polialquilcromanoles

polialquilbenzocromenoles naftofuranos e hidroquinonas2728

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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30 Frankel EN Huang Aesehbaeh R And Pryor E 1996

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31 Asamarai A Addis PB Epley R And Kriek T 1996 Wild rice

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32 Amarowies R And Shahidi F 1995 Antioxiacutedant activiacutety of green tea

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33 Esaki H Onozaki H Kawasaki S And Osawa T 1996 New

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37 Shahidi F Janitha PK and Wanasundara PD Phenolic

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38 Dziedzic S Z and Hudson BJF Hydroxyisoflavones as

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39 Rosenwald RH and Chenicek JA Alkyl hiacutedroxy anisoles as

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40 Cuvelier M Richard H and Berset C Comparison of the

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Aacute

52

42 Marinova E and Yanishlieva N Inhibited oxidation of Lipids 11

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43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

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44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

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48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

i iexcl

53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

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52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

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Page 33: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

28

H3 R3

TOCOFEROLES CON ANILLO TOCOFEROLES CON ANILLO

DE cinco MIEMBROSDE SEIS MIEMBROS

RR

BENZOCROMANOLBENZOCROMENOL

OH

roC16H13 NH CH3

TOCOFERILAMINAS

UBICROMANOL

OH

OH CH3 UBIQUINOLES

Figura 8 Estructura de algunos tocoferoles y algunos de sus anaacutelogos

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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31 Asamarai A Addis PB Epley R And Kriek T 1996 Wild rice

hull antioxidants J Agrc Food Chem 44 126-130

32 Amarowies R And Shahidi F 1995 Antioxiacutedant activiacutety of green tea

catechiacutens in a p-carotene-linoleate model system Journal of Food Lipids 2

47-56

33 Esaki H Onozaki H Kawasaki S And Osawa T 1996 New

antioxidants isolated from tempech J Agrc Food Chem 44 126-130

-

51

34 Chen Ch And Ho Ch 1995 Antioxidants praperties of polyfenols

extracted from green and black teas Journal of Food Lipids 2 35-46

35 Gordon MH The mechanism of antioxidant action in vitra in Food

Antioxidants Hudson BJF Ed Elsevier Amsterdam 1990 1

37 Shahidi F Janitha PK and Wanasundara PD Phenolic

Antioxidants Critical Reviews in Food Science and Nutrition (1992)

32(1 )67 -103

38 Dziedzic S Z and Hudson BJF Hydroxyisoflavones as

antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 11 161

39 Rosenwald RH and Chenicek JA Alkyl hiacutedroxy anisoles as

antioxidants J Am Oil Chem Soco (1951)28185

40 Cuvelier M Richard H and Berset C Comparison of the

Antioxiacutedative of sorne acid-phenols Structure-Activity Relationship Biosci

Biacuteotech Biochem (1992) 56(2) 324-325

41 Pokorny j Autoxidation of unsaturated Lipids Ed Academic Press

London (1987)141-206

Aacute

52

42 Marinova E and Yanishlieva N Inhibited oxidation of Lipids 11

Comparison of the Antioxidative properties of some hydroxy derivatives of

benzoic and cinnamic acids Fat scL Technol (1992) 11 428-432

43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

Antioxidative activity of some phenolic acids JAOCS (1994) 71(4) 427shy

434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

M Flavonoids Antioxidant J Am Chem Soc (1994) 116 4846-4851

45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

edible oiacutels Structural criteria for activity Food Chem (1983) 1047-55

46 Letan A The relation of structure to antioxidant activity of quercetin

and some of iexclts derivates 11 Secondary ( Metal-complexing) activity J Food

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47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

i iexcl

53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

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54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

254

56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

133

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59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

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60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

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62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

Page 34: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

29

3112 FLA VONOIDES y AacuteCIDOS FENOacuteLlCOS

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesidos y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Los flavonoides y los derivados del aacutecido cinaacutemico debido a que

contienen hidroacutegenos fenoacutelicos que tienen caraacutecter aacutecido se consideran

antioxidantes primarios Sin embargo son aceptores de radicales libres y de

acuerdo al pH en que se encuentren pueden actuar como agentes quelantes

de metales Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran

en los seres vivos en forma de glicoacutesido y que se pueden convertir en el

respectivo aglicoacuten por accioacuten enzimatica o por tratamiento con aacutecidos

Son muchos los trabajos que reportan aislamientos caracterizacioacuten e

identificacioacuten de estructuras flavonoides y derivados del aacutecido cinaacutemico en

plantas vegetales frutas y animales Por ejemplo isoflavonas en frutas

soya en teacute en oreacutegano entre otros29bull3031323334

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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35 Gordon MH The mechanism of antioxidant action in vitra in Food

Antioxidants Hudson BJF Ed Elsevier Amsterdam 1990 1

37 Shahidi F Janitha PK and Wanasundara PD Phenolic

Antioxidants Critical Reviews in Food Science and Nutrition (1992)

32(1 )67 -103

38 Dziedzic S Z and Hudson BJF Hydroxyisoflavones as

antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 11 161

39 Rosenwald RH and Chenicek JA Alkyl hiacutedroxy anisoles as

antioxidants J Am Oil Chem Soco (1951)28185

40 Cuvelier M Richard H and Berset C Comparison of the

Antioxiacutedative of sorne acid-phenols Structure-Activity Relationship Biosci

Biacuteotech Biochem (1992) 56(2) 324-325

41 Pokorny j Autoxidation of unsaturated Lipids Ed Academic Press

London (1987)141-206

Aacute

52

42 Marinova E and Yanishlieva N Inhibited oxidation of Lipids 11

Comparison of the Antioxidative properties of some hydroxy derivatives of

benzoic and cinnamic acids Fat scL Technol (1992) 11 428-432

43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

Antioxidative activity of some phenolic acids JAOCS (1994) 71(4) 427shy

434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

M Flavonoids Antioxidant J Am Chem Soc (1994) 116 4846-4851

45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

edible oiacutels Structural criteria for activity Food Chem (1983) 1047-55

46 Letan A The relation of structure to antioxidant activity of quercetin

and some of iexclts derivates 11 Secondary ( Metal-complexing) activity J Food

Sciacute (1966) 395-399

47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

i iexcl

53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

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54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

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54

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254

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Page 35: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

30

Las consideraciones planteadas a continuacioacuten son el resultado de

una revisioacuten bibliograacutefica sobre la relacioacuten estructura actividad de

antioxidantes tipo flavonoides y anaacutelogos no implica esto que el autor este

de acuerdo con todo lo expuesto

El fenol es un antioxidante pobre pero las sustituciones por grupos

alquiacuteJicos en las posiciones 246 incrementan la densidad electroacutenica sobre

el grupo hidroacutexilo por efecto inductivo aumentando asiacute la reactividad haciacutea

los radicales lipiacutedicos 14 15

El radical fenoxilo formado al reaccionar un fenol con un radical

lipiacutedico es estabilizado por deslocalizacioacuten del par de electrones alrededor

del anillo aromaacutetico como se indica en las siguientes estructuras

resonantes

bull

bull

31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

i iexcl

53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

phospholipids and amino compound J Am Soco Di

54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

254

56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

133

57 Namiki M Adv Food Res 1988 32115-184

58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

isolated from storage-aged orange juiee J Agrie Food Chem 40 550-52

61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

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31

Al aumentar estabilidad del radical fenoxilo (ArO-) aumenta tambieacuten la

actividad antioxidante pero si se hace extrema disminuye Asiacute que en

principio los sustituyentes que aumentan la estabilidad de ese radical

beneficia la actividad antioxidante 35

Cuando se considera un sustituyente alquiacutelico en posicioacuten orto al

grupo hidroacutexilo como el 2-terbutil hidroxianisol (BHA) y el 26

diterbutiltolueno (BHT) se presentan dos efectos de un lado un efecto

electroacutenico (efecto de campo o inductivo) en el cual hay una estabilizacioacuten

del radical fenoxilo que se ha formado previamente y en el otro caso un

efecto esteacuterico que puede aumentar la estabilidad del radical fenoxilo porque

lo protege pero si el efecto esteacuterico es demasiado grande el poder

antioxidante baja porque se convierte en una obstruccioacuten para alcanzar otras

moleacuteculas oxidables35

La introduccioacuten de un segundo grupo hidroacutexilo al fenoL en las

posicioacuten 2 aumenta la actividad antioxidante La efectividad de un 12

dihidroxibenceno se debe a la formacioacuten de un enlace de hidroacutegeno

intramolecular que estabiliza el radical fenoxil037

32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

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32

Los derivados de los 14 dihidroxibencenos deben su actividad

antioxidante a que los radicales semiquiacutenoides formados inicialmente

pueden ser oxidados posteriormente a una quinona por reaccioacuten con otro

radical lipiacutedico o formar una quinona y una moleacutecula de hidroquinona por

desproporcioacuten36

O OH

OH Omiddot OO QOH OH

7 ROO- ROOH

ROO ROOHOH OH O

La actividad de los 2-metoxifenoles es mucho menor que la del catecol

(12 dihidroxibenceno) debido a que el grupo metoxilo no estabiliza el

radical mediante un enlace de hidroacutegen038

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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27 Barclay LRC Edwars CD Mukai K Egawa Y and Nishi T

Chaiacuten-Breaking Naphtholic antioxidants Antioxidant activiacuteties of

-

I

50

polyalkylbenzochromenol and 23-Dihydro-5-hydroxy-224shy

trimethylnaphtho[12-bfuran compared to an a-tocopherol model in sodium

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-

51

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Aacute

52

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43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

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434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

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48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

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i iexcl

53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

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Page 38: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

bull

33

Cuvelier y colaboradores394o encontraron que los aacutecidos ortoshy

difenolicos como el protocatecuico y cafeacuteico tienen mayor actividad

antioxidante que los respectivos monofenoles ( p-hidroxibenzoico y pshy

cumaacuterico) ademaacutes el aacutecido gaacutelico con 3 grupos hidroxilos es maacutes activo

que el protocatecuico Sin embargo POkorny40 reporta que la presencia de

maacutes de 3 grupos hidroxilos sobre un nuacutecleo aromaacutetico no mejora la

eficiencia antioxidante

Los sustituyentes donadores de electrones en posiciones orto o para

al grupo hidroacutexilo aumentan la actividad antioxidante Por ejemplo el aacutecido

sinaacutepico tiene mayor actividad que el aacutecido feruacutelico y este a su vez mayor

que el aacutecido p-hidroxibenzoico En el grupo de los aacutecidos fenoacutelicos en

general se encuentra que los grupos sustituyentes dadores de electrones

mejoran la actividad antioxidante Los aacutecido cinaacutemicos son maacutes activos que

los benzoicos respectivos porque el grupo C=C aumenta la conjugacioacuten del

radical fenoxilo 4142 ( Figura 3)

Los flavonoides (Figura 4) son conocidos como antioxidantes

primarios debido a la presencia de hidroacutegenos fenoacutelicos sin embargo

pueden actuar como aceptores de radicales libres y de acuerdo al pH en

que se encuentre forman quelatos con trazas de metales

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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-

I

50

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51

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Aacute

52

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434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

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45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

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48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

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i iexcl

53

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254

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Page 39: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

4344

34

Los flavonoides son antioxidantes naturales que se encuentran en los

tejidos vegetales formando glicoacutesidos La funcioacuten bimodal de los flavonoides

como antioxidantes en la mayoriacutea de los casos no es diferenciable

actuando muchas veces de manera sinergistica Asiacute por ejemplo las 35

dihidroflavonas forman quelatos muy estables con Cu+2 mientras que las

flavonas con maacutes de dos hidroxilos especialmente en las posiciones 3 y 4

como la fisetina quercetina y luteolina son buenos antioxidantes primarios

La posicioacuten y el grado de hidroxilacioacuten son determinantes en la

actividad antioxidante de los flavonoides La o-dihidroxilacioacuten del anillo B

contribuye eficientemente en la actividad antioxidante Todos los

flavonoides hidroxilados en las posiciones 3 4 poseen actividad

antioxidante45 Las flavonas robinetina y la miricetina tienen un grupo

hidroacutexilo adicional en la posicioacuten 5 que ayuda a aumentar la actividad

respecto a los que no lo poseen como la fisetina y quercetina47

En las flavonas se ha encontrado que el agrupamiento de los

hidroxilos en posiciones orto sobre un anillo produce antioxidantes muy

potentes por ejemplo35834 pentahidroxiflavonas Mientras que las

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

BIBLIOGRAFiacuteA

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Nutrition Food Technol May 106-111

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-47

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diphenilamine The importanee of hydrogen bonding on their radical-trapping

(antioxidant) aetivitiacutees J Org Chem 61 1316-1321

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Antioxidants Hudson BJF Ed Elsevier Amsterdan P 99

18 Howard JA and Ingold KU The inhibited autoxidation of stirene

Part 11 The relative inhibiting efficiencies of meta-and par-substituted

phenols Can JChem (1963)411744-1751

19 Howard JA and Ingold KU The inhibited autoxidation of stirene

Part 111 The relative inhibiting efficiencies of orto alkyl phenols Can J

Chem (1963) 412800-2806

20 MukaiK Fukuda K Tajima K and Ishizu K A kinetic study of

reactions of tocopherols with a substituted phenoxyl radical J Org Chem

(1988) 53 430-432

21 Burton G W Le Page Y Gabe EJ and Ingold KU Antioxidant

activity of vitamin E and related phenols Importance of stereolectronics

factors J Am Chem Soco (1980)1027791-7792

49

22 Burkey TJ Castelhano AL Griller D and Lossing FP Heats

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23 Niki E Kawakami A Saito M Yamamoto Y Tsuchiya J and

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26 Barclay LRC Vinquist MR Itoh 5 and Motimoto H Chainshy

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polyalkylchromanols Tocopherol analogs hidroquinones and superior

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27 Barclay LRC Edwars CD Mukai K Egawa Y and Nishi T

Chaiacuten-Breaking Naphtholic antioxidants Antioxidant activiacuteties of

-

I

50

polyalkylbenzochromenol and 23-Dihydro-5-hydroxy-224shy

trimethylnaphtho[12-bfuran compared to an a-tocopherol model in sodium

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28 WangH Cao G And Pryor R Total antioxidant capacity of fruits

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29 Brannan RG and Erieson M Quantification of antioxidants in

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32 Amarowies R And Shahidi F 1995 Antioxiacutedant activiacutety of green tea

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47-56

33 Esaki H Onozaki H Kawasaki S And Osawa T 1996 New

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-

51

34 Chen Ch And Ho Ch 1995 Antioxidants praperties of polyfenols

extracted from green and black teas Journal of Food Lipids 2 35-46

35 Gordon MH The mechanism of antioxidant action in vitra in Food

Antioxidants Hudson BJF Ed Elsevier Amsterdam 1990 1

37 Shahidi F Janitha PK and Wanasundara PD Phenolic

Antioxidants Critical Reviews in Food Science and Nutrition (1992)

32(1 )67 -103

38 Dziedzic S Z and Hudson BJF Hydroxyisoflavones as

antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 11 161

39 Rosenwald RH and Chenicek JA Alkyl hiacutedroxy anisoles as

antioxidants J Am Oil Chem Soco (1951)28185

40 Cuvelier M Richard H and Berset C Comparison of the

Antioxiacutedative of sorne acid-phenols Structure-Activity Relationship Biosci

Biacuteotech Biochem (1992) 56(2) 324-325

41 Pokorny j Autoxidation of unsaturated Lipids Ed Academic Press

London (1987)141-206

Aacute

52

42 Marinova E and Yanishlieva N Inhibited oxidation of Lipids 11

Comparison of the Antioxidative properties of some hydroxy derivatives of

benzoic and cinnamic acids Fat scL Technol (1992) 11 428-432

43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

Antioxidative activity of some phenolic acids JAOCS (1994) 71(4) 427shy

434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

M Flavonoids Antioxidant J Am Chem Soc (1994) 116 4846-4851

45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

edible oiacutels Structural criteria for activity Food Chem (1983) 1047-55

46 Letan A The relation of structure to antioxidant activity of quercetin

and some of iexclts derivates 11 Secondary ( Metal-complexing) activity J Food

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47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

i iexcl

53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

phospholipids and amino compound J Am Soco Di

54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

254

56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

133

57 Namiki M Adv Food Res 1988 32115-184

58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

isolated from storage-aged orange juiee J Agrie Food Chem 40 550-52

61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

Page 40: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

35

hidroxilaciones 57 del anillo A aparentemente tienen poca influencia sobre

la actividad antioxidante de los compuestos48

Las polihidroxiflavonas se encuentran ampliamente distribuidos en los

diversos productos naturales y tienen un gran efecto estabilizador de la

fraccioacuten lipiacutedica de los tejidos vegetales esta accioacuten estabilizante se debe al

sinergismo como antioxidante primario y secundari049bull

Las chalconas son los precursores naturales de las flavonas y las

flavanonas cuando se ciclan en medios aacutecidos La buteiacutena 2434

dihidroxichalcona y la ocaiacutena 23434 pentahidroxichalcona son maacutes

activas como antioxidante que su respectiva flavanonas

Esta actividad se debe a la formacioacuten de radicales libres estabilizados por

resonancia de acuerdo al siguiente equilibrio 3750

En las isoflavonas para la actividad antioxidante son determinantes

las hidroxilaciones en las posiciones 4 y 5 un ejemplo es la genisteina 38

36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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14 Macfaul PA Ingold KU and Lusztyk J (1996) Kinetie solvent

effeets on hydrogen atom abstraetion from phenol aniline and

diphenilamine The importanee of hydrogen bonding on their radical-trapping

(antioxidant) aetivitiacutees J Org Chem 61 1316-1321

15 Burton GW and Ingold KU Autoxidation of biologiacuteeal moleeules

1 The antioxidant aetivity of vitamin E and related ehain-breaking phenolie

antioxidants in vitro JAm Chem Soe (1981) 1036472-6477

48

16 Burton GW and Ingold KU (1984) p-Carotene An usual type of

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17 Schuler P 1990 Natural Antioxidants exploited commercially In Food

Antioxidants Hudson BJF Ed Elsevier Amsterdan P 99

18 Howard JA and Ingold KU The inhibited autoxidation of stirene

Part 11 The relative inhibiting efficiencies of meta-and par-substituted

phenols Can JChem (1963)411744-1751

19 Howard JA and Ingold KU The inhibited autoxidation of stirene

Part 111 The relative inhibiting efficiencies of orto alkyl phenols Can J

Chem (1963) 412800-2806

20 MukaiK Fukuda K Tajima K and Ishizu K A kinetic study of

reactions of tocopherols with a substituted phenoxyl radical J Org Chem

(1988) 53 430-432

21 Burton G W Le Page Y Gabe EJ and Ingold KU Antioxidant

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factors J Am Chem Soco (1980)1027791-7792

49

22 Burkey TJ Castelhano AL Griller D and Lossing FP Heats

of formation and ionisation potencials of some a- amino-alkyl

JAmChemSoc (1983) 1054701-4703

23 Niki E Kawakami A Saito M Yamamoto Y Tsuchiya J and

Kamiya Y Effect of phytyl side chain of vitamin E on its antioxidant activity

J Biol Chem (1985)2602191-2196

24 Burton GW Foster 00 Perly B Slater TF Smith ICP and

Ingold KU Biologiacutecal antioxiacutedants Phil Trans R Soco Lond (1985) 311

565-578

25 Burton G W and Ingold KU Vitamin E Aplication of the principies

of physical organic chemistry to the exploration of its structure and function

Acc Chem Ress (1986) 19194-201

26 Barclay LRC Vinquist MR Itoh 5 and Motimoto H Chainshy

Breaking phenolic antioxidants Steriacutec and electronic effects in

polyalkylchromanols Tocopherol analogs hidroquinones and superior

antiacuteoxiacutedants of the polyalkylbenzochromanol and naphthofuran class J Org

Chem (1993)587416-7420

27 Barclay LRC Edwars CD Mukai K Egawa Y and Nishi T

Chaiacuten-Breaking Naphtholic antioxidants Antioxidant activiacuteties of

-

I

50

polyalkylbenzochromenol and 23-Dihydro-5-hydroxy-224shy

trimethylnaphtho[12-bfuran compared to an a-tocopherol model in sodium

dodecyl sulfate micelles J Org Chem (1995)602739-2744

28 WangH Cao G And Pryor R Total antioxidant capacity of fruits

1996 J Agrc Food Chem 44 701-705

29 Brannan RG and Erieson M Quantification of antioxidants in

chanel catfish during frozen storage 1996 J Agrc Food Chem 44 1361-66

30 Frankel EN Huang Aesehbaeh R And Pryor E 1996

Antioxidant activity of a Rosemary extract and its constituents Carnosic acid

Carnasol and Rosmarinic acid in bulk oil and oil-in water emulsion J Agrc

Food Chem 44131-135

31 Asamarai A Addis PB Epley R And Kriek T 1996 Wild rice

hull antioxidants J Agrc Food Chem 44 126-130

32 Amarowies R And Shahidi F 1995 Antioxiacutedant activiacutety of green tea

catechiacutens in a p-carotene-linoleate model system Journal of Food Lipids 2

47-56

33 Esaki H Onozaki H Kawasaki S And Osawa T 1996 New

antioxidants isolated from tempech J Agrc Food Chem 44 126-130

-

51

34 Chen Ch And Ho Ch 1995 Antioxidants praperties of polyfenols

extracted from green and black teas Journal of Food Lipids 2 35-46

35 Gordon MH The mechanism of antioxidant action in vitra in Food

Antioxidants Hudson BJF Ed Elsevier Amsterdam 1990 1

37 Shahidi F Janitha PK and Wanasundara PD Phenolic

Antioxidants Critical Reviews in Food Science and Nutrition (1992)

32(1 )67 -103

38 Dziedzic S Z and Hudson BJF Hydroxyisoflavones as

antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 11 161

39 Rosenwald RH and Chenicek JA Alkyl hiacutedroxy anisoles as

antioxidants J Am Oil Chem Soco (1951)28185

40 Cuvelier M Richard H and Berset C Comparison of the

Antioxiacutedative of sorne acid-phenols Structure-Activity Relationship Biosci

Biacuteotech Biochem (1992) 56(2) 324-325

41 Pokorny j Autoxidation of unsaturated Lipids Ed Academic Press

London (1987)141-206

Aacute

52

42 Marinova E and Yanishlieva N Inhibited oxidation of Lipids 11

Comparison of the Antioxidative properties of some hydroxy derivatives of

benzoic and cinnamic acids Fat scL Technol (1992) 11 428-432

43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

Antioxidative activity of some phenolic acids JAOCS (1994) 71(4) 427shy

434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

M Flavonoids Antioxidant J Am Chem Soc (1994) 116 4846-4851

45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

edible oiacutels Structural criteria for activity Food Chem (1983) 1047-55

46 Letan A The relation of structure to antioxidant activity of quercetin

and some of iexclts derivates 11 Secondary ( Metal-complexing) activity J Food

Sciacute (1966) 395-399

47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

i iexcl

53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

phospholipids and amino compound J Am Soco Di

54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

254

56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

133

57 Namiki M Adv Food Res 1988 32115-184

58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

isolated from storage-aged orange juiee J Agrie Food Chem 40 550-52

61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

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36

-shyOH

CH=CH-COOH

aacutecido cafeacuteico aacutecido p- cumaacuterico

HO-Q-COOH

aacutecido vaniacutelico aacutecido p- hidroxibenzoico

O~Ogt-COOH CI-bO

aacutecido siriacutengico aacutecido Feruacutelico

rUiacuteCOOH

H05

HO~ CH30 O CH=CH-COOH

OH

aacutecido protocatecuico aacutecido sinaacutepico

Figura 9 Aacutecidos fenoacutelicos antioxidantes

37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

BIBLIOGRAFiacuteA

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38 Dziedzic S Z and Hudson BJF Hydroxyisoflavones as

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Aacute

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43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

Antioxidative activity of some phenolic acids JAOCS (1994) 71(4) 427shy

434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

M Flavonoids Antioxidant J Am Chem Soc (1994) 116 4846-4851

45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

edible oiacutels Structural criteria for activity Food Chem (1983) 1047-55

46 Letan A The relation of structure to antioxidant activity of quercetin

and some of iexclts derivates 11 Secondary ( Metal-complexing) activity J Food

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47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

i iexcl

53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

phospholipids and amino compound J Am Soco Di

54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

254

56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

133

57 Namiki M Adv Food Res 1988 32115-184

58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

isolated from storage-aged orange juiee J Agrie Food Chem 40 550-52

61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

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37

13

Flavonas 8 Quercetina 35734 pentahiacutedroxiacute

Fiacutesetina 373 4 Tetrahidroxi 7cxo6~ I Robinetiacutena 37345 Pentahiacutedroxiacute 5 I

O

Flavanonas Naringenina 354 Trihidroxi Hesperitiacutena 573 Trihiacutedroxiacute-4 metogtc

Chalconas Buteiacutena 2434 Tetrahiacutedroxi

Isoflavonas Genisteina 574 trihidroxi

3

Figura 10 Estructuras de algunos flavonoides

antioxidantes

bull

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

BIBLIOGRAFiacuteA

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49

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27 Barclay LRC Edwars CD Mukai K Egawa Y and Nishi T

Chaiacuten-Breaking Naphtholic antioxidants Antioxidant activiacuteties of

-

I

50

polyalkylbenzochromenol and 23-Dihydro-5-hydroxy-224shy

trimethylnaphtho[12-bfuran compared to an a-tocopherol model in sodium

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33 Esaki H Onozaki H Kawasaki S And Osawa T 1996 New

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-

51

34 Chen Ch And Ho Ch 1995 Antioxidants praperties of polyfenols

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35 Gordon MH The mechanism of antioxidant action in vitra in Food

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37 Shahidi F Janitha PK and Wanasundara PD Phenolic

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32(1 )67 -103

38 Dziedzic S Z and Hudson BJF Hydroxyisoflavones as

antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 11 161

39 Rosenwald RH and Chenicek JA Alkyl hiacutedroxy anisoles as

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40 Cuvelier M Richard H and Berset C Comparison of the

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41 Pokorny j Autoxidation of unsaturated Lipids Ed Academic Press

London (1987)141-206

Aacute

52

42 Marinova E and Yanishlieva N Inhibited oxidation of Lipids 11

Comparison of the Antioxidative properties of some hydroxy derivatives of

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43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

Antioxidative activity of some phenolic acids JAOCS (1994) 71(4) 427shy

434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

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45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

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47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

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Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

i iexcl

53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

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3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

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52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

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120

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54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

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Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

254

56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

133

57 Namiki M Adv Food Res 1988 32115-184

58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

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60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

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62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

Page 43: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

38

312 ANTIOXIDANTES SECUNDARIOS

Son aquellos compuestos que retardan la velocidad de oxidacioacuten de los

liacutepidos por un mecanismo diferente a a interrupcioacuten de la cadena de los

radicales libres Estos pueden operar por una variedad de mecanismos que

incluyen agentes acomplejantes atrapadores de oxiacutegeno especies que

descomponen los hidroperoacutexidos formados previamente desactivadores de

oxigeno singlete entre otros Los antioxidantes secundarios muestran

actividad siempre y cuando se encuentre presente otra especie Por ejemplo

los agentes secuestrantes son efectivos en la presencia de iones metaacutelicos

3121 AGENTES SECUESTRANTES La quelacioacuten de los iones

metaacutelicos por algunos componentes de los alimentos reduce su efecto proshy

oxidante elevando la enegiacutea de activacioacuten de las reacciones de iniciacioacuten

Los agentes quelantes que forman enlaces de tipo sigma a con los metales

como el aacutecido ciacutetrico aacutecido etilendiamio tetracetico (EDTA) aacutecido fosfoacuterico y

sus derivados son compuestos efectivos como antioxidantes secundarios

porque reducen el potencial de redox del metal Se ha encontrado que los

agentes queantes que interactuacutean con los metales mediante enlaces de tipo

x como las bases nitrogenadas aumentan el potencial redox y aceleran los

procesos oxidativos actuando entonces como agentes pro-oxidantes

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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18 Howard JA and Ingold KU The inhibited autoxidation of stirene

Part 11 The relative inhibiting efficiencies of meta-and par-substituted

phenols Can JChem (1963)411744-1751

19 Howard JA and Ingold KU The inhibited autoxidation of stirene

Part 111 The relative inhibiting efficiencies of orto alkyl phenols Can J

Chem (1963) 412800-2806

20 MukaiK Fukuda K Tajima K and Ishizu K A kinetic study of

reactions of tocopherols with a substituted phenoxyl radical J Org Chem

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21 Burton G W Le Page Y Gabe EJ and Ingold KU Antioxidant

activity of vitamin E and related phenols Importance of stereolectronics

factors J Am Chem Soco (1980)1027791-7792

49

22 Burkey TJ Castelhano AL Griller D and Lossing FP Heats

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antiacuteoxiacutedants of the polyalkylbenzochromanol and naphthofuran class J Org

Chem (1993)587416-7420

27 Barclay LRC Edwars CD Mukai K Egawa Y and Nishi T

Chaiacuten-Breaking Naphtholic antioxidants Antioxidant activiacuteties of

-

I

50

polyalkylbenzochromenol and 23-Dihydro-5-hydroxy-224shy

trimethylnaphtho[12-bfuran compared to an a-tocopherol model in sodium

dodecyl sulfate micelles J Org Chem (1995)602739-2744

28 WangH Cao G And Pryor R Total antioxidant capacity of fruits

1996 J Agrc Food Chem 44 701-705

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chanel catfish during frozen storage 1996 J Agrc Food Chem 44 1361-66

30 Frankel EN Huang Aesehbaeh R And Pryor E 1996

Antioxidant activity of a Rosemary extract and its constituents Carnosic acid

Carnasol and Rosmarinic acid in bulk oil and oil-in water emulsion J Agrc

Food Chem 44131-135

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51

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38 Dziedzic S Z and Hudson BJF Hydroxyisoflavones as

antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 11 161

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antioxidants J Am Oil Chem Soco (1951)28185

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Aacute

52

42 Marinova E and Yanishlieva N Inhibited oxidation of Lipids 11

Comparison of the Antioxidative properties of some hydroxy derivatives of

benzoic and cinnamic acids Fat scL Technol (1992) 11 428-432

43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

Antioxidative activity of some phenolic acids JAOCS (1994) 71(4) 427shy

434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

M Flavonoids Antioxidant J Am Chem Soc (1994) 116 4846-4851

45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

edible oiacutels Structural criteria for activity Food Chem (1983) 1047-55

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and some of iexclts derivates 11 Secondary ( Metal-complexing) activity J Food

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47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

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48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

i iexcl

53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

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54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

254

56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

133

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58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

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61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

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Page 44: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

39

El EDTA es muy usado en la industria alimenticia es un agente

acomplejante que tiene numero de coordinacioacuten 6 lo que confiere a sus

complejos una alta estabilidad termodinaacutemica debido a su estructura

tridimensional se usa para disminuir la rancidez en margarinas provocada

por la presencia de cobre (11) El aacutecido ciacutetrico es un agente quelante menos

fuerte que el EDTA sin embargo su uso en alimentos es mas amplio y

puede retardar el deterioro oxidativo de liacutepidos y es comuacutenmente adicionado

a los aceites vegetales despueacutes del proceso de deodorizacioacuten para evitar su

degradacioacuten17

3122 INACTIVADORES DE OXiacuteGENO SINGLETE

El fl-caroteno actuacutea tambieacuten como un inactivador fotoquiacutemico del oxigeno

singlete formado por alguacuten sensibilizador en el medio de reaccioacuten

1 1fl-caroteno + calor

bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

BIBLIOGRAFiacuteA

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133

57 Namiki M Adv Food Res 1988 32115-184

58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

isolated from storage-aged orange juiee J Agrie Food Chem 40 550-52

61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

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bull

40

Clements y col en 19735deg demostraron que el ~-caroteno a

concentraciones de 046 ppm reduce el nivel de peroxidos en aceite de soya

despueacutes de 6 horas a 20degC En general el efecto atenuador de los

carotenoides es muy raacutepido y actuacutean impidiendo la transferencia de energiacutea

de la clorofila excitada al oxigeno triplete Los carotenoides se usan para

proteger los alimentos grasos de los procesos de fotoxigenacioacuten

313 ANTIOXIDANTES CON MUacuteLTIPLES FUNCIONES

Se ha encontrado que los fosfoliacutepidos los productos de la reaccioacuten de

Maillard los flavonoides y aacutecidos fenoacutelicos inhiben los procesos oxidativos

por diversos mecanismos

3131 FOSFOLiacutePIDOS Los fosfoliacutepidos no tienen un mecanismo

definido en su accioacuten como antioxidantes Sin embargo pueden actuar como

bases de Lewis y acomplejar metales El mayor uso de los fosfoliacutepidos se ha

realizado en su funcioacuten como sinergistas en la presencia de antioxidantes

naturales tipo tocoferoles y flavonoides Hudson y Ghavami51 observaron

que las propiedades antioxidantes del dipalmitoil fosfatidiacutel etanolamina en

combinacioacuten con el a-tocoferol incrementan la accioacuten antioxidante cuando

se aumenta la concentracioacuten de estos hasta un 06

bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

BIBLIOGRAFiacuteA

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Nutrition Food Technol May 106-111

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-47

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14 Macfaul PA Ingold KU and Lusztyk J (1996) Kinetie solvent

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diphenilamine The importanee of hydrogen bonding on their radical-trapping

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48

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17 Schuler P 1990 Natural Antioxidants exploited commercially In Food

Antioxidants Hudson BJF Ed Elsevier Amsterdan P 99

18 Howard JA and Ingold KU The inhibited autoxidation of stirene

Part 11 The relative inhibiting efficiencies of meta-and par-substituted

phenols Can JChem (1963)411744-1751

19 Howard JA and Ingold KU The inhibited autoxidation of stirene

Part 111 The relative inhibiting efficiencies of orto alkyl phenols Can J

Chem (1963) 412800-2806

20 MukaiK Fukuda K Tajima K and Ishizu K A kinetic study of

reactions of tocopherols with a substituted phenoxyl radical J Org Chem

(1988) 53 430-432

21 Burton G W Le Page Y Gabe EJ and Ingold KU Antioxidant

activity of vitamin E and related phenols Importance of stereolectronics

factors J Am Chem Soco (1980)1027791-7792

49

22 Burkey TJ Castelhano AL Griller D and Lossing FP Heats

of formation and ionisation potencials of some a- amino-alkyl

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23 Niki E Kawakami A Saito M Yamamoto Y Tsuchiya J and

Kamiya Y Effect of phytyl side chain of vitamin E on its antioxidant activity

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24 Burton GW Foster 00 Perly B Slater TF Smith ICP and

Ingold KU Biologiacutecal antioxiacutedants Phil Trans R Soco Lond (1985) 311

565-578

25 Burton G W and Ingold KU Vitamin E Aplication of the principies

of physical organic chemistry to the exploration of its structure and function

Acc Chem Ress (1986) 19194-201

26 Barclay LRC Vinquist MR Itoh 5 and Motimoto H Chainshy

Breaking phenolic antioxidants Steriacutec and electronic effects in

polyalkylchromanols Tocopherol analogs hidroquinones and superior

antiacuteoxiacutedants of the polyalkylbenzochromanol and naphthofuran class J Org

Chem (1993)587416-7420

27 Barclay LRC Edwars CD Mukai K Egawa Y and Nishi T

Chaiacuten-Breaking Naphtholic antioxidants Antioxidant activiacuteties of

-

I

50

polyalkylbenzochromenol and 23-Dihydro-5-hydroxy-224shy

trimethylnaphtho[12-bfuran compared to an a-tocopherol model in sodium

dodecyl sulfate micelles J Org Chem (1995)602739-2744

28 WangH Cao G And Pryor R Total antioxidant capacity of fruits

1996 J Agrc Food Chem 44 701-705

29 Brannan RG and Erieson M Quantification of antioxidants in

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30 Frankel EN Huang Aesehbaeh R And Pryor E 1996

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Food Chem 44131-135

31 Asamarai A Addis PB Epley R And Kriek T 1996 Wild rice

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32 Amarowies R And Shahidi F 1995 Antioxiacutedant activiacutety of green tea

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33 Esaki H Onozaki H Kawasaki S And Osawa T 1996 New

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-

51

34 Chen Ch And Ho Ch 1995 Antioxidants praperties of polyfenols

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35 Gordon MH The mechanism of antioxidant action in vitra in Food

Antioxidants Hudson BJF Ed Elsevier Amsterdam 1990 1

37 Shahidi F Janitha PK and Wanasundara PD Phenolic

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32(1 )67 -103

38 Dziedzic S Z and Hudson BJF Hydroxyisoflavones as

antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 11 161

39 Rosenwald RH and Chenicek JA Alkyl hiacutedroxy anisoles as

antioxidants J Am Oil Chem Soco (1951)28185

40 Cuvelier M Richard H and Berset C Comparison of the

Antioxiacutedative of sorne acid-phenols Structure-Activity Relationship Biosci

Biacuteotech Biochem (1992) 56(2) 324-325

41 Pokorny j Autoxidation of unsaturated Lipids Ed Academic Press

London (1987)141-206

Aacute

52

42 Marinova E and Yanishlieva N Inhibited oxidation of Lipids 11

Comparison of the Antioxidative properties of some hydroxy derivatives of

benzoic and cinnamic acids Fat scL Technol (1992) 11 428-432

43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

Antioxidative activity of some phenolic acids JAOCS (1994) 71(4) 427shy

434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

M Flavonoids Antioxidant J Am Chem Soc (1994) 116 4846-4851

45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

edible oiacutels Structural criteria for activity Food Chem (1983) 1047-55

46 Letan A The relation of structure to antioxidant activity of quercetin

and some of iexclts derivates 11 Secondary ( Metal-complexing) activity J Food

Sciacute (1966) 395-399

47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

i iexcl

53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

phospholipids and amino compound J Am Soco Di

54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

254

56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

133

57 Namiki M Adv Food Res 1988 32115-184

58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

isolated from storage-aged orange juiee J Agrie Food Chem 40 550-52

61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

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bull

41

Se ha encontrado que la fosfatidiletanolamina(PE) actuacutea sinergisticamente

como antioxidante en presencia de hidroxiflavonas algo que no ocurre con

la fosfatidilcolina (PC)52 Mientras que el fosfatidilinositol(PI) la

fosfatidiletanolamina(PE) la fosfatidil serina y el aacutecido fosfatiacutedico fueron

efectivos en proteger fueron efectivos en la proteccioacuten del a-tocoferol

durante la autoxidacioacuten del metil Iinoleat05354

Ademaacutes los fosfoliacutepidos pueden liberar protones y regenerar algunos

antioxidantes primarios como el propilgalato cuando se utiliza

conjuntamente con la fosfatidiletanolamina (PE)

3132 PRODUCTOS DE LA REACCION DE MAILLARD

El uso de las reacciones de pardeamiento de Maiard se ha considerado

como una forma natural de preservacioacuten para retardar la oxidacioacuten de los

alimentos En los primeros trabajos sobre el uso de los productos de las

reacciones de Maillard como antioxidantes se estudioacute la influencia de estos

compuestos formados por la reaccioacuten de glucosa y glicina sobre la

56oxidacioacuten de margarinas55

Los compuestos con actividad antioxidante en la reaccioacuten deMaillardse

pueden formar de diferentes formas asiacute por ejemplo durante el

calentamiento las mezclas de compuestos carbonilicos yaminQs mediante

42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

BIBLIOGRAFiacuteA

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6 Labuza TP (1971) Kinetics of Liacutepid Oxidation in Food Critical

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Byological significance JAm Oil Chem Soco 611908-1915

8 Nelson KA and Labuza TP 1992 Relatioship betwen water and Iipid

oxidation rates In Liacutepid oxidation in Food ACS Washington DC p93-103

94

-47

9 Decker E and Hulyn H 1992 Lipid oxidation in muscle foods viacutea

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10 German MH Zhang H and Berger P 1992 Role de lipoxigenasa in

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11 Frankel EN 1991 Reeent advanees in lipid oxidation J Sei Food

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13 Ingold K U (1968)lnhibition of Autoxidation Adv Chem Ser 75

296-305

14 Macfaul PA Ingold KU and Lusztyk J (1996) Kinetie solvent

effeets on hydrogen atom abstraetion from phenol aniline and

diphenilamine The importanee of hydrogen bonding on their radical-trapping

(antioxidant) aetivitiacutees J Org Chem 61 1316-1321

15 Burton GW and Ingold KU Autoxidation of biologiacuteeal moleeules

1 The antioxidant aetivity of vitamin E and related ehain-breaking phenolie

antioxidants in vitro JAm Chem Soe (1981) 1036472-6477

48

16 Burton GW and Ingold KU (1984) p-Carotene An usual type of

liacutepid antioxidants Science 224 569-573

17 Schuler P 1990 Natural Antioxidants exploited commercially In Food

Antioxidants Hudson BJF Ed Elsevier Amsterdan P 99

18 Howard JA and Ingold KU The inhibited autoxidation of stirene

Part 11 The relative inhibiting efficiencies of meta-and par-substituted

phenols Can JChem (1963)411744-1751

19 Howard JA and Ingold KU The inhibited autoxidation of stirene

Part 111 The relative inhibiting efficiencies of orto alkyl phenols Can J

Chem (1963) 412800-2806

20 MukaiK Fukuda K Tajima K and Ishizu K A kinetic study of

reactions of tocopherols with a substituted phenoxyl radical J Org Chem

(1988) 53 430-432

21 Burton G W Le Page Y Gabe EJ and Ingold KU Antioxidant

activity of vitamin E and related phenols Importance of stereolectronics

factors J Am Chem Soco (1980)1027791-7792

49

22 Burkey TJ Castelhano AL Griller D and Lossing FP Heats

of formation and ionisation potencials of some a- amino-alkyl

JAmChemSoc (1983) 1054701-4703

23 Niki E Kawakami A Saito M Yamamoto Y Tsuchiya J and

Kamiya Y Effect of phytyl side chain of vitamin E on its antioxidant activity

J Biol Chem (1985)2602191-2196

24 Burton GW Foster 00 Perly B Slater TF Smith ICP and

Ingold KU Biologiacutecal antioxiacutedants Phil Trans R Soco Lond (1985) 311

565-578

25 Burton G W and Ingold KU Vitamin E Aplication of the principies

of physical organic chemistry to the exploration of its structure and function

Acc Chem Ress (1986) 19194-201

26 Barclay LRC Vinquist MR Itoh 5 and Motimoto H Chainshy

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polyalkylchromanols Tocopherol analogs hidroquinones and superior

antiacuteoxiacutedants of the polyalkylbenzochromanol and naphthofuran class J Org

Chem (1993)587416-7420

27 Barclay LRC Edwars CD Mukai K Egawa Y and Nishi T

Chaiacuten-Breaking Naphtholic antioxidants Antioxidant activiacuteties of

-

I

50

polyalkylbenzochromenol and 23-Dihydro-5-hydroxy-224shy

trimethylnaphtho[12-bfuran compared to an a-tocopherol model in sodium

dodecyl sulfate micelles J Org Chem (1995)602739-2744

28 WangH Cao G And Pryor R Total antioxidant capacity of fruits

1996 J Agrc Food Chem 44 701-705

29 Brannan RG and Erieson M Quantification of antioxidants in

chanel catfish during frozen storage 1996 J Agrc Food Chem 44 1361-66

30 Frankel EN Huang Aesehbaeh R And Pryor E 1996

Antioxidant activity of a Rosemary extract and its constituents Carnosic acid

Carnasol and Rosmarinic acid in bulk oil and oil-in water emulsion J Agrc

Food Chem 44131-135

31 Asamarai A Addis PB Epley R And Kriek T 1996 Wild rice

hull antioxidants J Agrc Food Chem 44 126-130

32 Amarowies R And Shahidi F 1995 Antioxiacutedant activiacutety of green tea

catechiacutens in a p-carotene-linoleate model system Journal of Food Lipids 2

47-56

33 Esaki H Onozaki H Kawasaki S And Osawa T 1996 New

antioxidants isolated from tempech J Agrc Food Chem 44 126-130

-

51

34 Chen Ch And Ho Ch 1995 Antioxidants praperties of polyfenols

extracted from green and black teas Journal of Food Lipids 2 35-46

35 Gordon MH The mechanism of antioxidant action in vitra in Food

Antioxidants Hudson BJF Ed Elsevier Amsterdam 1990 1

37 Shahidi F Janitha PK and Wanasundara PD Phenolic

Antioxidants Critical Reviews in Food Science and Nutrition (1992)

32(1 )67 -103

38 Dziedzic S Z and Hudson BJF Hydroxyisoflavones as

antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 11 161

39 Rosenwald RH and Chenicek JA Alkyl hiacutedroxy anisoles as

antioxidants J Am Oil Chem Soco (1951)28185

40 Cuvelier M Richard H and Berset C Comparison of the

Antioxiacutedative of sorne acid-phenols Structure-Activity Relationship Biosci

Biacuteotech Biochem (1992) 56(2) 324-325

41 Pokorny j Autoxidation of unsaturated Lipids Ed Academic Press

London (1987)141-206

Aacute

52

42 Marinova E and Yanishlieva N Inhibited oxidation of Lipids 11

Comparison of the Antioxidative properties of some hydroxy derivatives of

benzoic and cinnamic acids Fat scL Technol (1992) 11 428-432

43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

Antioxidative activity of some phenolic acids JAOCS (1994) 71(4) 427shy

434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

M Flavonoids Antioxidant J Am Chem Soc (1994) 116 4846-4851

45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

edible oiacutels Structural criteria for activity Food Chem (1983) 1047-55

46 Letan A The relation of structure to antioxidant activity of quercetin

and some of iexclts derivates 11 Secondary ( Metal-complexing) activity J Food

Sciacute (1966) 395-399

47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

i iexcl

53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

phospholipids and amino compound J Am Soco Di

54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

254

56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

133

57 Namiki M Adv Food Res 1988 32115-184

58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

isolated from storage-aged orange juiee J Agrie Food Chem 40 550-52

61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

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42

las diversas degradaciones de Amadori producen amino reductonas

reductonas o poliacutemeros todos ellos con actividad antioxidante Namiki en

198857 reporta una buena revisioacuten sobre los diversos compuestos

antioxidantes derivados de la reaccioacuten de Maillard y que tienen un gran uso

en los alimentos

Hodge58 y colaboradores demostraron la actividad antioxidante de los

productos de la reaccioacuten de Maillard y su aplicacioacuten en la preservacioacuten de

aceites Evans y colaboradores59 demostraron que las reductonas de igual

forma retardan los procesos oxidativos de aceites vegetales La reductona

es un nombre que se les da a los 3-hidroxi 2-cetopropanos y tienen un

grupo dicarbonilo vecino capaz de enolizar formando asiacute grupos hidroxilos y

enoles que pueden perder hidroacutegenos y funcionar como antioxidantes

primarios

R-C(OH)=C(OH)-CO-R -- R-CO-CO-CO-R

Donde R Y R pueden ser grupos alquilos o ariloso biradicales ciacuteclicos

En este trabajo se usaron tambieacuten amino-reductonas cristalinas formadas

a partir de hexosas y aminas secundarias encontraacutendose inhibicioacuten de los

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

BIBLIOGRAFiacuteA

1 McCord J (1994) Free radicals and Prooxidants in Health and

Nutrition Food Technol May 106-111

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5 Porter NA Caldwell SE and Milis K (1995) Mechaniacutesms of free

radical oxidation of unsaturated Iipids Liacutepids 304 277290

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7 Frankel EN 1984 Liacutepids Oxidation Mechanism products and

Byological significance JAm Oil Chem Soco 611908-1915

8 Nelson KA and Labuza TP 1992 Relatioship betwen water and Iipid

oxidation rates In Liacutepid oxidation in Food ACS Washington DC p93-103

94

-47

9 Decker E and Hulyn H 1992 Lipid oxidation in muscle foods viacutea

redox iron In Lipid oxidation in Food ACS Washington D C p 33-55

10 German MH Zhang H and Berger P 1992 Role de lipoxigenasa in

lipid oxidation in Food ACS Washington DC p 74-93

11 Frankel EN 1991 Reeent advanees in lipid oxidation J Sei Food

Agriacutee 54 495-511

12 Dziezack J D (1986) Preservatives Antioxidants Food Teehnol 9

13 Ingold K U (1968)lnhibition of Autoxidation Adv Chem Ser 75

296-305

14 Macfaul PA Ingold KU and Lusztyk J (1996) Kinetie solvent

effeets on hydrogen atom abstraetion from phenol aniline and

diphenilamine The importanee of hydrogen bonding on their radical-trapping

(antioxidant) aetivitiacutees J Org Chem 61 1316-1321

15 Burton GW and Ingold KU Autoxidation of biologiacuteeal moleeules

1 The antioxidant aetivity of vitamin E and related ehain-breaking phenolie

antioxidants in vitro JAm Chem Soe (1981) 1036472-6477

48

16 Burton GW and Ingold KU (1984) p-Carotene An usual type of

liacutepid antioxidants Science 224 569-573

17 Schuler P 1990 Natural Antioxidants exploited commercially In Food

Antioxidants Hudson BJF Ed Elsevier Amsterdan P 99

18 Howard JA and Ingold KU The inhibited autoxidation of stirene

Part 11 The relative inhibiting efficiencies of meta-and par-substituted

phenols Can JChem (1963)411744-1751

19 Howard JA and Ingold KU The inhibited autoxidation of stirene

Part 111 The relative inhibiting efficiencies of orto alkyl phenols Can J

Chem (1963) 412800-2806

20 MukaiK Fukuda K Tajima K and Ishizu K A kinetic study of

reactions of tocopherols with a substituted phenoxyl radical J Org Chem

(1988) 53 430-432

21 Burton G W Le Page Y Gabe EJ and Ingold KU Antioxidant

activity of vitamin E and related phenols Importance of stereolectronics

factors J Am Chem Soco (1980)1027791-7792

49

22 Burkey TJ Castelhano AL Griller D and Lossing FP Heats

of formation and ionisation potencials of some a- amino-alkyl

JAmChemSoc (1983) 1054701-4703

23 Niki E Kawakami A Saito M Yamamoto Y Tsuchiya J and

Kamiya Y Effect of phytyl side chain of vitamin E on its antioxidant activity

J Biol Chem (1985)2602191-2196

24 Burton GW Foster 00 Perly B Slater TF Smith ICP and

Ingold KU Biologiacutecal antioxiacutedants Phil Trans R Soco Lond (1985) 311

565-578

25 Burton G W and Ingold KU Vitamin E Aplication of the principies

of physical organic chemistry to the exploration of its structure and function

Acc Chem Ress (1986) 19194-201

26 Barclay LRC Vinquist MR Itoh 5 and Motimoto H Chainshy

Breaking phenolic antioxidants Steriacutec and electronic effects in

polyalkylchromanols Tocopherol analogs hidroquinones and superior

antiacuteoxiacutedants of the polyalkylbenzochromanol and naphthofuran class J Org

Chem (1993)587416-7420

27 Barclay LRC Edwars CD Mukai K Egawa Y and Nishi T

Chaiacuten-Breaking Naphtholic antioxidants Antioxidant activiacuteties of

-

I

50

polyalkylbenzochromenol and 23-Dihydro-5-hydroxy-224shy

trimethylnaphtho[12-bfuran compared to an a-tocopherol model in sodium

dodecyl sulfate micelles J Org Chem (1995)602739-2744

28 WangH Cao G And Pryor R Total antioxidant capacity of fruits

1996 J Agrc Food Chem 44 701-705

29 Brannan RG and Erieson M Quantification of antioxidants in

chanel catfish during frozen storage 1996 J Agrc Food Chem 44 1361-66

30 Frankel EN Huang Aesehbaeh R And Pryor E 1996

Antioxidant activity of a Rosemary extract and its constituents Carnosic acid

Carnasol and Rosmarinic acid in bulk oil and oil-in water emulsion J Agrc

Food Chem 44131-135

31 Asamarai A Addis PB Epley R And Kriek T 1996 Wild rice

hull antioxidants J Agrc Food Chem 44 126-130

32 Amarowies R And Shahidi F 1995 Antioxiacutedant activiacutety of green tea

catechiacutens in a p-carotene-linoleate model system Journal of Food Lipids 2

47-56

33 Esaki H Onozaki H Kawasaki S And Osawa T 1996 New

antioxidants isolated from tempech J Agrc Food Chem 44 126-130

-

51

34 Chen Ch And Ho Ch 1995 Antioxidants praperties of polyfenols

extracted from green and black teas Journal of Food Lipids 2 35-46

35 Gordon MH The mechanism of antioxidant action in vitra in Food

Antioxidants Hudson BJF Ed Elsevier Amsterdam 1990 1

37 Shahidi F Janitha PK and Wanasundara PD Phenolic

Antioxidants Critical Reviews in Food Science and Nutrition (1992)

32(1 )67 -103

38 Dziedzic S Z and Hudson BJF Hydroxyisoflavones as

antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 11 161

39 Rosenwald RH and Chenicek JA Alkyl hiacutedroxy anisoles as

antioxidants J Am Oil Chem Soco (1951)28185

40 Cuvelier M Richard H and Berset C Comparison of the

Antioxiacutedative of sorne acid-phenols Structure-Activity Relationship Biosci

Biacuteotech Biochem (1992) 56(2) 324-325

41 Pokorny j Autoxidation of unsaturated Lipids Ed Academic Press

London (1987)141-206

Aacute

52

42 Marinova E and Yanishlieva N Inhibited oxidation of Lipids 11

Comparison of the Antioxidative properties of some hydroxy derivatives of

benzoic and cinnamic acids Fat scL Technol (1992) 11 428-432

43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

Antioxidative activity of some phenolic acids JAOCS (1994) 71(4) 427shy

434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

M Flavonoids Antioxidant J Am Chem Soc (1994) 116 4846-4851

45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

edible oiacutels Structural criteria for activity Food Chem (1983) 1047-55

46 Letan A The relation of structure to antioxidant activity of quercetin

and some of iexclts derivates 11 Secondary ( Metal-complexing) activity J Food

Sciacute (1966) 395-399

47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

i iexcl

53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

phospholipids and amino compound J Am Soco Di

54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

254

56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

133

57 Namiki M Adv Food Res 1988 32115-184

58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

isolated from storage-aged orange juiee J Agrie Food Chem 40 550-52

61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

Page 48: UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA OXIDACIÓN DE …bdigital.unal.edu.co/8413/1/6884161.1997.pdf · de las reacciones más importantes en los ... causa perdidas del valor nutricional

43

procesos oxidativos de diversos aceites vegetales y animales La inhibicioacuten

de la oxidacioacuten por estos compuestos es funcioacuten lineal de la concentracioacuten

cuando se usan entre 000 y 002 Lee en 19926deg encontroacute actividad

antioxidante de los extractos metanoacutelicos de jugo de naranja sobre una

emulsioacuten de aacutecido linoleico a pH = 80 De igual forma la accioacuten antioxidante

se atribuye a las reductonas al ceder aacutetomos de hidrogeno a los radicales

libres previamente formados en el aacutecido

Otro grupo importante de productos de la reaccioacuten de Maillard son los

melanoides formados a partir de la interaccioacuten de amino-carbonilos El

mecanismo de accioacuten antioxidantes de estas estructuras puede ocurrir de

dos forma (1) por la formacioacuten de radicales libres Yamaguchi y

61colaboradores hicieron estudios EPR (resonancia paramaacutegnetica

electroacutenica) de los melanoides productos de la reaccioacuten de la glucosa y la

lisina evidenciando una alta concentracioacuten de radicales libres y (2) por la

capacidad de quelar metales de los melanoides por ejempl062 se ha

sugerido que la estructura hidroxi piridona de los melanoides pueden

acomplejar Fe3 + y reducir su actividad cataliacutetica

bull

-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

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5 Porter NA Caldwell SE and Milis K (1995) Mechaniacutesms of free

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7 Frankel EN 1984 Liacutepids Oxidation Mechanism products and

Byological significance JAm Oil Chem Soco 611908-1915

8 Nelson KA and Labuza TP 1992 Relatioship betwen water and Iipid

oxidation rates In Liacutepid oxidation in Food ACS Washington DC p93-103

94

-47

9 Decker E and Hulyn H 1992 Lipid oxidation in muscle foods viacutea

redox iron In Lipid oxidation in Food ACS Washington D C p 33-55

10 German MH Zhang H and Berger P 1992 Role de lipoxigenasa in

lipid oxidation in Food ACS Washington DC p 74-93

11 Frankel EN 1991 Reeent advanees in lipid oxidation J Sei Food

Agriacutee 54 495-511

12 Dziezack J D (1986) Preservatives Antioxidants Food Teehnol 9

13 Ingold K U (1968)lnhibition of Autoxidation Adv Chem Ser 75

296-305

14 Macfaul PA Ingold KU and Lusztyk J (1996) Kinetie solvent

effeets on hydrogen atom abstraetion from phenol aniline and

diphenilamine The importanee of hydrogen bonding on their radical-trapping

(antioxidant) aetivitiacutees J Org Chem 61 1316-1321

15 Burton GW and Ingold KU Autoxidation of biologiacuteeal moleeules

1 The antioxidant aetivity of vitamin E and related ehain-breaking phenolie

antioxidants in vitro JAm Chem Soe (1981) 1036472-6477

48

16 Burton GW and Ingold KU (1984) p-Carotene An usual type of

liacutepid antioxidants Science 224 569-573

17 Schuler P 1990 Natural Antioxidants exploited commercially In Food

Antioxidants Hudson BJF Ed Elsevier Amsterdan P 99

18 Howard JA and Ingold KU The inhibited autoxidation of stirene

Part 11 The relative inhibiting efficiencies of meta-and par-substituted

phenols Can JChem (1963)411744-1751

19 Howard JA and Ingold KU The inhibited autoxidation of stirene

Part 111 The relative inhibiting efficiencies of orto alkyl phenols Can J

Chem (1963) 412800-2806

20 MukaiK Fukuda K Tajima K and Ishizu K A kinetic study of

reactions of tocopherols with a substituted phenoxyl radical J Org Chem

(1988) 53 430-432

21 Burton G W Le Page Y Gabe EJ and Ingold KU Antioxidant

activity of vitamin E and related phenols Importance of stereolectronics

factors J Am Chem Soco (1980)1027791-7792

49

22 Burkey TJ Castelhano AL Griller D and Lossing FP Heats

of formation and ionisation potencials of some a- amino-alkyl

JAmChemSoc (1983) 1054701-4703

23 Niki E Kawakami A Saito M Yamamoto Y Tsuchiya J and

Kamiya Y Effect of phytyl side chain of vitamin E on its antioxidant activity

J Biol Chem (1985)2602191-2196

24 Burton GW Foster 00 Perly B Slater TF Smith ICP and

Ingold KU Biologiacutecal antioxiacutedants Phil Trans R Soco Lond (1985) 311

565-578

25 Burton G W and Ingold KU Vitamin E Aplication of the principies

of physical organic chemistry to the exploration of its structure and function

Acc Chem Ress (1986) 19194-201

26 Barclay LRC Vinquist MR Itoh 5 and Motimoto H Chainshy

Breaking phenolic antioxidants Steriacutec and electronic effects in

polyalkylchromanols Tocopherol analogs hidroquinones and superior

antiacuteoxiacutedants of the polyalkylbenzochromanol and naphthofuran class J Org

Chem (1993)587416-7420

27 Barclay LRC Edwars CD Mukai K Egawa Y and Nishi T

Chaiacuten-Breaking Naphtholic antioxidants Antioxidant activiacuteties of

-

I

50

polyalkylbenzochromenol and 23-Dihydro-5-hydroxy-224shy

trimethylnaphtho[12-bfuran compared to an a-tocopherol model in sodium

dodecyl sulfate micelles J Org Chem (1995)602739-2744

28 WangH Cao G And Pryor R Total antioxidant capacity of fruits

1996 J Agrc Food Chem 44 701-705

29 Brannan RG and Erieson M Quantification of antioxidants in

chanel catfish during frozen storage 1996 J Agrc Food Chem 44 1361-66

30 Frankel EN Huang Aesehbaeh R And Pryor E 1996

Antioxidant activity of a Rosemary extract and its constituents Carnosic acid

Carnasol and Rosmarinic acid in bulk oil and oil-in water emulsion J Agrc

Food Chem 44131-135

31 Asamarai A Addis PB Epley R And Kriek T 1996 Wild rice

hull antioxidants J Agrc Food Chem 44 126-130

32 Amarowies R And Shahidi F 1995 Antioxiacutedant activiacutety of green tea

catechiacutens in a p-carotene-linoleate model system Journal of Food Lipids 2

47-56

33 Esaki H Onozaki H Kawasaki S And Osawa T 1996 New

antioxidants isolated from tempech J Agrc Food Chem 44 126-130

-

51

34 Chen Ch And Ho Ch 1995 Antioxidants praperties of polyfenols

extracted from green and black teas Journal of Food Lipids 2 35-46

35 Gordon MH The mechanism of antioxidant action in vitra in Food

Antioxidants Hudson BJF Ed Elsevier Amsterdam 1990 1

37 Shahidi F Janitha PK and Wanasundara PD Phenolic

Antioxidants Critical Reviews in Food Science and Nutrition (1992)

32(1 )67 -103

38 Dziedzic S Z and Hudson BJF Hydroxyisoflavones as

antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 11 161

39 Rosenwald RH and Chenicek JA Alkyl hiacutedroxy anisoles as

antioxidants J Am Oil Chem Soco (1951)28185

40 Cuvelier M Richard H and Berset C Comparison of the

Antioxiacutedative of sorne acid-phenols Structure-Activity Relationship Biosci

Biacuteotech Biochem (1992) 56(2) 324-325

41 Pokorny j Autoxidation of unsaturated Lipids Ed Academic Press

London (1987)141-206

Aacute

52

42 Marinova E and Yanishlieva N Inhibited oxidation of Lipids 11

Comparison of the Antioxidative properties of some hydroxy derivatives of

benzoic and cinnamic acids Fat scL Technol (1992) 11 428-432

43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

Antioxidative activity of some phenolic acids JAOCS (1994) 71(4) 427shy

434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

M Flavonoids Antioxidant J Am Chem Soc (1994) 116 4846-4851

45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

edible oiacutels Structural criteria for activity Food Chem (1983) 1047-55

46 Letan A The relation of structure to antioxidant activity of quercetin

and some of iexclts derivates 11 Secondary ( Metal-complexing) activity J Food

Sciacute (1966) 395-399

47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

i iexcl

53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

phospholipids and amino compound J Am Soco Di

54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

254

56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

133

57 Namiki M Adv Food Res 1988 32115-184

58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

isolated from storage-aged orange juiee J Agrie Food Chem 40 550-52

61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

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-44

CONCLUSIONES

Esta revisioacuten bibliograacutefica permite establecer las siguientes

conclusiones

- La oxidacioacuten de liacutepidos es un fenoacutemeno que ocurre por reacciones en

cadena de radicales libres y tiene las etapas de iniciacioacuten propagacioacuten y

terminacioacuten

- La prevencioacuten de la oxidacioacuten de liacutepidos es la mejor forma de garantizar

la calidad de los productos alimenticios por lo cual se justifica el uso de

antioxidantes y asiacute extender el tiempo uacutetil y reducir peacuterdidas nutricionales

- La etapa de iniciacioacuten es una etapa difiacutecil de controlar porque para que

se inicie el proceso oxidativo se necesitan cantidades muy pequentildeas de

oxiacutegeno y resulta antieconoacutemico retirar totalmente el oxigeno presente Sin

embargo se minimizan los efectos de algunos iniciadores usando

antioxidantes secundarios como el EDTA aacutecido ascoacuterbico aacutecido ciacutetrico pshy

caroteno entre otros

- La etapa de propagacioacuten es la determinante dentro del proceso

oxidativo y en la manera en que se extienda causara un mayor deterioro en

los alimentos Esta etapa es retardada con el uso de antioxidantes primarios

-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

BIBLIOGRAFiacuteA

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Nutrition Food Technol May 106-111

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94

-47

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11 Frankel EN 1991 Reeent advanees in lipid oxidation J Sei Food

Agriacutee 54 495-511

12 Dziezack J D (1986) Preservatives Antioxidants Food Teehnol 9

13 Ingold K U (1968)lnhibition of Autoxidation Adv Chem Ser 75

296-305

14 Macfaul PA Ingold KU and Lusztyk J (1996) Kinetie solvent

effeets on hydrogen atom abstraetion from phenol aniline and

diphenilamine The importanee of hydrogen bonding on their radical-trapping

(antioxidant) aetivitiacutees J Org Chem 61 1316-1321

15 Burton GW and Ingold KU Autoxidation of biologiacuteeal moleeules

1 The antioxidant aetivity of vitamin E and related ehain-breaking phenolie

antioxidants in vitro JAm Chem Soe (1981) 1036472-6477

48

16 Burton GW and Ingold KU (1984) p-Carotene An usual type of

liacutepid antioxidants Science 224 569-573

17 Schuler P 1990 Natural Antioxidants exploited commercially In Food

Antioxidants Hudson BJF Ed Elsevier Amsterdan P 99

18 Howard JA and Ingold KU The inhibited autoxidation of stirene

Part 11 The relative inhibiting efficiencies of meta-and par-substituted

phenols Can JChem (1963)411744-1751

19 Howard JA and Ingold KU The inhibited autoxidation of stirene

Part 111 The relative inhibiting efficiencies of orto alkyl phenols Can J

Chem (1963) 412800-2806

20 MukaiK Fukuda K Tajima K and Ishizu K A kinetic study of

reactions of tocopherols with a substituted phenoxyl radical J Org Chem

(1988) 53 430-432

21 Burton G W Le Page Y Gabe EJ and Ingold KU Antioxidant

activity of vitamin E and related phenols Importance of stereolectronics

factors J Am Chem Soco (1980)1027791-7792

49

22 Burkey TJ Castelhano AL Griller D and Lossing FP Heats

of formation and ionisation potencials of some a- amino-alkyl

JAmChemSoc (1983) 1054701-4703

23 Niki E Kawakami A Saito M Yamamoto Y Tsuchiya J and

Kamiya Y Effect of phytyl side chain of vitamin E on its antioxidant activity

J Biol Chem (1985)2602191-2196

24 Burton GW Foster 00 Perly B Slater TF Smith ICP and

Ingold KU Biologiacutecal antioxiacutedants Phil Trans R Soco Lond (1985) 311

565-578

25 Burton G W and Ingold KU Vitamin E Aplication of the principies

of physical organic chemistry to the exploration of its structure and function

Acc Chem Ress (1986) 19194-201

26 Barclay LRC Vinquist MR Itoh 5 and Motimoto H Chainshy

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Chem (1993)587416-7420

27 Barclay LRC Edwars CD Mukai K Egawa Y and Nishi T

Chaiacuten-Breaking Naphtholic antioxidants Antioxidant activiacuteties of

-

I

50

polyalkylbenzochromenol and 23-Dihydro-5-hydroxy-224shy

trimethylnaphtho[12-bfuran compared to an a-tocopherol model in sodium

dodecyl sulfate micelles J Org Chem (1995)602739-2744

28 WangH Cao G And Pryor R Total antioxidant capacity of fruits

1996 J Agrc Food Chem 44 701-705

29 Brannan RG and Erieson M Quantification of antioxidants in

chanel catfish during frozen storage 1996 J Agrc Food Chem 44 1361-66

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Carnasol and Rosmarinic acid in bulk oil and oil-in water emulsion J Agrc

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31 Asamarai A Addis PB Epley R And Kriek T 1996 Wild rice

hull antioxidants J Agrc Food Chem 44 126-130

32 Amarowies R And Shahidi F 1995 Antioxiacutedant activiacutety of green tea

catechiacutens in a p-carotene-linoleate model system Journal of Food Lipids 2

47-56

33 Esaki H Onozaki H Kawasaki S And Osawa T 1996 New

antioxidants isolated from tempech J Agrc Food Chem 44 126-130

-

51

34 Chen Ch And Ho Ch 1995 Antioxidants praperties of polyfenols

extracted from green and black teas Journal of Food Lipids 2 35-46

35 Gordon MH The mechanism of antioxidant action in vitra in Food

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37 Shahidi F Janitha PK and Wanasundara PD Phenolic

Antioxidants Critical Reviews in Food Science and Nutrition (1992)

32(1 )67 -103

38 Dziedzic S Z and Hudson BJF Hydroxyisoflavones as

antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 11 161

39 Rosenwald RH and Chenicek JA Alkyl hiacutedroxy anisoles as

antioxidants J Am Oil Chem Soco (1951)28185

40 Cuvelier M Richard H and Berset C Comparison of the

Antioxiacutedative of sorne acid-phenols Structure-Activity Relationship Biosci

Biacuteotech Biochem (1992) 56(2) 324-325

41 Pokorny j Autoxidation of unsaturated Lipids Ed Academic Press

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Aacute

52

42 Marinova E and Yanishlieva N Inhibited oxidation of Lipids 11

Comparison of the Antioxidative properties of some hydroxy derivatives of

benzoic and cinnamic acids Fat scL Technol (1992) 11 428-432

43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

Antioxidative activity of some phenolic acids JAOCS (1994) 71(4) 427shy

434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

M Flavonoids Antioxidant J Am Chem Soc (1994) 116 4846-4851

45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

edible oiacutels Structural criteria for activity Food Chem (1983) 1047-55

46 Letan A The relation of structure to antioxidant activity of quercetin

and some of iexclts derivates 11 Secondary ( Metal-complexing) activity J Food

Sciacute (1966) 395-399

47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

i iexcl

53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

phospholipids and amino compound J Am Soco Di

54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

254

56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

133

57 Namiki M Adv Food Res 1988 32115-184

58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

isolated from storage-aged orange juiee J Agrie Food Chem 40 550-52

61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

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-45

(aminas O fenoles) como el BHA BHT propilgalatos tocoferoles NOGA

entre otros

- La etapa de terminacioacuten no es muy importante en la quiacutemica de liacutepidos

porque los dantildeos oxidativos maacutes perceptibles ocurren por causa de las

reacciones laterales con la produccioacuten de compuestos volaacutetiles como las

cetonas aldehiacutedos aacutecidos los cuales conllevan a la rancidez y el deterioro

de los alimentos

- Existen antioxidantes que tienen mecanismo de accioacuten muy complejo y

muchas veces efectuacutean funciones muacuteltiples como los fosfoliacutepidos los

productos de reaccioacuten de Maillard y los flavonoides

111

46

BIBLIOGRAFiacuteA

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7 Frankel EN 1984 Liacutepids Oxidation Mechanism products and

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8 Nelson KA and Labuza TP 1992 Relatioship betwen water and Iipid

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94

-47

9 Decker E and Hulyn H 1992 Lipid oxidation in muscle foods viacutea

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10 German MH Zhang H and Berger P 1992 Role de lipoxigenasa in

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11 Frankel EN 1991 Reeent advanees in lipid oxidation J Sei Food

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12 Dziezack J D (1986) Preservatives Antioxidants Food Teehnol 9

13 Ingold K U (1968)lnhibition of Autoxidation Adv Chem Ser 75

296-305

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diphenilamine The importanee of hydrogen bonding on their radical-trapping

(antioxidant) aetivitiacutees J Org Chem 61 1316-1321

15 Burton GW and Ingold KU Autoxidation of biologiacuteeal moleeules

1 The antioxidant aetivity of vitamin E and related ehain-breaking phenolie

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16 Burton GW and Ingold KU (1984) p-Carotene An usual type of

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Part 111 The relative inhibiting efficiencies of orto alkyl phenols Can J

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20 MukaiK Fukuda K Tajima K and Ishizu K A kinetic study of

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factors J Am Chem Soco (1980)1027791-7792

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22 Burkey TJ Castelhano AL Griller D and Lossing FP Heats

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Ingold KU Biologiacutecal antioxiacutedants Phil Trans R Soco Lond (1985) 311

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26 Barclay LRC Vinquist MR Itoh 5 and Motimoto H Chainshy

Breaking phenolic antioxidants Steriacutec and electronic effects in

polyalkylchromanols Tocopherol analogs hidroquinones and superior

antiacuteoxiacutedants of the polyalkylbenzochromanol and naphthofuran class J Org

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27 Barclay LRC Edwars CD Mukai K Egawa Y and Nishi T

Chaiacuten-Breaking Naphtholic antioxidants Antioxidant activiacuteties of

-

I

50

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trimethylnaphtho[12-bfuran compared to an a-tocopherol model in sodium

dodecyl sulfate micelles J Org Chem (1995)602739-2744

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1996 J Agrc Food Chem 44 701-705

29 Brannan RG and Erieson M Quantification of antioxidants in

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30 Frankel EN Huang Aesehbaeh R And Pryor E 1996

Antioxidant activity of a Rosemary extract and its constituents Carnosic acid

Carnasol and Rosmarinic acid in bulk oil and oil-in water emulsion J Agrc

Food Chem 44131-135

31 Asamarai A Addis PB Epley R And Kriek T 1996 Wild rice

hull antioxidants J Agrc Food Chem 44 126-130

32 Amarowies R And Shahidi F 1995 Antioxiacutedant activiacutety of green tea

catechiacutens in a p-carotene-linoleate model system Journal of Food Lipids 2

47-56

33 Esaki H Onozaki H Kawasaki S And Osawa T 1996 New

antioxidants isolated from tempech J Agrc Food Chem 44 126-130

-

51

34 Chen Ch And Ho Ch 1995 Antioxidants praperties of polyfenols

extracted from green and black teas Journal of Food Lipids 2 35-46

35 Gordon MH The mechanism of antioxidant action in vitra in Food

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37 Shahidi F Janitha PK and Wanasundara PD Phenolic

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38 Dziedzic S Z and Hudson BJF Hydroxyisoflavones as

antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 11 161

39 Rosenwald RH and Chenicek JA Alkyl hiacutedroxy anisoles as

antioxidants J Am Oil Chem Soco (1951)28185

40 Cuvelier M Richard H and Berset C Comparison of the

Antioxiacutedative of sorne acid-phenols Structure-Activity Relationship Biosci

Biacuteotech Biochem (1992) 56(2) 324-325

41 Pokorny j Autoxidation of unsaturated Lipids Ed Academic Press

London (1987)141-206

Aacute

52

42 Marinova E and Yanishlieva N Inhibited oxidation of Lipids 11

Comparison of the Antioxidative properties of some hydroxy derivatives of

benzoic and cinnamic acids Fat scL Technol (1992) 11 428-432

43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

Antioxidative activity of some phenolic acids JAOCS (1994) 71(4) 427shy

434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

M Flavonoids Antioxidant J Am Chem Soc (1994) 116 4846-4851

45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

edible oiacutels Structural criteria for activity Food Chem (1983) 1047-55

46 Letan A The relation of structure to antioxidant activity of quercetin

and some of iexclts derivates 11 Secondary ( Metal-complexing) activity J Food

Sciacute (1966) 395-399

47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

i iexcl

53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

phospholipids and amino compound J Am Soco Di

54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

254

56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

133

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59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

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61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

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Part 111 The relative inhibiting efficiencies of orto alkyl phenols Can J

Chem (1963) 412800-2806

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21 Burton G W Le Page Y Gabe EJ and Ingold KU Antioxidant

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factors J Am Chem Soco (1980)1027791-7792

49

22 Burkey TJ Castelhano AL Griller D and Lossing FP Heats

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Chem (1993)587416-7420

27 Barclay LRC Edwars CD Mukai K Egawa Y and Nishi T

Chaiacuten-Breaking Naphtholic antioxidants Antioxidant activiacuteties of

-

I

50

polyalkylbenzochromenol and 23-Dihydro-5-hydroxy-224shy

trimethylnaphtho[12-bfuran compared to an a-tocopherol model in sodium

dodecyl sulfate micelles J Org Chem (1995)602739-2744

28 WangH Cao G And Pryor R Total antioxidant capacity of fruits

1996 J Agrc Food Chem 44 701-705

29 Brannan RG and Erieson M Quantification of antioxidants in

chanel catfish during frozen storage 1996 J Agrc Food Chem 44 1361-66

30 Frankel EN Huang Aesehbaeh R And Pryor E 1996

Antioxidant activity of a Rosemary extract and its constituents Carnosic acid

Carnasol and Rosmarinic acid in bulk oil and oil-in water emulsion J Agrc

Food Chem 44131-135

31 Asamarai A Addis PB Epley R And Kriek T 1996 Wild rice

hull antioxidants J Agrc Food Chem 44 126-130

32 Amarowies R And Shahidi F 1995 Antioxiacutedant activiacutety of green tea

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37 Shahidi F Janitha PK and Wanasundara PD Phenolic

Antioxidants Critical Reviews in Food Science and Nutrition (1992)

32(1 )67 -103

38 Dziedzic S Z and Hudson BJF Hydroxyisoflavones as

antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 11 161

39 Rosenwald RH and Chenicek JA Alkyl hiacutedroxy anisoles as

antioxidants J Am Oil Chem Soco (1951)28185

40 Cuvelier M Richard H and Berset C Comparison of the

Antioxiacutedative of sorne acid-phenols Structure-Activity Relationship Biosci

Biacuteotech Biochem (1992) 56(2) 324-325

41 Pokorny j Autoxidation of unsaturated Lipids Ed Academic Press

London (1987)141-206

Aacute

52

42 Marinova E and Yanishlieva N Inhibited oxidation of Lipids 11

Comparison of the Antioxidative properties of some hydroxy derivatives of

benzoic and cinnamic acids Fat scL Technol (1992) 11 428-432

43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

Antioxidative activity of some phenolic acids JAOCS (1994) 71(4) 427shy

434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

M Flavonoids Antioxidant J Am Chem Soc (1994) 116 4846-4851

45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

edible oiacutels Structural criteria for activity Food Chem (1983) 1047-55

46 Letan A The relation of structure to antioxidant activity of quercetin

and some of iexclts derivates 11 Secondary ( Metal-complexing) activity J Food

Sciacute (1966) 395-399

47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

i iexcl

53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

phospholipids and amino compound J Am Soco Di

54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

254

56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

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60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

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62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

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Part 111 The relative inhibiting efficiencies of orto alkyl phenols Can J

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20 MukaiK Fukuda K Tajima K and Ishizu K A kinetic study of

reactions of tocopherols with a substituted phenoxyl radical J Org Chem

(1988) 53 430-432

21 Burton G W Le Page Y Gabe EJ and Ingold KU Antioxidant

activity of vitamin E and related phenols Importance of stereolectronics

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49

22 Burkey TJ Castelhano AL Griller D and Lossing FP Heats

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Carnasol and Rosmarinic acid in bulk oil and oil-in water emulsion J Agrc

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32 Amarowies R And Shahidi F 1995 Antioxiacutedant activiacutety of green tea

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edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

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synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

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52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

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54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

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56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

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58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

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60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

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62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

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Part 111 The relative inhibiting efficiencies of orto alkyl phenols Can J

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20 MukaiK Fukuda K Tajima K and Ishizu K A kinetic study of

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activity of vitamin E and related phenols Importance of stereolectronics

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22 Burkey TJ Castelhano AL Griller D and Lossing FP Heats

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25 Burton G W and Ingold KU Vitamin E Aplication of the principies

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Breaking phenolic antioxidants Steriacutec and electronic effects in

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27 Barclay LRC Edwars CD Mukai K Egawa Y and Nishi T

Chaiacuten-Breaking Naphtholic antioxidants Antioxidant activiacuteties of

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I

50

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trimethylnaphtho[12-bfuran compared to an a-tocopherol model in sodium

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28 WangH Cao G And Pryor R Total antioxidant capacity of fruits

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29 Brannan RG and Erieson M Quantification of antioxidants in

chanel catfish during frozen storage 1996 J Agrc Food Chem 44 1361-66

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Carnasol and Rosmarinic acid in bulk oil and oil-in water emulsion J Agrc

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31 Asamarai A Addis PB Epley R And Kriek T 1996 Wild rice

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32 Amarowies R And Shahidi F 1995 Antioxiacutedant activiacutety of green tea

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43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

Antioxidative activity of some phenolic acids JAOCS (1994) 71(4) 427shy

434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

M Flavonoids Antioxidant J Am Chem Soc (1994) 116 4846-4851

45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

edible oiacutels Structural criteria for activity Food Chem (1983) 1047-55

46 Letan A The relation of structure to antioxidant activity of quercetin

and some of iexclts derivates 11 Secondary ( Metal-complexing) activity J Food

Sciacute (1966) 395-399

47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

i iexcl

53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

phospholipids and amino compound J Am Soco Di

54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

254

56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

133

57 Namiki M Adv Food Res 1988 32115-184

58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

isolated from storage-aged orange juiee J Agrie Food Chem 40 550-52

61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

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49

22 Burkey TJ Castelhano AL Griller D and Lossing FP Heats

of formation and ionisation potencials of some a- amino-alkyl

JAmChemSoc (1983) 1054701-4703

23 Niki E Kawakami A Saito M Yamamoto Y Tsuchiya J and

Kamiya Y Effect of phytyl side chain of vitamin E on its antioxidant activity

J Biol Chem (1985)2602191-2196

24 Burton GW Foster 00 Perly B Slater TF Smith ICP and

Ingold KU Biologiacutecal antioxiacutedants Phil Trans R Soco Lond (1985) 311

565-578

25 Burton G W and Ingold KU Vitamin E Aplication of the principies

of physical organic chemistry to the exploration of its structure and function

Acc Chem Ress (1986) 19194-201

26 Barclay LRC Vinquist MR Itoh 5 and Motimoto H Chainshy

Breaking phenolic antioxidants Steriacutec and electronic effects in

polyalkylchromanols Tocopherol analogs hidroquinones and superior

antiacuteoxiacutedants of the polyalkylbenzochromanol and naphthofuran class J Org

Chem (1993)587416-7420

27 Barclay LRC Edwars CD Mukai K Egawa Y and Nishi T

Chaiacuten-Breaking Naphtholic antioxidants Antioxidant activiacuteties of

-

I

50

polyalkylbenzochromenol and 23-Dihydro-5-hydroxy-224shy

trimethylnaphtho[12-bfuran compared to an a-tocopherol model in sodium

dodecyl sulfate micelles J Org Chem (1995)602739-2744

28 WangH Cao G And Pryor R Total antioxidant capacity of fruits

1996 J Agrc Food Chem 44 701-705

29 Brannan RG and Erieson M Quantification of antioxidants in

chanel catfish during frozen storage 1996 J Agrc Food Chem 44 1361-66

30 Frankel EN Huang Aesehbaeh R And Pryor E 1996

Antioxidant activity of a Rosemary extract and its constituents Carnosic acid

Carnasol and Rosmarinic acid in bulk oil and oil-in water emulsion J Agrc

Food Chem 44131-135

31 Asamarai A Addis PB Epley R And Kriek T 1996 Wild rice

hull antioxidants J Agrc Food Chem 44 126-130

32 Amarowies R And Shahidi F 1995 Antioxiacutedant activiacutety of green tea

catechiacutens in a p-carotene-linoleate model system Journal of Food Lipids 2

47-56

33 Esaki H Onozaki H Kawasaki S And Osawa T 1996 New

antioxidants isolated from tempech J Agrc Food Chem 44 126-130

-

51

34 Chen Ch And Ho Ch 1995 Antioxidants praperties of polyfenols

extracted from green and black teas Journal of Food Lipids 2 35-46

35 Gordon MH The mechanism of antioxidant action in vitra in Food

Antioxidants Hudson BJF Ed Elsevier Amsterdam 1990 1

37 Shahidi F Janitha PK and Wanasundara PD Phenolic

Antioxidants Critical Reviews in Food Science and Nutrition (1992)

32(1 )67 -103

38 Dziedzic S Z and Hudson BJF Hydroxyisoflavones as

antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 11 161

39 Rosenwald RH and Chenicek JA Alkyl hiacutedroxy anisoles as

antioxidants J Am Oil Chem Soco (1951)28185

40 Cuvelier M Richard H and Berset C Comparison of the

Antioxiacutedative of sorne acid-phenols Structure-Activity Relationship Biosci

Biacuteotech Biochem (1992) 56(2) 324-325

41 Pokorny j Autoxidation of unsaturated Lipids Ed Academic Press

London (1987)141-206

Aacute

52

42 Marinova E and Yanishlieva N Inhibited oxidation of Lipids 11

Comparison of the Antioxidative properties of some hydroxy derivatives of

benzoic and cinnamic acids Fat scL Technol (1992) 11 428-432

43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

Antioxidative activity of some phenolic acids JAOCS (1994) 71(4) 427shy

434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

M Flavonoids Antioxidant J Am Chem Soc (1994) 116 4846-4851

45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

edible oiacutels Structural criteria for activity Food Chem (1983) 1047-55

46 Letan A The relation of structure to antioxidant activity of quercetin

and some of iexclts derivates 11 Secondary ( Metal-complexing) activity J Food

Sciacute (1966) 395-399

47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

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53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

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54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

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56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

133

57 Namiki M Adv Food Res 1988 32115-184

58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

isolated from storage-aged orange juiee J Agrie Food Chem 40 550-52

61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

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I

50

polyalkylbenzochromenol and 23-Dihydro-5-hydroxy-224shy

trimethylnaphtho[12-bfuran compared to an a-tocopherol model in sodium

dodecyl sulfate micelles J Org Chem (1995)602739-2744

28 WangH Cao G And Pryor R Total antioxidant capacity of fruits

1996 J Agrc Food Chem 44 701-705

29 Brannan RG and Erieson M Quantification of antioxidants in

chanel catfish during frozen storage 1996 J Agrc Food Chem 44 1361-66

30 Frankel EN Huang Aesehbaeh R And Pryor E 1996

Antioxidant activity of a Rosemary extract and its constituents Carnosic acid

Carnasol and Rosmarinic acid in bulk oil and oil-in water emulsion J Agrc

Food Chem 44131-135

31 Asamarai A Addis PB Epley R And Kriek T 1996 Wild rice

hull antioxidants J Agrc Food Chem 44 126-130

32 Amarowies R And Shahidi F 1995 Antioxiacutedant activiacutety of green tea

catechiacutens in a p-carotene-linoleate model system Journal of Food Lipids 2

47-56

33 Esaki H Onozaki H Kawasaki S And Osawa T 1996 New

antioxidants isolated from tempech J Agrc Food Chem 44 126-130

-

51

34 Chen Ch And Ho Ch 1995 Antioxidants praperties of polyfenols

extracted from green and black teas Journal of Food Lipids 2 35-46

35 Gordon MH The mechanism of antioxidant action in vitra in Food

Antioxidants Hudson BJF Ed Elsevier Amsterdam 1990 1

37 Shahidi F Janitha PK and Wanasundara PD Phenolic

Antioxidants Critical Reviews in Food Science and Nutrition (1992)

32(1 )67 -103

38 Dziedzic S Z and Hudson BJF Hydroxyisoflavones as

antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 11 161

39 Rosenwald RH and Chenicek JA Alkyl hiacutedroxy anisoles as

antioxidants J Am Oil Chem Soco (1951)28185

40 Cuvelier M Richard H and Berset C Comparison of the

Antioxiacutedative of sorne acid-phenols Structure-Activity Relationship Biosci

Biacuteotech Biochem (1992) 56(2) 324-325

41 Pokorny j Autoxidation of unsaturated Lipids Ed Academic Press

London (1987)141-206

Aacute

52

42 Marinova E and Yanishlieva N Inhibited oxidation of Lipids 11

Comparison of the Antioxidative properties of some hydroxy derivatives of

benzoic and cinnamic acids Fat scL Technol (1992) 11 428-432

43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

Antioxidative activity of some phenolic acids JAOCS (1994) 71(4) 427shy

434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

M Flavonoids Antioxidant J Am Chem Soc (1994) 116 4846-4851

45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

edible oiacutels Structural criteria for activity Food Chem (1983) 1047-55

46 Letan A The relation of structure to antioxidant activity of quercetin

and some of iexclts derivates 11 Secondary ( Metal-complexing) activity J Food

Sciacute (1966) 395-399

47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

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53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

phospholipids and amino compound J Am Soco Di

54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

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54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

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56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

133

57 Namiki M Adv Food Res 1988 32115-184

58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

isolated from storage-aged orange juiee J Agrie Food Chem 40 550-52

61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

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51

34 Chen Ch And Ho Ch 1995 Antioxidants praperties of polyfenols

extracted from green and black teas Journal of Food Lipids 2 35-46

35 Gordon MH The mechanism of antioxidant action in vitra in Food

Antioxidants Hudson BJF Ed Elsevier Amsterdam 1990 1

37 Shahidi F Janitha PK and Wanasundara PD Phenolic

Antioxidants Critical Reviews in Food Science and Nutrition (1992)

32(1 )67 -103

38 Dziedzic S Z and Hudson BJF Hydroxyisoflavones as

antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 11 161

39 Rosenwald RH and Chenicek JA Alkyl hiacutedroxy anisoles as

antioxidants J Am Oil Chem Soco (1951)28185

40 Cuvelier M Richard H and Berset C Comparison of the

Antioxiacutedative of sorne acid-phenols Structure-Activity Relationship Biosci

Biacuteotech Biochem (1992) 56(2) 324-325

41 Pokorny j Autoxidation of unsaturated Lipids Ed Academic Press

London (1987)141-206

Aacute

52

42 Marinova E and Yanishlieva N Inhibited oxidation of Lipids 11

Comparison of the Antioxidative properties of some hydroxy derivatives of

benzoic and cinnamic acids Fat scL Technol (1992) 11 428-432

43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

Antioxidative activity of some phenolic acids JAOCS (1994) 71(4) 427shy

434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

M Flavonoids Antioxidant J Am Chem Soc (1994) 116 4846-4851

45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

edible oiacutels Structural criteria for activity Food Chem (1983) 1047-55

46 Letan A The relation of structure to antioxidant activity of quercetin

and some of iexclts derivates 11 Secondary ( Metal-complexing) activity J Food

Sciacute (1966) 395-399

47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

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53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

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Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

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51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

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52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

phospholipids and amino compound J Am Soco Di

54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

254

56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

133

57 Namiki M Adv Food Res 1988 32115-184

58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

isolated from storage-aged orange juiee J Agrie Food Chem 40 550-52

61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

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52

42 Marinova E and Yanishlieva N Inhibited oxidation of Lipids 11

Comparison of the Antioxidative properties of some hydroxy derivatives of

benzoic and cinnamic acids Fat scL Technol (1992) 11 428-432

43 Marinova E and Yanishlieva N Effect of Lipid unsaturation on the

Antioxidative activity of some phenolic acids JAOCS (1994) 71(4) 427shy

434

44 Jovanovic SV SteenkenS Tosic M Marjanovic B and Simic

M Flavonoids Antioxidant J Am Chem Soc (1994) 116 4846-4851

45 Hudson BJF and Lewis J Polyhidroxiacute flavonoid antioxidants for

edible oiacutels Structural criteria for activity Food Chem (1983) 1047-55

46 Letan A The relation of structure to antioxidant activity of quercetin

and some of iexclts derivates 11 Secondary ( Metal-complexing) activity J Food

Sciacute (1966) 395-399

47 Pratt O E and Hudson BJF Natural antioxidants not exploited

commerciacuteally in Food Antioxiacutedants Hudson BJF Ed Elsevier

Amsterdam (1990)171

48 Oziedzic S Z Hudson BJF Polihiacutedroxiacutechalcones and flavanones

as antioxidant for edible oils Food Chem (1983) 12205

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53

49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

edible oils Phospholipids sinergists Food Chem (1983)10111-120

50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

Participation of singlet oxigen in photosensitised oxidation of 14-dienoic

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3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

120

53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

phospholipids and amino compound J Am Soco Di

54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

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56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

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57 Namiki M Adv Food Res 1988 32115-184

58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

isolated from storage-aged orange juiee J Agrie Food Chem 40 550-52

61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

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49 Hudson BJF and Lewis J Polihydroxi flavonoid antioxidants for

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50 Clements AH Van den Engh RH and Hoogenhout K 1973

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systems and photooxidation of soybean oi J Am Oil Chem Soc 50(8)325shy1

3301

51 Hudson BJF and Ghavami M 1984 Phospholipids as antioxidant

synergist for tocopherols in the autoxidation of edible oils Lebnsm Wiss U-

Technol 17 191-194

52 Hudson BJF and Ghavami M 1983 Polyhydroxy flavonoid

antioxidans for ediblr oils Phospholipids as synergists Food Chem 10 111shy

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53 Ishikawa Y Sugiyima K and Nakabayashi K 1984 Stabilization

of tocopherol by three component synergism involving tocopherol

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54 Hudson BJF and Mahgoub SEO 1981 Synergism betwen

Phospholipids an naturally-ocurring antioxidants in leaf lipids J ScL Food

Agric 32 208-210

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55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

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56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

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57 Namiki M Adv Food Res 1988 32115-184

58 Hodge JE and Rist CE J Am Chem Seo 195375-316

59 Evans CD Moser HA Cooney PM and Hodge JE J Am Oil

Chem Soe 195835-84

60 Lee H 1992 Antioxidative aetivity of browning reaetion produets

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61 Yamaguchi N Dev Food SeL 1986 13 155-164

62 Kato H Tsuchidi H Prog Food Nutr Sei 19815 147-156

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54

55 Franke C Iwainsky H Dtsch Lebensm Rundsh 1954 50 251shy

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56 Iwainsky H Franke C Dtsch Lebensm Rundsh 195652 129shy

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57 Namiki M Adv Food Res 1988 32115-184

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