WO2011161293A1 - Procedimiento de obtención de compuestos funcionales de origen vegetal - Google Patents

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WO2011161293A1
WO2011161293A1 PCT/ES2011/070442 ES2011070442W WO2011161293A1 WO 2011161293 A1 WO2011161293 A1 WO 2011161293A1 ES 2011070442 W ES2011070442 W ES 2011070442W WO 2011161293 A1 WO2011161293 A1 WO 2011161293A1
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saponins
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Rafael GUILLÉN BEJARANO
Guillermo RODRÍGUEZ GUTIÉRREZ
José María FUENTES ALVENTOSA
Sara Jaramillo Carmona
Rocío RODRÍGUEZ ARCOS
Ana José JIMÉNEZ ARAUJO
Juan FERNÁNDEZ-BOLAÑOS GUZMÁN
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Consejo Superior De Investigaciones Científicas (Csic)
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    • A61K36/8965—Asparagus, e.g. garden asparagus or asparagus fern

Definitions

  • the present invention belongs to the field of revaluation of plant by-products, by obtaining functional compounds.
  • the present invention relates to a new process for obtaining functional compounds of plant origin, such as phytochemicals, bioactive fiber ... Furthermore, the present invention relates to the use of these functional compounds for functional foods, dietary products or food supplements.
  • phytochemicals are preferably synthesized in the external tissues of plants. These external parts are the main residues generated during the handling and processing of fruits and vegetables and constitute a good source for the extraction of phytochemicals (Tovon-Barberán, 2004, "Agrifood residues as a source of phytochemicals”, Total Food Proc , 42-48, IFR, Norwich, UK, ISBN 0-7084- 0644-5).
  • asparagus due to its richness in micronutrients and phytochemicals, together with its low caloric content, is a product of great interest for a large sector of the population demanding food that, in addition to covering their nutritional and dietary needs, They are healthy and healthy, as it contains various bioactive compounds (fiavonoids, saponins and bioactive fiber) that give it a potential important biological activity.
  • bioactive compounds flavonoids, saponins and bioactive fiber
  • WO 2006/032510 A 1 and EP 1640016 B1 describes obtaining asparagus extracts, free of saponins, and their application the preparation of medicaments, such as diuretics; while US 7247321, proposes the use of supercritical fluid for obtaining asparagus extracts, free of saponins, which can be used as topical formulations for the treatment of melanogenesis.
  • the present invention provides a new method of obtaining functional compounds of plant origin that significantly improves the problems set forth above in the procedures already described in the prior art.
  • These advantages include the use of residual parts of the vegetables such as the stem of the turions, no conditioning or any other pre-treatment such as washing, drying or initial crushing of these wastes is required ...
  • This is a great advantage over other procedures found in the literature, since in most cases they include at least one stage of crushing the samples.
  • Preliminary tests carried out before developing the final design of experience showed that the crushing and agitation of the samples are inadvisable, since during these processes some of the bioactive compounds present in the vegetable by-products are lost, such as the asparagus.
  • a first essential aspect of the present invention relates to a novel process for obtaining functional compounds of plant origin comprising the following steps:
  • residues of plant origin are understood to be those parts such as the final portions of the turion, peels and broken pieces of turion during the industrial handling of said vegetables.
  • residues of plant origin come from asparagus.
  • the extraction of the fibrous residue and the aqueous extract is carried out in a closed reactor at a temperature within the range of 100 to 180 S C ⁇ with or without stirring) and in a time interval ranging from 15 at 300 minutes. Furthermore, said extraction can be carried out in an oxygen-free atmosphere.
  • a closed reactor can be from an express pot to an industrial autoclave.
  • the fibrous residue that remains after the extraction of the soluble bioactive compounds is subjected to a drying or lyophilization step, to obtain a dry product that after being crushed, in a hammer mill, constitutes the bioactive fiber of the vegetable to treat
  • This fraction is formed by cell wall polysaccharides and phenolic compounds, including lignin and hydroxycinnamic acids, but also has smaller amounts of compounds such as flavonoids, saponins and sterols, which contribute to their potential biological activity.
  • the liquid obtained after the extractive treatment is a functional aqueous extract, rich in different compounds of interest, such as sugars, phenols and saponins, which can be called a complete functional extract.
  • a functional aqueous extract rich in different compounds of interest, such as sugars, phenols and saponins
  • it comprises the fractionation of said aqueous extract, to obtain partially purified fractions and enriched in specific bioactive compounds.
  • the aqueous extract is injected into a column filled with a polymeric adsorption resin or ion exchange, in which the main bioactive compounds (flavonoids and saponins) are retained.
  • water is first used (two column volumes), the soluble sugars being separated in this fraction;
  • a sequential extraction of the phenolic compounds, mostly flavonoids, and saponins, is then carried out using two column volumes of aqueous ethanol solution, 10-50% and 60-100% respectively.
  • partially purified extracts contain 11-15% flavonoids and at least 50% saponins respectively, while in the complete aqueous extract the weight richness is at least 0.45% flavonoids and 1.115% saponins .
  • a second essential aspect of the present invention relates to the bioactive fiber, obtainable by the method described above, which is characterized in that it comprises from 55 to 65% in total food fiber, from 17 to 21% of proteins and from 3 to 6% in soluble sugars.
  • said bioactive fiber comprises from 1 to 2 mg of flavonoids, from 5 to 6 mg saponins, from 1.5 to 2.0 mg sterols and from 2.5 to 3.5 mg of hydroxycinnamates.
  • the present invention also relates to an aqueous extract, obtainable by the process described above, which is characterized in that it comprises 0.45% flavonoids and 1.15% saponins.
  • the present invention relates to a functional product in powder form, obtainable by the above-described process comprising from 1 to 15% in flavonoids and comprising from 80 to 90% in saponins.
  • the integral use of vegetable by-products is achieved, by simple procedures and easy industrial adaptation.
  • the products obtained are: - Dry and Hofiiized by-products of vegetables, powdered. Virtually all chemical components present in fresh, but more concentrated by-products are maintained.
  • Bioactive fiber It can be used, both dry and lyophilized, in the preparation of functional foods, such as juices, yogurt, meat products, fish, etc. Therefore a third essential aspect of the present invention relates to the use of bioactive fiber, aqueous extract and functional product to prepare fortified foods, dietary products or food supplements. Furthermore, said products can be used as antifungal and / or bactericidal.
  • the starting material is asparagus stems (final portions of the turions that are discarded during industrial processing), and no conditioning or any other pretreatment is required (washing, dried up crushing) to the extraction of the bioactive components. This is a great advantage over other procedures found in the literature, since in most cases they include at least one stage of crushing the samples.
  • Tabia 1 Treatments performed with asparagus stems in an open laboratory reactor Tables 2 and 3 show the concentration and recovery percentages of flavonoids and saponins in the different treatments tested.
  • the reference values (283 mg / kg flavonoids and 646 mg / kg saponins) to calculate these percentages were determined from an ethanolic extract of asparagus residues, in which the total flavonoids and saponins present in the material are quantified of departure. mg flavonoids /%
  • the treatments described above also allow obtaining a final residue, which we have called bioactive fiber, since in addition to the characteristic constituents of plant fibers (polysaccharides and intraparietal phenols), it contains significant amounts of phytochemicals (flavonoids, saponins and sterols) that increase their potential biological activity.
  • the fibers obtained from the treatments in extreme conditions that is, treatments 3 and 4 (60 9 C, 90 minutes, without scalding and in water or ethanol respectively), and 15 and 16 (room temperature, 1 minute, without scalding and in water or ethanol respectively), they were dried by two methods, lyophilization and drying in an air recirculation oven. These samples were chosen because they were in which predictably greater differences could be found. The effect that the different factors (temperature, extraction time, solvent and drying process) have on the characteristics of the fiber was determined.
  • the present example refers to the treatment of 100 kg of asparagus by-products (final portions of the turions) from the green asparagus packaging industry.
  • the flavonoid and saponin content of the original sample is 283 mg / kg and 646 mg / kg respectively.
  • the sample is extracted with 200 L of water, introducing the mixture in closed containers, which are placed in an industrial autoclave (Steriflow, Madinox, Barcelona, Spain), in which the extraction is carried out at 121 e C, during 2 hours.
  • the two fractions resulting from the treatment are separated: functional aqueous extract, containing soluble phytochemicals and bioactive fiber.
  • the yields are 200L of aqueous extract and 100 kg of wet fiber.
  • the concentration of flavonoids in the aqueous extract is 80 mg / L (56% recovery) and that of saponins is 199 mg / L (61% recovery).
  • the fibrous residue also contains significant amounts of these two groups of compounds.
  • the yield of the dry fiber fraction (in an oven, at 60 9 C, for 16 hours) is 5.5% with respect to the original by-products; and its content in flavonoids and saponins are 1.33 mg / g and 4.39 mg / g respectively, which represents a 23% (73 mg / Kg) recovery of flavonoids and an 18% (241 mg / Kg) recovery of saponins with respect to the original by-products.
  • the bioactive compounds solubilized in the aqueous extract are fractionated on a PVC column, filled with an ion exchange resin, in this case XAD-16.
  • the dimensions of the column have been 155cm high x 10.7 cm internal diameter and volume of resin 14 L.
  • the ratio of resin volume / volume of functional extract has been established in 100 mL resin / L extract containing up to 80 mg flavonoids and 200 mg saponins. Following this pilot scale design, 100-200L column of aqueous extract containing up to 1 g of flavonoids and 30g of saponins can be injected.
  • 100 L of aqueous extract have been fractionated, with a content of 8g flavonoids and 20g saponins, which are retained in the resin, and subsequently separated based on their different polarity.
  • the first two stages of the fractionation consist of the injection of the sample and washing with 25L water (two column volumes), measuring every 5L of elution the concentration of flavonoids and saponins, and verifying that they are retained in the entire column.
  • the third stage consists in the elution of flavonoids, using 25L (2 column volumes) of ethanol: 40% water; and, finally, the saponins are eluted with 25L (2 column volumes) of ethanol: 96% water.
  • the recovery of flavonoids is 99% (7.92g) in the 40% ethanol fraction, its concentration being four times higher (317mg / L) than the initial extract (80mg / L).
  • Saponins are recovered by 98% (19.6g), in the 96% ethanol fraction, and their concentration is also four times higher (785mg / L) than the initial aqueous extract (199mg / L).
  • these functional extracts partially purified and enriched in flavonoids and / or saponins can be used in suspension or powder, after being lyophilized.
  • 1.7 kg of a complete lyophilized extract containing 0.45% flavonoids and 1.15% saponins are obtained.
  • the weight of the flavonoid extract is 72g and its richness is 1 1% by weight, while the saponin extract weighs 24.5g and its richness is 80% by weight.

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Abstract

Procedimiento de obtención de compuestos funcionales de origen vegetal La presente invención se refiere a un nuevo procedimiento para la obtención de compuestos funcionales de origen vegetal, tales como fitoquímicos, fibra bioactíva. Además, la presente invención se refiere al uso de esos compuestos funcionales para alimentos funcionales, productos dietéticos o complementos alimenticios.

Description

PROCEDIMIENTO DE OBTENCIÓN DE COMPUESTOS FUNCIONALES DE
ORIGEN VEGETAL
La presente invención pertenece ai campo de la revalorización de subproductos vegetales, mediante la obtención de compuestos funcionales. La presente invención se refiere a un nuevo procedimiento para la obtención de compuestos funcionales de origen vegetal, tales como fitoquímicos, fibra bioactiva... Además la presente invención se refiere al uso de esos compuestos funcionales para alimentos funcionales, productos dietéticos o complementos alimenticios.
ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR
Estudios epidemiológicos han relacionado el consumo de frutas y verduras con un descenso en la incidencia del cáncer y la mortalidad por enfermedad cardiovascular (Rimm et al, 1996, "Relation between intake and risk of coronary heart disease in male health professionals"-, Ann. Intern. Med., 125, 384-389; y Dolí R, 1990, "An overview of the epidemiológica! evidence linking diet and cáncer", Proc. Nati. Acad. Sci. U S A, 49, 119-131). Uno de los factores clave con los que se ha asociado esto, es con el contenido en fitoquímicos {Kris- Etherton et al, 2002, "Bioactive compounds in foods: their role in the prevention of cardiovascular disease and cáncer, Am. J. Med., 113, 71S-88S; Scalbert et al, 2002, "Absorption and metabolismo of polyphenols in the gut and the impact on health", Biomed. Pharmacother.,, 56, 276-282; and Rankin et al, 1993, "The modification of low density lipoprotein by the flavonoids myricetin and gossypetin", Biochem. Pharmacol., 45, 67-75).
Estos compuestos son metabolitos secundarios de las plantas y en estas cumplen una serie de funciones como, por ejemplo, protección contra la incidencia de rayos ultravioleta, protección contra insectos y atrayentes de anímales para asegurar la polinización y la dispersión de semillas (Harbone, 1982, "Introduction of ecológica! biochemistry", Academia Press, London, ISBN 0- 12-324680-6). Por estas razones los fitoquímicos se sintetizan preferentemente en los tejidos externos de las plantas. Estas partes externas son los principales residuos generados durante la manipulación y procesado de las frutas y verduras y se constituyen como una buena fuente para la extracción de fitoquímicos ( Tomás-Barberán, 2004, "Agrifood residues as a source of phytochemicals", Total Food Proc, 42-48, IFR, Norwich, UK, ISBN 0-7084- 0644-5).
Por otra parte, dentro de los productos beneficiosos para la salud, derivados de productos vegetales, el mercado de las fibras alimentarias ha sido uno de los más favorecidos en los últimos años, asociándose su consumo a la prevención de diversas enfermedades tales como cáncer de colon, enfermedades coronarias, obesidad, diabetes y trastornos gastrointestinales {Anderson et al, 1994 "Health benefits and practical aspects of high-fibre diets", Am. J. Clin. Nutr., 59, 1242S-1247S; and Rodríguez et al, 2006, "Dietary fibre from vegetable producís as source of functional ingredients", Trends Food Sci. Technoi, 17, 3-15).
En el estado de la técnica son numerosos los procedimientos de obtención de nutraceúticos y fitonutrientes a partir de productos vegetales y sus subproductos. Así, en el artículo de revisión: Zhao, 2007, "Nutraceuticals, Nutricional Theraphy, Phytonutrients, and Phytotherapy for Improvement of Human Health: A Perspective on Plant Biotechnology Application", Recent Patents on Biotechnol., incluye 297 citas bibliográficas de artículos y patentes publicados en los últimos años en relación a este tema. Dentro de los fitoquímicos, se ha prestado especial atención a la obtención de antioxídantes naturales a partir de alimentos vegetales y sus subproductos (Moure et al, 2001 , "Natural antioxidants from residual resources", Food Chem., 72, 145-171 ; and Peschel et al, 2006, "An industrial approach in the search of natural antioxidants from vegetable and fruít wastes", Food Chem., 97, 137-150), y muchos de los procedimientos desarrollados se han centrado en la obtención de extractos vegetales ricos en compuestos fenólicos, por la alta capacidad antíoxídante que éstos poseen. Véanse, por ejemplo, los documentos WO 01/51482 A 1, WO 03/042133 A 1, US 6960360 o Makris et al, 2007, "Polyphenolic contení and in vitro antioxidant characteristics oí wine industry and other agri-ffod solid waste extracts", J Food Comp. Anal., 20, 125-132.
Dentro de los vegetales, el espárrago debido a su riqueza en micronutríentes y fitoquímicos, junto a su bajo contenido calórico, es un producto de gran interés para un amplio sector de la población demandante de alimentos que, además de cubrir sus necesidades nutricionales y dietéticas, sean sanos y saludables, ya que contiene diversos compuestos bioactivos (fiavonoides, saponinas y fibra bíoactiva) que le confieren una potencial actividad biológica importante. Se han desarrollado distintos procesos para la obtención de extractos hidroalcohólicos a partir de tallos y raíces de espárrago, con fines terapéuticos. Así, en documentos, WO 2006/032510 A 1 y EP 1640016 B1 se describe la obtención de extractos de espárrago, libres de saponinas, y su aplicación la preparación de medicamentos, tales como diuréticos; mientras que la patente US 7247321, propone el uso de fluido supercrítico para la obtención de extractos de espárrago, libres de saponinas, que pueden utilizarse como formulaciones de uso tópico para el tratamiento de melanogénesis.
Por otro lado, se ha descrito el uso de extractos de saponinas, obtenidos a partir de espárragos y sus subproductos, con aplicaciones en las industrias alimentaria, farmacéutica y fitosanitaria. En las patentes JP2129198 (A), JP6033303 (B) y JP1905307 (C) se describe la obtención de un extracto rico en saponinas, mediante la destilación hidroalcohólica de subproductos de espárrago, que puede ser utilizado como ingrediente funcional; y en la patente JP3048694 (A) se detalla la obtención de una saponina específica, a partir del extracto hídroalcohólico rico en saponinas, que posee actividad antifúngica. Por otro lado en la patente CN101474350 (A) también se describe un método para la obtención de saponinas de espárrago, basado en su extracción hidroalcohólica y proponen su uso como medicamento antitumoral. En el estado de la técnica se han descrito fibras obtenidas a partir de distintas partes del espárrago con aplicación en la industria textil y papelera. Así, en UK 19881/20, se muestra un procedimiento para la separación de fibras de espárrago, que tras ser trituradas hasta alcanzar el tamaño de partícula adecuado, pueden utilizarse para la fabricación de tejidos. Finalmente, en DE19905944 A 1, se describe el uso de fibras de espárrago para el desarrollo de material de papel con características estructurales y aromáticas personalizadas. El problema que subyace en la mayoría de los métodos descritos anteriormente, es que se requieren etapas previas de acondicionamiento de la muestra (subproductos de espárrago u otros vegetales) lo cual hace que el procedimiento se encarezca sustancialmente. Además otro problema que presenta el Estado de la técnica es que en la mayoría de las ocasiones, es necesario el uso de disolventes orgánicos tales como metanol, etanol o acetona, para la extracción de los compuestos de interés. En el caso de la extracción acuosa, al utilizarse reactores abiertos, se pierden gran parte de los compuestos bioactivos, tales como los fenoles, por procesos de oxidación. Como alternativa, otros procedimientos han desarrollado vías en las cuales se hace uso de fluidos supercríticos como se describe, por ejemplo en la patente US 7247321 , pero la desventaja de este sistema es el alto coste del equipamiento y la necesidad de personal cualificado para aplicar dichas técnicas a nivel industrial.
Por lo tanto es necesario el desarrollo de nuevos procedimientos que solventen todos los problemas anteriormente enunciados y que den una solución factible y respetuosa con el medioambiente. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención proporciona un nuevo procedimiento de obtención de compuestos funcionales de origen vegetal que mejora significativamente los problemas anteriormente enunciados en los procedimientos ya descritos en el Estado de la Técnica. Entre dichas ventajas destacan el uso de partes residuales de los vegetales como el tallo de los turiones, no se requiere un acondicionamiento ni ningún otro pre-tratamiento como el lavado, el secado o la trituración inicial de estos residuos... Esto supone una gran ventaja con respecto a otros procedimientos encontrados en la bibliografía, ya que en la mayoría de los casos incluyen, al menos, una etapa de trituración de las muestras. Los ensayos preliminares realizados antes de desarrollar el diseño definitivo de experiencia pusieron de manifiesto que la trituración y agitación de las muestras resultan desaconsejables, ya que durante estos procesos se pierden algunos de los compuestos bioactivos presentes en los subproductos de los vegetales, como por ejemplo el espárrago.
Por lo tanto un primer aspecto esencial de la presente invención se refiere a un novedoso procedimiento para la obtención de compuestos funcionales de origen vegetal que comprende las siguientes etapas:
- extracción en agua de un residuo fibroso y un extracto acuoso procedentes de residuos de origen vegetal.
- separación del extracto acuoso del residuo fibroso procedentes de la etapa anterior;
- secado del residuo fibroso;
- trituración y tamizado de la fibra seca obtenida de la etapa anterior; y - fraccionamiento del extracto acuoso.
En la presente invención se entienden por residuos de origen vegetal a aquellas partes como las porciones finales del turión, peladuras y trozos de turión rotos durante la manipulación industrial de dichos vegetales.
Según una realización preferida, los residuos de origen vegetal proceden del espárrago. Según otra realización preferida, la extracción del residuo fibroso y del extracto acuoso se lleva a cabo en un reactor cerrado a una temperatura dentro del intervalo de 100 a 180SC {con o sin agitación) y en un intervalo de tiempo que va desde los 15 a los 300 minutos. Además dicha extracción puede realizarse en atmósfera libre de oxígeno.
En la presente invención un reactor cerrado puede ser desde una olla express hasta un autoclave industrial.
Según otra realización preferida, el residuo fibroso que queda tras la extracción de los compuestos bioactivos solubles, se somete a una etapa de secado o liofilización, para obtener un producto seco que tras ser triturado, en molino de martillo, constituye la fibra bioactiva del vegetal a tratar. Esta fracción está formada por polisacáridos de pared celular y compuestos fenólicos, incluyendo lignina y ácidos hidroxicinámicos, pero además lleva asociados cantidades menores de compuestos tales como flavonoides, saponinas y esteróles, que contribuyen a su potencial actividad biológica.
Por otro lado según otra realización preferida, el líquido obtenido tras el tratamiento extractivo es un extracto acuoso funcional, rico en distintos compuestos de interés, como azúcares, fenoles y saponinas, que se puede denominar extracto funcional completo. A continuación y según otra realización preferida, comprende el fraccionamiento de dicho extracto acuoso, para obtener fracciones parcialmente purificadas y enriquecidas en compuestos bioactivos específicos. El extracto acuoso se inyecta en una columna rellena con una resina de adsorción polimérica o de intercambio iónico, en la que quedan retenidos los principales compuestos bioactivos (flavonoides y saponinas). Para la elución de los distintos compuestos, en primer lugar se utiliza agua (dos volúmenes de columna), separándose en esta fracción los azúcares solubles; a continuación se realiza una extracción secuencial de los compuestos fenólicos, mayoritariamente flavonoides, y las saponinas, utilizando respectivamente dos volúmenes de columna de disolución acuosa de etanol, al 10-50% y al 60- 100%.
Estas dos fracciones constituyen los extractos funcionales parcialmente purificados y enriquecidos en flavonoides y saponinas. La recuperación de ambos grupos de compuestos tras su paso por la columna rellena con una resina de adsorción polimérica o de intercambio iónico es superior al 90% en ambos casos y su concentración en los extractos etanólicos 10-50% y 60-100% es 4 veces superior a la del extracto acuoso global para ambos tipos de compuestos. Estos extractos funcionales pueden utilizarse en suspensión o como extracto seco, tras ser liofilizados.
En las presentaciones sólidas, los extractos parcialmente purificados contienen 1 1 -15% flavonoides y al menos un 50% saponinas respectivamente, mientras que en el extracto acuoso completo la riqueza en peso es de al menos 0.45% de flavonoides y 1 .15% saponinas.
Un segundo aspecto esencial de la presente invención se refiere a la fibra bíoactiva, obtenible por el procedimiento anteriormente descrito, la cual está caracterizada porque comprende desde un 55 a un 65% en fibra alimentaria total, desde un 17 a un 21 % de proteínas y desde un 3 a un 6% en azúcares solubles. Además dicha fibra bioactiva, comprende desde 1 a 2 mg de flavonoides, desde 5 a 6 mg saponinas, desde 1 ,5 a 2,0 mg esteróles y desde 2,5 a 3,5 mg de hídroxicínamatos.
Por otro lado la presente invención también se refiere a un extracto acuoso, obtenible por el procedimiento anteriormente descrito, el cual está caracterizado porque comprende un 0,45% de flavonoides y un 1 ,15% de saponinas.
Por otra parte la presente invención se refiere a un producto funcional en forma de polvo, obtenible por el procedimiento anteriormente descrito que comprende desde un 1 1 a un 15% en flavonoides y que comprende desde un 80 a un 90% en saponinas.
Con la presente invención se consigue el aprovechamiento integral de los subproductos de los vegetales, mediante procedimientos simples y de fácil adaptación industrial. Los productos que se obtienen son: - Subproductos secos y Hofiiizados de los vegetales, en polvo. Se mantienen prácticamente todos los componentes químicos presentes en los subproductos frescos, pero más concentrados.
- Extracto funcional del vegetal. Contiene la mayor parte de los compuestos solubles bioactivos. La riqueza en peso de este extracto global es de un 0,45% de flavonoides y un 1 ,15% de saponinas. Este producto, que se puede presentar en forma de solución, extracto seco, o incluso cualquier tipo de soporte sólido, una vez realizados los correspondientes ensayos de toxicidad y bioactividad, podrá utilizarse como ingrediente funcional en distintos productos alimentarios. Pero además, podría tener aplicación en dietética y parafarmacia, en presentaciones similares a las numerosas cápsulas y preparados de plantas que existen actualmente en el mercado. - Extractos parcialmente purificados y enriquecidos. Se obtienen extractos parcialmente purificados en flavonoides y saponinas que, una vez liofilizados, se pueden presentar en forma de polvo.
- Fibra bioactiva. Se puede utilizar, tanto seca como líofilizada, en la preparación de alimentos funcionales, tales como zumos, yogur, productos cárnicos, pescado, etc. Por lo tanto un tercer aspecto esencial de la presente invención se refiere al uso de la fibra bioactiva, del extracto acuoso y del producto funcional para preparar alimentos enriquecidos, productos dietéticos o complementos alimenticios. Además dichos productos se pueden usar como antifúngíco y/o bactericida.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. EJEMPLOS
1 ) Optimización del proceso de obtención de compuestos funcionales de origen vegetal El material de partida son los tallos de espárrago (porciones finales de los turiones que se desechan durante el procesado industrial), y no se requiere acondicionamiento ni ningún otro tratamiento previo (lavado, secado, trituración) a la extracción de los componentes bioactivos. Esto supone una gran ventaja con respecto a otros procedimientos encontrados en la bibliografía, ya que en la mayoría de los casos incluyen, al menos, una etapa de trituración de las muestras.
Los ensayos preliminares realizados antes de desarrollar el diseño definitivo de experiencia pusieron de manifiesto que la trituración y agitación de las muestras resultan desaconsejables, ya que durante estos procesos se pierden algunos de los compuestos bioactivos presentes en los subproductos del espárrago. Así, en las primeras experiencias realizadas en el laboratorio, en las que las extracciones se realizaron con agua y etanol, en un reactor abierto, con agitación continua, los flavonoides se perdieron prácticamente en su totalidad, sobre todo en el caso de utilizar agua como solvente; mientras que las saponinas mostraron ser mucho más estables al calentamiento y a la agitación. En la tabla 1 se resumen las distintas condiciones ensayadas en las experiencias de laboratorio, en las que las cuatro variables estudiadas fueron temperatura (25 y 60SC), tiempo de extracción (1 y 90 minutos), escaldado o no de las muestras y solvente (agua y etanol).
Tratamiento Temperatura Tiempo (min) Escaldado Disolvente
(eC)
1 60 90 SI Agua
2 60 90 SI Etanol
3 60 90 NO Agua
4 60 90 NO Etanol
5 60 1 SI Agua
6 60 1 SI Etanol
7 60 1 NO Agua
8 60 1 NO Etanol
9 25 90 SI Agua
10 25 90 SI Etanol
1 1 25 90 NO Agua 12 25 90 NO Etanol
13 25 1 SI Agua
14 25 1 SI Etanol
15 25 1 NO Agua
16 25 1 NO Etanol
Tabia 1. Tratamientos realizados con tallos de espárragos en reactor abierto de laboratorio Las tablas 2 y 3 muestran la concentración y porcentajes de recuperación de flavonoides y saponinas en los distintos tratamientos ensayados. Los valores de referencia (283 mg/Kg flavonoides y 646 mg/Kg saponinas) para calcular dichos porcentajes se determinaron a partir de un extracto etanólico de los residuos de espárrago, en el que se cuantifican el total de flavonoides y saponinas presentes en el material de partida. mg flavonoides/ %
Tratamiento
kg subproducto Recuperación
1 0,57 + 1 ,14 0,20
2 50,48 + 6,42 17,85
3 13,96 + 16,28 4,93
4 131 ,14 + 9,48 46,36
5 44,68 + 55,66 15,79
6 14,05 + 5,33 4,97
7 10,45 + 15,09 3,69
8 10,90 + 2,92 3,85
9 0,99 + 1 ,98 0,35
10 14,57 + 4,18 5,15
11 0,00 0,00
12 25,04 + 9,00 8,85
13 24,75 + 31 ,25 8,75
14 10,59 + 5,73 3,74
15 76,04 + 1 ,10 26,88 16 14,14 + 5,99 5,00
Tabla 2. Concentración y porcentaje de recuperación de fiavonoides en los diferentes tratamientos La mayor concentración de fiavonoides en los extractos fue de 131 ,14 mg/kg de subproductos, la cual se obtuvo con el tratamiento 4. Hay que indicar que, en general, se obtuvieron valores muy bajos y una alta variabilidad entre replicados del mismo tratamiento. La pérdida de fiavonoides puede deberse, posiblemente, a procesos de oxidación enzimática, por acción de la peroxídasa, o química, debido a la aireación de la muestra en las distintas etapas de los tratamientos (homogeneización, extracción y centrifugación).
La realización de análisis estadístico para los tratamientos con etanol {cuyos resultados fueron más homogéneos que los obtenidos con las extracciones acuosas) indica que de los tres factores, el tiempo, la temperatura y la combinación de ambos influyeron positivamente en la extracción de fiavonoides, mientras que el escaldado y la combinación del mismo con tiempo o temperatura produjeron efectos negativos.
Tratamiento mg diosgenina/ %
kg subproducto Recuperación
1 244,78 + 0,99 37,95
2 198,33 + 23,88 30,75
3 352,54 + 39,24 54,66
4 204,71 + 23,68 31 ,74
5 273,49 + 18,91 42,40
6 401 ,07 + 28,40 62,18
7 282,50 + 29,06 43,80
8 307,29 + 40,55 47,64
9 173,96 + 34,68 26,97 10 346,74 + 45,69 53,76
1 1 282,96 + 31 ,30 43,87
12 406,26 + 23,07 62,99
13 179,72 + 16,86 27,86
14 354,05 + 27,76 54,89
15 335,01 + 24,62 51 ,94
16 443,26 + 51 ,63 68,72
Tab!a 3. Concentración y porcentaje de recuperación de saponínas en ios diferentes tratamientos. En general, las saponinas son más estables al calentamiento y la agitación que los flavonoides. La mayor concentración y, por tanto, mayor porcentaje de recuperación se obtuvo con el tratamiento 16 (443,26 mg de diosgenina / kg de residuo; 68,72% de recuperación). También se superó el 60% de recuperación con el tratamiento 12 (62,99%) y 6 (62,18%). Los menores porcentajes de recuperación se obtuvieron con el tratamiento 9 (26,97%) y el tratamiento 13 (27,86%). De los resultados obtenidos parece deducirse que los tratamientos con etanol son más efectivos en la extracción (cinco de los ocho superan el 50% de recuperación) que los acuosos (sólo dos superan el 50%). En el caso de las extracciones acuosas, la temperatura y la combinación de la misma con el tiempo influyeron positivamente, mientras que el escaldado y la combinación del mismo con la temperatura produjeron efectos negativos. El factor tiempo no tuvo influencia significativa.
De estas primeras experiencias de extracción de flavonoides y saponinas con el reactor abierto de laboratorio podríamos concluir que:
-La agitación y la exposición al aire durante el tratamiento son factores que afectan negativamente a los flavonoides, mientras que las saponinas parecen ser mucho más estables. -El etanol extrae mayor cantidad de ambos compuestos.
-Un mayor tiempo de extracción y temperatura produce efectos dispares según el solvente, fitoquímico y combinación de las variables estudiadas.
-El escaldado tiene, en general, un efecto negativo en la extracción de flavonoides y saponinas.
Además de los extractos ricos en flavonoides y saponinas, los tratamientos anteriormente descritos también permiten obtener un residuo final, que hemos denominado fibra bíoactiva, puesto que además de los constituyentes característicos de las fibras vegetales (polisacáridos y fenoles intraparietales), contiene cantidades significativas de fítoquímicos (flavonoides, saponinas y esteróles) que aumentan su potencial actividad biológica.
Las fibras obtenidas de los tratamientos en condiciones extremas, es decir, los tratamientos 3 y 4 (60 9C, 90 minutos, sin escaldado y en agua o etanol respectivamente), y 15 y 16 (temperatura ambiente, 1 minuto, sin escaldado y en agua o etanol respectivamente), se secaron por dos métodos, liofilización y secado en estufa de recirculación de aire. Se eligieron estas muestras porque eran en las que previsiblemente mayores diferencias se podrían encontrar. Se determinó el efecto que los distintos factores (temperatura, tiempo de extracción, disolvente y proceso de secado) tienen sobre las características de la fibra.
En las primeras experiencias realizadas en el laboratorio, en las que las extracciones se realizaron con agua y etanol, en un reactor abierto, con agitación continua, los flavonoides se perdieron prácticamente en su totalidad, mientras que las saponinas mostraron ser mucho más estables al calentamiento y a la agitación. A pesar de que se extrajeron mayores cantidades de flavonoides y saponinas con etanol, se eligió el agua como disolvente por las ventajas económicas y medioambientales que su uso supone. Además, la mayor parte de flavonoides y saponinas que no se solubilizan en el extracto acuoso, se recuperan en la fracción de fibra, dándole un valor añadido a la misma. 2) Procedimiento de obtención de compuestos funcionales de origen vegetal a nivel industrial.
El presente ejemplo se refiere al tratamiento de 100 kg de subproductos de espárrago (porciones finales de los turiones) procedentes de la industria de envasado de espárrago verde. El contenido en flavonoides y saponinas de la muestra original es de 283 mg/Kg y 646 mg/Kg respectivamente. La muestra se extrae con 200 L de agua, introduciendo la mezcla en contenedores cerrados, que se colocan en un autoclave industrial (Steriflow, Madinox, Barcelona, España), en el que se lleva a cabo la extracción a 121 eC, durante 2 horas. Posteriormente, se separan las dos fracciones resultantes del tratamiento: extracto acuoso funcional, conteniendo ios fitoquímicos solubles y fibra bioactiva. Los rendimientos son de 200L de extracto acuoso y 100 Kg de fibra húmeda. La concentración de flavonoides en el extracto acuoso es de 80 mg/L (56% recuperación) y la de saponinas de 199 mg/L (61 % recuperación).
El residuo fibroso contiene también cantidades significativas de estos dos grupos de compuestos. El rendimiento de la fracción de fibra seca (en estufa, a 609C, durante 16 horas) es del 5,5% con respecto a los subproductos originales; y su contenido en flavonoides y saponinas son 1 ,33 mg/g y 4,39 mg/g respectivamente, lo que representa un 23% (73 mg/Kg) de recuperación de flavonoides y un 18% (241 mg/Kg) de recuperación de saponinas con respecto a los subproductos originales.
Los compuestos bioactivos solubilizados en el extracto acuoso se fraccionan en una columna de PVC, rellena de una resina de intercambio iónico, en este caso XAD-16. Las dimensiones de la columna han sido 155cm alto x 10,7 cm diámetro interno y el volumen de resina 14 L. La relación volumen de resina / volumen de extracto funcional ha quedado establecida en 100 mL resina/L extracto que contenga hasta 80 mg flavonoides y 200 mg saponinas. Siguiendo este diseño a escala piloto se pueden inyectar en la columna 100-200L de extracto acuoso que contenga hasta 1 g de flavonoides y 30g de saponinas.
En el ejemplo que nos ocupa se han fraccionado 100 L de extracto acuoso, con un contenido de 8g flavonoides y 20g saponinas, los cuales quedan retenidos en la resina, y posteriormente son separados en base a su distinta polaridad. Las dos primeras etapas del fraccionamiento consisten en la inyección de la muestra y lavado con 25L agua (dos volúmenes de columna), midiendo cada 5L de elución la concentración de flavonoides y saponinas, y comprobando que éstos quedan retenidos en la columna en su totalidad. La tercera etapa consiste en la elución de flavonoides, utilizando para ello 25L (2 volúmenes de columna) de etanol: agua 40%; y, finalmente, las saponinas se eluyen con 25L (2 volúmenes de columna) de etanol: agua 96%.
La recuperación de flavonoides es del 99% (7,92g) en la fracción de etanol 40%, siendo su concentración cuatro veces superior (317mg/L) a la del extracto inicial (80mg/L).
Las saponinas se recuperan en un 98% (19,6g), en la fracción de etanol 96%, y su concentración también es cuatro veces superior (785mg/L) a la del extracto acuoso inicial (199mg/L).
Como ya se ha explicado anteriormente, estos extractos funcionales, parcialmente purificados y enriquecidos en flavonoides y/o saponinas pueden utilizarse en suspensión o en polvo, tras ser liofílizados. En este ejemplo, se obtienen 1 ,7 kg de un extracto liofilizado completo que contiene 0,45% flavonoides y 1 ,15% saponinas. Tras su fraccionamiento, el peso del extracto de flavonoides es de 72g y su riqueza del 1 1 % en peso, mientras que el extracto de saponinas pesa 24,5g y su riqueza es del 80% en peso.

Claims

REIVINDICACIONES
1 . Procedimiento para la obtención de compuestos funcionales de origen vegetal que comprende las siguientes etapas:
a. extracción en agua de un residuo fibroso y un extracto acuoso procedentes de residuos de origen vegetal;
b. separación del extracto acuoso del residuo fibroso procedentes de la etapa a);
c. secado del residuo fibroso;
d. trituración y tamizado de la fibra seca obtenida de la etapa c); y e. fraccionamiento del extracto acuoso;
2. El procedimiento según la reivindicación 1 , donde los residuos de origen vegetal proceden del espárrago.
3. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, donde la extracción se lleva a cabo en un reactor cerrado.
4. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la extracción se realiza a temperaturas en el intervalo de 100 a 80QC.
5. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde la extracción se realiza durante un intervalo de tiempo de 15 a 300 minutos. 6. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde la extracción se realiza durante 120 minutos.
7. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde la extracción se realiza en atmósfera libre de oxígeno con o sin agitación.
8. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde el secado del residuo fibroso se lleva a cabo en estufa, con circulación de aire, a una temperatura superior a 30QC. 9. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde el secado del residuo se lleva a cabo mediante liofílización. 0. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde el residuo fibroso seco, se tritura y se tamiza, obteniendo una fibra bioactiva.
1 1 . El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde el fraccionamiento del extracto acuoso se lleva a cabo en una columna rellena con una resina de adsorción o de intercambio iónico. 12. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1 1 , donde en la etapa de fraccionamiento del extracto acuoso se lleva a cabo un lavado de la resina con agua para eluir los azúcares solubles.
13. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, donde en el fraccionamiento del extracto acuoso se lleva a cabo la elución de un extracto fenólico con etanol 10-50%
14. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, donde en el fraccionamiento del extracto acuoso se lleva a cabo la elución de un extracto de saponinas con etanol 60-100%
15. El procedimiento según la reivindicación 1 , donde se lleva a cabo un proceso de liofílización del extracto acuoso de la etapa b). 16. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 13 ó 14, donde se lleva a cabo un proceso de liofílización del extracto fenólico y del el extracto de saponinas.
17. Fibra bioactiva, obtenible por el procedimiento de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque comprende desde un 55 a un 65% en fibra alimentaria total, desde un 17 a un 21% de proteínas y desde un 3 a un 6% en azúcares solubles.
18. Fibra bioactiva, obtenible por el procedimiento de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque comprende desde 1 a 2 mg de f lavonoides, desde 5 a 6 mg saponínas, desde 1 ,5 a 2,0 mg esteróles y desde 2,5 a 3,5 mg de hidroxicinamatos.
19. Un extracto acuoso, obtenible por el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 o 1 1 a 14, caracterizado porque comprende al menos un 0,45% de flavonoides y un 1 ,15% de saponinas.
20. Un producto funcional en forma de polvo, obtenible por el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 15 ó 16, que comprende desde un 1 1 a un 15% en flavonoides. 21 . Un producto funcional en forma de polvo, obtenible por el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 15 ó 16 que comprende 80-90% saponínas.
22. Uso de la fibra bioactiva de cualquiera de las reivindicaciones 17 ó 18 para preparar alimentos enriquecidos, productos dietéticos o complementos alimenticios.
23. Uso del extracto acuoso de la reivindicación 19 para preparar alimentos enriquecidos, productos dietéticos o complementos alimenticios.
24. Uso del producto funcional de las reivindicaciones 20 ó 21 para preparar alimentos enriquecidos, productos dietéticos o complementos alimenticios.
25. Uso del extracto acuoso de la reivindicación 19, como antifúngico y/o bactericida. 26. Uso del producto funcional de las reivindicaciones 20 ó 21 , como antifúngico y/o bactericida.
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