CARAMELO PREBIÓTICO - Espacios Salud Investiga

La investigación en
C
Crohn
h de
dde cerca
Crohn
cerca
Caramelos prebióticos para el
Caramelos prebióticos para el
tratamiento de la enfermedad de Crohn
José M. García Fernández
Instituto de Investigaciones Químicas
SUCROQUÍMICA: CÓMO EMPEZÓ TODO
(1989, Centro de Estudios de Grenoble,
Francia)
OH
HO
sacarosa HO
O
HO
calor
+
ácido
O
ácido
O
HO
HO
OH
OH
CARAMELO!
¿Qué es el caramelo?
¿Están
á los DAFs en nuestra dieta?
¿Son beneficiosos o son a evitar?
OH
O
HO
polímeros
detergentes
edulcorantes
…
HO
OH
OO
DAF
O
HO
OH
ACTIVACIÓN TÉRMICA DE LOS CARBOHIDRATOS
Del arte de la cocina a la Química Molecular.
OLIGOSACÁRIDOS
HETEROCICLOS
OXIGENADOS
HETEROCICLOS
NITROGENADOS
Sabor
Aroma
Color
Propiedades organolépticas
Propiedades nutricionales
POLÍMEROS
(melanoidinas)
Pigmentos
COMPOSICIÓN: Fracción volátil (<5%) + Fracción no volátil (>95%).
CARAMELO: DEFINICIÓN COMERCIAL
(NORMA AFNOR NF VOO
VOO-100)
100)
- Caramelo aromático
- Jarabe o sólido marrón pálido a oscuro, obtenido por calentamiento
controlado de azúcar de g
grado alimentario. Pueden añadirse p
pequeñas
q
cantidades de ácido carboxílico para promover la hidrólisis del material oligoy polisacarídico. La acidez inherente del caramelo puede neutralizarse tras el
proceso de carmelización.
- Caramelo colorante
- Líquido o sólido marrón oscuro, obtenido por calentamiento controlado de
azúcar de grado alimentario. Pueden añadirse varios promotores de
caramelización. Se emplea como colorante en productos de alimentación,
cervezas,, bebidas alcohólicas,etc.
,
E 150(a d)
E-150(a-d)
Azúcar + calor
Sin aditivos
Ácidos alimentarios
(acético, cítrico…)
Amoniaco,
Amoniaco
Compuestos nitrogenados
Ácidos minerales
o bases
E-150a
E-150d
E-150b
Caramelos aromáticos
postres
lacteos
salsas
l
piensos animales
E-150c
Caramelos colorantes
refrescos
cervezas
licores
vinos
ESTADO DE CONOCIMIENTO EN 1990
“El caramelo forma parte de la dieta humana desde hace más de
2000 años. Actualmente, además de una receta básica de la
gastronomía popular, es un ingrediente o aditivo alimentario
ampliamente utilizado en multitud de productos industriales
destinados tanto a la alimentación humana como animal por sus
propiedades aromatizantes o colorantes.
colorantes Sin embargo,
embargo aunque el
avance en las técnicas de análisis ha sido espectacular a lo largo del
siglo 20, aún no conocemos cuales son los constituyentes
mayoritarios
it i del
d l caramelo.
l Desde
D d ell punto
t de
d vista
i t químico,
í i
l único
lo
ú i
cierto es que la caramelización de un azúcar conlleva la acidificación
del producto y que el medio ácido cataliza la caramelización”.
El estudio de la reactividad de los azúcares en medio ácido podría
aportar las claves para descifrar este enigma.
g
TRANSFORMACIONES DEL AZÚCAR PROMOVIDA POR
ÁCIDOS EN EL LABORATORIO
HO
O
OH
HO
H+
HO O
HO
glucosa
glucooligosacáridos
O
HO
OH
OH
sacarosa
DAFs
fructosa
¿Sucede lo mismo en la cocina?
¿Comemos DAFs?
Glucosil-DAFs
“HUELLA DIGITAL” DEL CARAMELO:
ESPECTROMETRÍA DE MASA
Glucooligosacáridos
DAFs y Glucosil-DAFs
El perfil resultó idéntico para el producto del
laboratorio y el caramelo líquido comercial
1994: SE AISLAN VARIOS DAFs DE UN CARAMELO
AROMÁTICO DE SACAROSA
OH
HO
O
O
HO
O
OH
HO
O
OH
HO
O
O
HO
O
OH
OH
49%
O
HO
17%
HO
O
OH
OH
O
O
HO
O
OH OH
7%
Los DAFs forman parte de la dieta dieta humana ordinaria
desde tiempo inmemorial.
Algunos microorganismos los producen. Son acariogénicos y
favorecen el crecimiento de bacterias beneficiosas en el
intestino (Bifidobateria, Lactobacilo)
OH
POTENCIAL DE LOS DAFs COMO ALIMENTOS FUNCIONALES
Químicamente,
Q
í i
t están
tá constituidos
tit id por fructosa
f
t
(DAFs)
(DAF ) o
fructosa y glucosa (Glucosil-DAFs).
Están emparentados directamente con carbohidratos
comerciales con efecto prebiótico bien documentado, como la
inulina los fructooligosacáridos (FOS) y las oligofructosas.
inulina,
oligofructosas
Cada vez hay más evidencias científicas de que una dieta rica
en prebióticos regula la flora intestinal, refuerza el sistema
inmunitario, reduce la incidencia del cáncer de colon, facilita la
eliminación de colesterol en sangre…y permite prevenir y
controlar los episodios de crisis en enfermos de Crohn y de
colitis ulcerosa.
¿Podría tratarse el Crohn con caramelo?
TERAPIAS PARA ENFERMEDAD INFLAMATORIA INTESTINAL
Factores ambientales
Factores genéticos
Factores inmunológicos
IL-1
TNF
1. ANTIINFLAMATORIOS
TNF
TNF
IL-6`
LTB4
2 ANTIBIÓTICOS
2.
3. TERAPIA BIOLÓGICA
E f
Enfermedad
d d inflamatoria
i fl
t i iintestinal
t ti l
Caramelos enriquecidos en DAFs?
4 TERAPIAS ALTERNATIVAS
4.
 Prebióticos (fibra dietética, FOS…)
 Probióticos
 Acidos grasos poliinsaturados, ω3
 Antioxidantes: flavonoides
TECNOLOGÍA PARA PRODUCIR CARAMELOS PREBIÓTICOS
Control de la tempeartura
Agitación mecánica
Condiciones heterogéneas
Escala de hasta 2 Kg
Catalizador reciclable
Caramelo comercial
Caramelo prebiótico
SACAROSA
160 ºC
C
Ácido acético 0.1%
18 20% DAFs
18-20%
D-FRUCTOSA
90 ºC
C
Resina ácida
70 80% DAFs
70-80%
Patente CSIC – Univ. Sevilla – Univ. Granada 2008
ANÁLISIS CUALI- Y CUANTITATIVO (CG): PERFIL DE DAFs
HO
O
O
HO
HO
HO
O
HO
OO
O
OH
OH HO
O
Tipos de estructuras:
Hasta 14 estructuras
Hasta 14 estructuras diferentes
OH
OH
HO
O
HO
O
9
OH
O
O
HO
HO
HO
OH
O
O
OH
10
OH
5
4
1
2
19
HO
6
11 12
3
20
O
13 HO
7
21
22
HO
HO
O
OH
O
O
14
23
24
min
Comparación de componentes en el caramelo
comercial y en el caramelo prebiótico
%
Los DAFs presentes son
exactamente los mismos, sólo
varía su proporción relativa
DAFs
DAF
Caramelo comercial de sacarosa
Caremlo prebiótico de fructosa
EVALUACIÓN DE EFECTO PREBIÓTICO IN VIVO
1 g caramelo/día/animal (250 g)
control
% AUMENTO DE PESO
20
*
15
Caramelo
prebiótico
-actina
(control)
10
5
0
0
2
5
7
CONTROL
9
12
14
DAFs- caramelo
CANTIDAD DE ALIMENTO
20
15
10
5
0
2
5
Control
7
MUC1
DIASS
9
12
MUC2
14
TFF-3
DFAs-caramelo
Aumento moderado en Lactobacilos
y Bifidobacterias
Efecto citoprotector muy significatico
CARAMELOS ENRIQUECIDOS EN DAFs
COMO NUTRACÉUTICOS
Evaluación en un modelo animal de la enfermad de Crohn
2 semanas
1 semana
Parametros macroscópicos :
No-colítico
•diarrea
•Índice de daño macroscópico (MDI)
control
TNBS/EtOH 50%
Parametros bioquímicos
•actividad mieloperoxidasa
Impacto en la microflora:
( 8)
(n=8)
+ caramelo
TNBS/EtOH 50%
• lactobacillus
• bifidobacteria
LOS DAFs COMO NUTRACÉUTICOS
GRUPO
PESO DEL
COLON
ÍNDICE DE
DAÑO (0-10)
MPO
(U/g tejido)
63.5  6.9
0.0
21.5  4.0
Control colítico
180.7  36.1
7.5
116.7  9.2
Caramelo
prebiótico
137.2  39.5
5.5
88.6  10.3
Sano
Regeneración de tejidos en animales
Animal
A
i l
colítico
Animal
A
i l
sano
Animal sano
Animal colítico
Animal tratado
J. Agric. Food Chem. 2010, 58, 6476-6484.
CARAMELOS ENRIQUECIDOS EN DAFs
COMO NUTRACÉUTICOS
4,00E+09
3,50E+09
3,50E
09
3,00E+09
lactobacillus
bifidobacteria
2,50E+09
2,00E+09
1,50E+09
1,00E+09
5,00E+08
0 00E+00
0,00E+00
No-colitico
control
DFA III puro Caramelo DAFs
 Recuperación
R
ió significativa
i ifi ti de
d llas b
bacterias
t i b
beneficiosas.
fi i
 El efecto es más significativo en los animales enfermos que en los sanos.
EVALUACIÓN PREBIÓTICA IN VITRO EN POLLOS
cecum de pollos
(8 a 20 animales)
Log nº copias/mL
Total ácidos grasos de cadena corta (mM)
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
CF
Control (0.5%)
CF
(1%)
CF
(2%)
CS
Nigay
EVALUACIÓN DEL EFECTO PREBIÓTICO EN CERDOS
CERDOS
CARAMELO
C
O PREBIÓTICO
Ó CO
(6 animales)
Control
(6 animales)
Pienso comercial +
caramelo prebiótico (1%)
Pienso comercial
Aumento moderado en la
población de bifidobacteria y
lactobacilo.
Disminución
Di i
ió significativa
i ifi i de
d
coliformes y enterobactaeria.
 Baja fermentabilidad
(
(acalóricos).
ló i
)
*
pA
60
Análisis de DAFs en heces
50
40
*
9
30
*
20
5+6
4
7
*
10
18
19
20
21
10
13
22
23
24 min
4
Exquisito
3
Me gusta mucho
2
M gusta
Me
t
1
EVALUACIÓN ORGANOLÉPTICA
0.8 g CF en
200 mL zumo piña
Bastante bueno
4 2 g CF en
4.2
0
0.5 g CF en
125 g yogurt 1 Kg bizcocho
0
-1
Ni muy bueno ni muy malo
4.2
4
2 g CF en
1 Kg pan
0 5 g CF en 130 g
0.5
natillas
0.8-1 g CF en
200 mL leche
Regular
 Todos los productos fueron aceptados
-2
No me gusta
 El caramelo se disuelve bien en
todas las matrices
-3
Desagradable
 Imparte color
 Sabor metálico en leche
-4
Horrible
MODULACIÓN DEL COLOR Y DEL SABOR
Tratamiento con carbón vegetal (100 ºC, 2 h)
Leche (semidesnatada) 200 mL + caramelo decolorado (2
(2.1
1 g)
SABOR
AROMA
TEXTURA
ESTADO DE LA TECNICA DE OBTENCION
DE CARAMELOS PREBIÓTICOS
 Tecnología desarrollada a escala de 1 Kg
 Respetuosa con el medio ambiente: materia prima de fuentes naturales
(fructosa, sacarosa), catalizadores reciclables, no usa disolventes orgánicos,
temperaturas moderadas.
Efecto
Ef
t protector
t t en ell tracto
t
t intestinal
i t ti l y ausencia
i de
d toxicidad
t i id d en roedores.
d
Efecto prebiótico en pollos y cerdos.
Efecto nutracéutico en un modelo animal p
para enfermedad de inflamación
intestinal.
Buenos resultados relativos a estabilidad y propiedades organolépticas en
matrices alimentarias.
El color y el sabor pueden adaptarse a los requerimientos de cada
aplicación.
 Conocimiento especializado en preparación de patrones analíticos para
control de calidad y trazabilidad.
“GLYCOBIOTICS”
caramelos prebióticos
OBJETIVOS DE I + D + i
DESARROLLO TECNOLÓGICO Y COMERCIAL
 Aplicaciones en alimentación animal: estudios avanzados en cerdos y
aves.
aves
 Aplicaciones en alimentación humana: estudios de fermentabilidad e
influencia
ue c a e
en e
el recuento
ecue o bac
bacteriano
e a o intestinal.
es a
 Aplicaciones como nutracéuticos: contactos iniciales con el Hospital
Virgen
g
de la Nieves de Granada p
para estudios en enfermos de Crohn y
afectados por enfermedades de inflamación intestinal en general.
 Aumento de la capacidad de producción y control de calidad.
 Desarrollo comercial: Partenariado con empresa(s) / Licencia patente
La investigación en
C
Crohn
h de
dde cerca
Crohn
cerca
Agradecimientos ato dos mis colaboradores, en especial a:
Prof. Carmen Ortiz (Universidad de Sevilla)
Prof. Julio Gálvez Universidad de Granada))
Dr. Luis Ángel Rubio (Estación Experimental del Zaidín, CSIC, Granada)
Dr. Davd Lesur (Univerdad de Amiens, Francia)
GRACIAS POR SU ATENCIÓN