E-076 - Universidad Nacional del Nordeste

Resumen: E-076
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDEST E
Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2004
Estimación de los parámetros cinéticos
para la oxidación lipídica con brotes de soja
Romero, Ana M. - Doval, Mirtha M. - Sturla, Mario A. - Fogar, Ricardo A. - Judis, María A.
Facultad de Agroindustrias- UNNE.
Cdte. Fernández 755. Sáenz Peña, Chaco. Argentina
Te-Fax: 03732-420137. E-mail: [email protected]
ANTECEDENTES
Los antioxidantes son usualmente aplicados para prevenir la peroxidación lipídica en las industrias alimentarias. Los
antioxidantes sintéticos, frecuentemente utilizados, están siendo reevaluados por la posible toxicidad y carcinogenia de
los componentes que se forman durante su degradación (Gow-Chin Yen y col, 2003). Por esa razón en los últimos años
se han comenzado a emplear antioxidantes naturales.
El empleo de compuestos naturales como inhibidores de la oxidación, con o sin actividad enzimática, constituye una
fuente alternativa capaz de prevenir o disminuir el desarrollo de rancidez en alimentos (Maestri y col., 1997).
Estudios efectuados con brotes de soja adicionados sobre modelos de grasa fundida, han mostrado que los mismos
ejercen efecto antioxidante en el estado inicial del proceso de oxidación. Esto fue atribuido a la acción de cantidades
apreciables de la enzima superóxido dismutasa presente en los brotes y a su inusual estabilidad térmica (Doval y col,
2001)
Por otro lado, el análisis de la cinética química provee una herramienta apropiada para investigar los mecanismos de
reacciónes químicas.(Yanislieva y col.,2002).
La cinética de la oxidación lipídica ha sido descripta en detalle a través de un mecanismo de radicales libres. El
esquema clásico en etapas de iniciación, propagación y terminación es comúnmente empleado para ilustrar el
mecanismo molecular por el cual la misma transcurre; de acuerdo a esto la cinética de la oxidación lipídica puede ser
explicada a través de varias ecuaciones de velocidad (monomoleculares o bimoleculares) relacionadas con el estado
inicial de descomposición de hidroperóxidos (Ortolá y col., 1998).
Pero la cinética es el estudio de las velocidades de reacción y éstas pueden variar con la temperatura, la velocidad de
calentamiento, la humedad, el pH, la presión, la presencia y cantidad de reactantes y otros ingredientes; y algunas otras
condiciones experimentales. Como esas condiciones pueden tener un drástico efecto sobre la velocidad, se hace
imperativo registrar e informar la trayectoria del proceso. Por otra parte, los modelos experimentales usados para
calcular la velocidad en condiciones constantes conducen a velocidades totales, que pueden ser muy diferentes de las
velocidades reales. La cuestión es, entonces, cómo estimar la velocidad de reacción para un proceso cuando más de una
variable independiente, está cambiando simultáneamente. El primer paso es asumir un modelo, y el siguiente aplicar
ecuaciones de regresión apropiadas a los resultados experimentales para estimar los parámetros cinéticos (Dolan, 2003).
Özilgen y Özilgen en 1990 (1) propusieron un modelo matemático consistente en una ecuación “logística”, que trata
de explicar la oxidación de lípidos en alimentos de origen animal, basada en el mecanismo de radicales libres. Este
modelo es capaz de simular la reacción autocatalítica completa, ya que si la concentración del compuesto formado es
mucho menor que la concentración máxima alcanzada, la ecuación se transforma en una reacción de primer orden,
mientras que en la fase de terminación cuando la concentración del producto se vuelve igual a la concentración máxima,
el último término de la ecuación se vuelve cero y por lo tanto se arriba al final del proceso.
El objetivo de este trabajo fue estimar los parámetros cinéticos de la oxidación lipídica, en diversos sistemas modelos
alimenticios con el agregado de concentraciones crecientes de brotes de soja, ricos en enzima superóxido dismutasa,
con el fin de evaluar su eficiencia antioxidante. Para ello se utilizó la ecuación propuesta por Özilgen y Özilgen.

dC
C
= k .C.1 −
dt
 C max



(1)
Donde
C: es la concentración de los productos totales de oxidación;
Cmax: es la concentración máxima alcanzada al final del proceso
de oxidación,
k: es la constante de velocidad de reacción
MATERIALES Y METODOS
Sistemas: Los sistemas lipídicos utilizados fueron (A) ácido linoleico (CN Biomedicals Inc. 99% de pureza), (B)
Grasa de cerdo fundida (obtenida a 60º C bajo atmósfera de nitrógeno), (C) Grasa de pollo fundida (obtenida a 60º C
bajo atmósfera de nitrógeno) y (D) emulsión cárnica preparada a partir de carne vacuna (48 %), carne de cerdo (35%),
tocino dorsal (15%) y ClNa (2%), picada y emulsionada, moldeada con un peso de 100 ± 1 g, un diámetro de 90 ± 2
mm y una altura de 20 ± 2 mm.
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Los sistemas A, B y C fueron distribuidos en recipientes abiertos, con una relación superficie: peso de 1,56 cm2/g.
Todos los sistemas fueron sometidos a una oxidación acelerada en horno estático a 80 °C de temperatura durante 4
horas.
Brotes de soja: Fueron preparados a partir de semillas previamente seleccionadas y lavadas, los que una vez secos (30
°C durante 24 horas), se trituraron y emulsionaron en los sistemas lipídicos, en concentraciones: 0 %, 3 % y 6% (p/p).
Seguimiento de la oxidación lipídica: se realizó efectuando periódicamente la determinación del valor de peróxido
(VP) expresado en meq de O2/Kg de muestra (IDF-FIL 74A: 1991).
En el caso de la emulsión cárnica el seguimiento se realizó sobre la fracción lipídica extraída por el método de Bligh y
Dyer (1959).
Determinación de los parámetros cinéticos
Para la determinación de los parámetros cinéticos se procedió a integrar la ecuación cinética propuesta (1) obteniéndose,
de los gráficos resultantes, las constantes de velocidad de reacción.
DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
Los resultados obtenidos en los distintos sistemas lipídicos se muestran en las Tablas 1 a 4, en ellas es posible observar
que las concentraciones de soja ensayadas ejercieron efecto antioxidante en todos los modelos, siendo en algunos casos
más efectivas. También se puede ver que los valores máximos de peroxidación alcanzados en los distintos sistemas
fueron diferentes, siendo el más notable el de la grasa de pollo, quien tiene una composición más rica en ácidos grasos
insaturados.
Tabla 1. VP en sistema ácido linoleico
Tiempo
(h)
0
0,5
1
1,5
2
3
4
% RP
0%
2,14
22,17
20,28
34,00
50,97
84,78
130,67
Tabla 2. VP en sistema grasa de cerdo
Tiempo
(h)
0
12
24
36
48
60
72
84
% RP
3% soja 6% soja
2,14
14,67
20,46
29,27
48,46
68,30
87,99
32,65
2,14
14,00
16,33
28,62
42,05
62,86
79,49
39,16
Tabla 3. VP en sistema grasa de pollo
Tiempo
0%
(h)
0
16,93
8
66,36
23
295,99
32
662,13
49
1068,63
% RP
4,05
30,64
21,87
22,55
92,65
79,33
163,64
198,10
3 % soja 6 % soja
4,05
21,05
19,47
26,66
67,57
44,86
158,47
151,47
23,53
4,05
15,28
17,03
27,70
64,17
63,55
152,31
136,88
30,90
Tabla 4. VP en sistema emulsión cárnica
3 % soja 6% soja
16,93
42,01
170,93
285,56
608,86
43,02
0%
Tiempo
(d)
0
7
15
% RP
16,93
42,65
174,37
271,97
424,79
60,24
0%
2,03
67,73
118,93
3 % soja 6 % soja
2,47
64,12
54,14
54,47
2,29
47,62
30,77
72,14
Para el análisis de los parámetros cinéticos la ecuación (1) fue integrada resultando:
C 0 e kt
C=
C
1 − 0 (1 − e kt )
C max
Donde C0 es la concentración inicial de la
oxidación de los productos totales de oxidación
(2)
La forma linealizada de la ecuación (2) es :
C

 X 
kt = ln  max − 1 + ln 

1− X 
 Co

(3)
Donde X= C/Cmáx
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La ecuación (3) representa una línea siendo t la variable independiente y el Ln(X/(1-X)) la variable dependiente. La
pendiente de esta recta es k y su intersección con el eje (t= 0) es – Ln ((Cmáx/C0)-1) . Los datos experimentales
ajustados según la ecuación propuesta se muestran en la Figura 1.
Acido linóleico
Grasa de cerdo
2
4
3
1
1
0
-1 0
1
2
3
4
5
ln (X/1-X )
ln (X/1-X)
2
0
-1
0
20
40
60
80
-2
-2
-3
-3
-4
-4
Tiempo (h)
3 % soja
6 % soja
Tiempo (h)
3 % soja
0%
Grasa de pollo
0%
Em ulsión cárnica
1
6
0
4
0
10
20
30
40
-1
-2
ln (X /1-X)
ln (X/1-X)
6 % soja
-3
2
0
0
5
10
15
20
-2
-4
-4
Tiem po (h)
3 % soja
6 % soja
Tiem po (d)
0%
3 % soja
6 % soja
0%
Fig 1. Determinación de los parámetros del modelo cinético para los diferentes sistemas lipídicos.
Las constantes de velocidad calculadas presentaron valores muy diferentes para cada sistema lipídico ensayado (Tabla
5), advirtiendo además que las mismas fueron disminuyendo en cada uno de ellos a causa del agregado del antioxidante.
Tabla 5. Valores numéricos de los parámetros cinéticos calculados
Sistemas
er
Acido linoleico (1 orden)
Acido linoleico
Grasa de cerdo
Grasa de pollo
Emulsión cárnica
0%
k
0,838
1,5
0,62
0,089
0,618
2
r
0,78
0,98
0,84
0,82
0,99
3 % soja
2
k
r
0,782
0,77
1,64
0,97
0,043
0,83
0,076
0,89
0,327
0,99
6 % soja
2
k
r
0,769
0,78
1,74
0,98
0,048
0,92
0,071
0,76
0,239
0,99
En el caso del ácido linoleico, si bien presentó un buen ajuste al modelo propuesto este comportamiento no pudo
observarse, sin embargo si el análisis se realiza suponiendo una ecuación cinética de primer orden ( C << Cmax) este
efecto es percibido.
CONCLUSIONES
Los parámetros cinéticos calculados según el modelo propuesto permitieron evaluar el efecto antioxidante del agregado
de brotes de soja en todos los sistemas lípidos estudiados.
La mayor concentración de brotes de soja agregada al sistema de emulsión cárnica resultó ser la más eficiente, mientras
que el menor efecto se registró para esa concentración, en el sistema grasa de cerdo.
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BIBLIOGRAFÍA
Dolan,K.D. (2003). Estimation of kinetic parameters for nonisothermal food proceses. Journal of Food Science. 68
(3):728-741
Doval, M.; Romero, A.; Sturla, M. y Judis M.(2001) Antioxidative effect of soya bud in model systems. European Food
Research and Technology. 213 (4-5):297-300
Gow-Chin Yen, Yung-Chi Chang,Sep-Wen Su (2003) Antioxidant activity and active compounds of rice koji fermented
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Maestri, D.M.; Meriles, J.M.; Labucas, D.O.; Lamarque, J.A.; Zygadlo, J.A. y Guzman, C.A. (1997). Evaluación de la
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Argentina. 85 (3):179-187
Özilgen, S.; Özilgen, M. (1990). Kinetics model of lipid oxidation in foods. Journal Food Science. (55): 498 –536.
Yanislieva, N.; Kamal-Eldin, A.; Marinova, E.;Toneva,A. (2002). Kinetics of antioxidant action of α- and γtocopherols in sunflower and soybean tricylglycerols. Eurpean Journal of lipid Science and Technology. 104:262-270