Evaluación del uso de ultrasonidos como medio de extracción de compuestos bioactivos en vegetales

Los beneficios de la ingesta de frutas y verduras han provocado, en los ultimos anos, un cambio sobre los habitos alimentarios de los consumidores. Del mismo modo, entre la comunidad cientifica, se ha incrementado el reconocimiento del beneficio del potencial antioxidante de un gran numero de compuestos o familias de compuestos activos (fitoquimicos) para la salud humana. Uno de los puntos criticos en el estudio de compuestos bioactivos en frutas y vegetales es el proceso de extraccion de estos compuestos de la matriz vegetal. Las tecnicas de extraccion verdes nacen, como concepto, para responder a los retos del siglo XXI, para proteger tanto el medio ambiente como a los consumidores. La extraccion es un proceso que afecta a toda la metodologia analitica, por lo que tiene una importante contribucion a la sostenibilidad (o falta de ella) de todo el proceso analitico. Los ultrasonidos son una tecnologia clave para lograr el objetivo de una quimica y extraccion "verdes" sostenibles. Gracias a los ultrasonidos, se pueden llevar a cabo extracciones completas en minutos con una alta reproducibilidad, reduciendo el consumo de disolvente y simplificando la manipulacion y el trabajo. En esta tesis doctoral se lleva a cabo la optimizacion de la extraccion asistida por ultrasonidos de distintos metabolitos secundarios a partir de distintas matrices vegetales. Para evaluar el efecto de las variables independientes sobre la eficacia de la extraccion asistida por ultrasonidos se utiliza un diseno de experimentos de Box-Behnken (BBD) con el fin de determinar las condiciones optimas de extraccion. Tres son los grupos de compuestos objetivo de esta tesis, todos ellos con propiedades beneficiosas para la salud, atribuidas principalmente a su actividad antioxidante: betalainas, antocianos y acidos cafeoilquinicos. Como fuente de compuestos activos para llevar a cabo esta tesis doctoral hemos seleccionado cuatro matrices vegetales: fruta del dragon, flores de Erica, patatas de pulpa coloreada y boniato. -Las betalainas se han extraido de la fruta del dragon o pitaya roja (Hylocereus polyrhizus), hoy en dia es una de las frutas con el valor mas alto del mercado. -Los antocianos se extrajeron de dos fuentes distintas, flores de Erica australis L. que son consumidas en forma de infusion en la medicina popular de varias culturas, y patatas (Solanum tuberosum L.) de pulpa coloreada, variedades desconocidas para la mayoria de los consumidores, que son igual de ricas en nutrientes que las variedades mas populares, pero ademas nos aportarian a nuestra dieta todos los beneficios del consumo de antocianos. -Como fuente de acidos cafeoilquinicos se ha usado el boniato (Ipomea batata L.), un cultivo cuya produccion ha experimentado un aumento considerable en los ultimos anos en Espana, centrandose esta produccion principalmente en la provincia de Cadiz. Las condiciones optimas para la extraccion asistida por ultrasonidos de las betalainas son 21.4% de MeOH en agua, 54.6 °C de temperatura, un 20% de potencia de ultrasonidos, un ciclo de 0.3 s−1 y una ratio de 0.2 gramos de muestra en 10 mL de disolvente. En el caso de los antocianos, hay una serie de variables experimentales comunes a flores y patatas como son: 70 oC, 70% de potencia de ultrasonido, 0.5 s-1 de ciclo y una ratio de 0.5 gramos de muestra en 20 mL. El disolvente necesario para la extraccion de los antocianos en las flores es de un 50% de MeOH en agua a un pH de 5 y en patatas un 60% de MeOH en agua a pH 2.9. Los acidos cafeoilquinicos necesitan unas condiciones mas suaves que estos ultimos: 39.4 oC, 33.3% de potencia de ultrasonido a 0.5 s-1, una ratio de 0.5 gramos en 10 mL y 100% de MeOH como disolvente. En cuanto al tiempo de extraccion, necesitamos solo 5 minutos para la extraccion de betalainas, 10 para los acidos cafeoilquinicos y 15 para los antocianos en cualquiera de las dos matrices empleadas. Todos los compuestos se mostraron estables frente a la radiacion ultrasonica, a excepcion de las betalainas cuyo rendimiento comenzaba a decaer pasados 20 minutos de irradiacion. Los metodos de extraccion asistida por ultrasonidos desarrollados en la presente tesis doctoral son precisos, reproducibles, economicos y rapidos para obtener excelentes recuperaciones de betalainas, antocianos y acidos cafeoilquinicos en las distintas matrices vegetales estudiadas.