Cinética de degradación de betalaínas en micropartículas de pulpa de atún (Opuntia ficus-indica), extracto ultrafiltrado y nanofiltrado

Abstract

La tuna púrpura (Opuntia ficus-indica), es una importante fuente natural de compuestos bioactivos, destacándose las betalaínas (betacianinas y betaxantinas) y polifenoles, que representan una alternativa para el desarrollo de ingredientes funcionales debido a sus características colorantes y antioxidantes. El objetivo de esta investigación fue determinar la estabilidad de las betalaínas en micropartículas de pulpa de tuna púrpura (Opuntia ficus-indica), extracto ultrafiltrado (UF) y nanofiltrado (NF), estudiando su cinética de degradación. Las micropartículas se prepararon por secado por atomización, utilizando Capsul (C) y K-4484 (K), como agentes encapsulantes. Las micropartículas de los seis sistemas (P-C, P-K, UF-C, UF-K, NF-C y NF-K) se almacenaron a tres temperaturas (30, 45 y 60 ºC). Se determinaron las constantes de degradación de betacianinas y betaxantinas y parámetros termodinámicos. La degradación siguió una cinética de primer orden para todos los sistemas de micropartículas estudiados. Las constantes de velocidad de degradación para las betacianinas estuvieron entre 1,8 - 12,1 x 10-3 dias-1 para 30ºC, entre 3,2 - 14,2 x 10-3 dias-1 para 45ºC y entre 5,8 - 30,4 x 10-3 dias-1 para 60ºC. Para las betaxantinas se obtuvieron constantes de degradación entre 1,3 - 2,1 x 10-3 dias-1 para 30ºC, entre 1,8 - 3,1 x 10-3 dias-1 para 45ºC y entre 2,5 - 4,3 x 10-3 dias-1 para 60ºC. No se observaron diferencias significativas en la energía de activación (Ea), entalpía de activación (ΔH≠) y entropía de activación (ΔS≠) para betacianinas entre los sistemas P-C, P-K, UF-C, UF-K y NF-C. Por otro lado, el cambio de energía de activación de betacianina para el sistema NF-K fue significativamente mayor con respecto a los otros sistemas estudiados, lo cual fue concordante con la menor constante de velocidad de degradación. Se obtuvo una relación lineal en el gráfico de ΔH≠ vs ΔS≠, éste efecto sugiere que tanto las betacianinas como las betaxantinas se degradaron por un mecanismo similar. Las micropartículas obtenidas en este estudio, podrían ser utilizadas en la industria de alimentos por sus propiedades colorantes y antioxidantes. Palabras claves: Micropartículas, pigmentos naturales, estabilidad de betalaínas.

Purple cactus pear (Opuntia ficus-indica), is an important source of bioactive compounds, mainly betalains (betacyanins and betaxanthins) and polyphenols, which represent an alternative for new functional ingredients with colorant and antioxidant properties. The objective of this investigation was to determine the stability of betalains from purple cactus pear pulp (Opuntia ficus-indica), ultrafiltrated (UF) and nanofiltrated (NF) extracts microparticles, studying their kinetics degradation. Microparticles were obtained by spray-drying using Capsul (C) and K-4484 (K) as encapsulating agents. The microparticles (P-C, P-K, UF-C, UF-K, NF-C and NF-K), were stored at three temperatures (30, 45 and 60 °C). Degradation rate constants of betacyanins and betaxanthins and thermodynamic parameters were determined. The betacyanin and betaxanthin degradation followed first order kinetics for all studied microparticles systems. Betacyanins degradation constants were between 1,8 - 12,1 x 10-3 days-1 for 30°C, between 3,2 - 14,2 x 10-3 days-1 for 45°C and between 5,8 - 30,4 x 10-3 days-1 for 60ºC. The degradation constants for betaxanthins were between 1,3 - 2,1 x 10-3 days-1 for 30°C, between 1,8 - 3,1 x 10-3 days-1 for 45°C and between 2,5 - 4,3 x 10-3 days-1 for 60ºC. No significant differences were observed in the activation energy (Ea), activation enthalpy (ΔH≠) and activation entropy (ΔS≠) for betacyanins among P-C, P-K, UF-C, UF-K and NF-C systems. Furthermore, the activation energy change for betacyanin in the NF-K system was significantly higher regard to the other systems, in accordance with the lower degradation constant. A linear relationship was obtained between ΔH≠ and ΔS≠, suggesting that both, betaxanthins and betacyanins, are degraded by a similar mechanism. Microparticles obtained in this study could be used in food industry for their colorant and antioxidant properties.