Optimización de la extracción de compuestos antioxidantes desde hojas de Salvia hispanica L de dos fenotipos distintos utilizando extracción por solvente acelerado en distintas etapas morfológicas

Abstract

Originaria de México y Guatemala, la Salvia hispanica L, comúnmente conocida como chía, perteneciente a la familia de las Lamiaceae, es una planta herbácea que posee compuestos bioactivos beneficiosos para la salud humana. En las últimas décadas, los estudios científicos se han centrado en su semilla, la que contiene omega-3, proteínas, fibra dietética, vitaminas, minerales y una amplia gama de compuestos fenólicos. Estos últimos también están presentes en las hojas, las que se descartan después de la cosecha de la semilla. Los compuestos fenólicos poseen actividades biológicas como antibacteriana, anticancerígena, antiinflamatoria, antioxidante, entre otros, lo que convierte a la hoja de chía en una fuente importante de estos compuestos, lo que representa una alternativa de revalorización de este órgano de la planta de chía. Sin embargo, existen muy pocos estudios científicos de órganos como las hojas. La mayor desventaja de las metodologías de extracción convencionales es el tiempo elevado de extracción, así como el tipo de solvente utilizado. Para mejorar esto, se han desarrollado nuevas tecnologías implementando solventes más verdes y buscando disminuir el volumen y toxicidad de los solventes de extracciones tradicionales (hexano y diclorometano) como lo son el H2O y el etanol entre otros, considerados solventes con seguridad alimenticia. Para asegurar una mejor eficiencia de extracción, en este proyecto se realizó una optimización de la extracción de compuestos antioxidantes a partir de hojas de chía mediante modelos quimiométricos, utilizando la extracción con solvente acelerado (ASE), evaluando 3 variables: composición de solvente (H2O, etanol, 50%-50% H2O:etanol), tiempo estático de extracción (3, 10 y 17 minutos) y temperatura de extracción (45, 80 y 115ºC). Por medio del modelo 33 + 3 centros se buscó generar una superficie de respuesta que maximice la capacidad antioxidante determinada mediante ORAC-FL. Luego se aplicó el procedimiento de extracción optimizado en el análisis de muestras de hoja de chía de dos fenotipos de semillas diferentes (blanca y negra) en 3 etapas distintas del desarrollo de la planta, evaluando su capacidad antioxidante mediante ORAC-FL, ORAC-PGR y DPPH, su contenido de polifenoles totales por Folin Ciocalteu, y la caracterización de los polifenoles presentes en las muestras mediante HPLC-DAD. Posteriormente se realizó la comparación con la extracción asistida con ultrasonido previamente optimizada. Las condiciones óptimas para la extracción con solvente acelerado fueron: 3 ciclos de extracción de 17 min cada uno a 115°C con una composición de 55% H2O y 45% ETOH a una presión constante de 1500 psi. Para los dos fenotipos de hoja de chía que se analizaron en diferentes etapas de desarrollo, se obtuvo en la mayoría de los análisis la misma tendencia, siendo la segunda fecha de muestreo donde se obtuvieron más compuestos con capacidad antioxidante, mayor cantidad de polifenoles, y una mayor concentración de compuestos como el ácido cafeico y el ácido rosmarinico. Finalmente, al comparar los resultados obtenidos en esta tesis, con la extracción por ultrasonido optimizada en estudios anteriores, la extracción ASE demostró ser más eficiente, obteniendo resultados significativamente mayores en todos los análisis.

Originally from Mexico and Guatemala, Salvia hispanica L, commonly known as chia, belonging to the Lamiaceae family, is a herbaceous plant that has bioactive compounds that are beneficial to human health. In recent decades, scientific studies have focused on its seed, which contains omega-3, protein, dietary fiber, vitamins, minerals, and a wide range of phenolic compounds. The latter are also present in the leaves, which are discarded after the seed is harvested. Phenolic compounds have biological activities such as antibacterial, anticancer, anti-inflammatory, antioxidant, among others, which makes the chia leaf an important source of these compounds, which represents an alternative to revalue this organ of the chia plant. However, there are very few scientific studies of organs such as leaves. The biggest disadvantage of conventional extraction methodologies is the long extraction time, as well as the type of solvent used. To improve this, new technologies have been developed implementing greener solvents and seeking to reduce the volume and toxicity of traditional extraction solvents (hexane and dichloromethane) such as H2O and ethanol, among others, considered food-safe solvents. To ensure better extraction efficiency, in this project an optimization of the extraction of antioxidant compounds from chia leaves was carried out by means of chemometric models, using accelerated solvent extraction (ASE), evaluating 3 variables: solvent composition (H2O , ethanol, 50%-50% H2O:ethanol), static extraction time (3, 10 and 17 minutes) and extraction temperature (45, 80 and 115ºC). Through the model 33 + 3 centers, we sought to generate a response surface that maximizes the antioxidant capacity determined by ORAC-FL. Then the optimized extraction procedure was applied in the analysis of chia leaf samples from two different seed phenotypes (white and black) in 3 different stages of plant development, evaluating their antioxidant capacity using ORAC-FL, ORAC-PGR and DPPH, its total polyphenol content by Folin Ciocalteu, and the characterization of the polyphenols present in the samples by HPLC-DAD. Subsequently, comparison was made with previously optimized ultrasound-assisted extraction. The optimal conditions for accelerated solvent extraction were: 3 extraction cycles of 17 min each at 115°C with a composition of 55% H2O and 45% ETOH at a constant pressure of 1500 psi. For the two chia leaf phenotypes that were analyzed at different stages of development, the same trend was obtained in most of the analyses, with the second sampling date where more compounds with antioxidant capacity were obtained, a greater amount of polyphenols, and a higher concentration of compounds such as caffeic acid and rosmarinic acid. Finally, when comparing the results obtained in this thesis, with the ultrasound extraction optimized in previous studies, the ASE extraction proved to be more efficient, obtaining significantly higher results in all the analyses.