Antioxidantes alimentarios: mecanismos de oxidación electródica, medida electroquímica de capacidad antioxidante y composición en tés, infusiones y especias

Abstract

A pesar de que el oxígeno es imprescindible para la vida, puede ser también fuente de enfermedades a través de una producción incontrolada de radicales libres entre los que se encuentran las especies reactivas de oxígeno (ROS: “Reactive Oxygen Species”), que dañan las macromoléculas y alteran los procesos celulares.

Físicamente, los ROS son moléculas muy pequeñas altamente reactivas debido a sus de electrones desapareados. Estas especies se forman de manera natural como subproducto del metabolismo normal del oxígeno y tienen un importante papel en la señalización celular, pero en épocas de estrés ambiental sus niveles pueden aumentar mucho, rompiendo el equilibrio y provocando daños significativos a las estructuras celulares, provocando una situación conocida como estrés oxidativo.

El estrés oxidativo es la exposición a diversas fuentes de formación de radicales libres que originan una alteración del equilibrio que debe existir entre las especies o factores oxidantes y los mecanismos antioxidantes encargados de controlar la producción y/o propagación de las primeras. Este desequilibrio puede ser debido a un incremento brusco de las sustancias oxidantes (principalmente ROS), a una insuficiencia de agentes antioxidantes, o a una combinación de ambos factores. En estas circunstancias, las células se encuentran expuestas a un ambiente oxidante que genera efectos adversos sobre el estado redox celular, provocando daños reversibles o irreversibles a todo tipo de biomoléculas, incluyendo proteínas, lípidos, glúcidos, ácidos nucléicos (ADN) y componentes de la matriz extracelular, e iniciando una serie de reacciones químicas capaces de producir alteraciones en la relación estructura/función de órganos, sistemas o grupos celulares especializados, lo que está asociado directamente con un número creciente de síndromes de interés médico y social.

Se ha comprobado experimentalmente que más de un centenar de enfermedades se relacionan con el desequilibrio redox: procesos patológicos como la enfermedad de Erdheim-Chester, el Alzheimer, el Parkinson, la enfermedad de Crohn, ciertos tipos de cáncer, diabetes mellitus, patologías cardiovasculares, ateroesclerosis, procesos reumáticos, patologías gastroentéricas y afecciones broncopulmonares. También los procesos fisiológicos como el envejecimiento, el daño causado por el ejercicio físico agotador, etc.

Gran parte de las ROS desempeñan papeles fisiológicos de vital importancia, aunque también se encuentran implicadas en reacciones de oxidación no deseadas, frente a las que el organismo ha desarrollado ciertas defensas antioxidantes. La producción endógena de una determinada cantidad de ROS en condiciones normales, sin sobrepasar unos límites concretos, es un proceso celular normal e inevitable exento del más mínimo daño oxidativo gracias a la provisión por parte de la célula, que resulta imprescindible para la vida de ésta por ser un proceso implicado en la regulación y producción de energía metabólica, activación o inactivación de biomoléculas, etc. y que cuenta con mecanismos antioxidantes con los que la célula combate estos daños. Sin embargo, en el momento en que tiene lugar un aumento considerable de la velocidad de formación de ROS con respecto a lo establecido en condiciones normales, casi siempre se origina como consecuencia una disminución de los propios mecanismos de defensa, derivando en una situación de desequilibrio entre las especies oxidantes (más numerosas ahora) y las antioxidantes, lo que origina unos daños oxidativos importantes sobre determinadas moléculas presentes en el organismo, reflejándose en sus funciones biológicas. El balance existente entre los agentes oxidantes y antioxidantes determinará el estado redox, manteniendo una “homeostasis redox” o estado de equilibrio de las condiciones de oxidación-reducción finales.

En oposición a los radicales libres, se encuentran los antioxidantes, que son sustancias que presentes en concentraciones bajas, en comparación con el sustrato oxidable, retrasan significativamente o evitan la oxidación de éste. En función de cómo interaccionan con los agentes oxidantes, los antioxidantes pueden ser:

- Antioxidantes primarios: impiden la formación de radicales libres, especialmente las ROS.

- Antioxidantes secundarios: interrumpen la propagación de radicales libres o desplazan las ROS, inhibiendo la generación de estas especies, e impidiendo la activación metabólica de carcinógenos.

- Antioxidantes terciarios: reparan el daño causado por los radicales libres o eliminan moléculas que se han estropeado, modificando el potencial redox mejorando, por ejemplo, la reparación del ADN.

En la dieta humana, existen numerosos antioxidantes de especial interés debido a su posible acción protectora contra los radicales libres producidos por el estrés oxidativo. Los efectos dañinos de los radicales libres están controlados por una gran variedad de antioxidantes, como son los antioxidantes endógenos o propios del organismo, antioxidantes exógenos o adquiridos a través de la dieta, enzimas antioxidantes y Cofactores antioxidantes.

En la actualidad, la industria alimenticia busca la satisfacción de los clientes aplicando modificaciones técnicas a los productos de consumo, como por ejemplo, añadiendo sabores y aromas que proporcionan gustos y olores singulares, apreciados por los consumidores. La adición de aromas está bajo continua observación y evaluación por la Comunidad Europea (según la Directiva del Consejo 88/388/CEE), para garantizar que su consumo no representa ningún peligro para los seres humanos. Una característica principal poco estudiada en esta “observación continua” es su capacidad antioxidante, una característica importante en la prevención de múltiples enfermedades.

Existe un gran interés en la investigación de productos y antioxidantes de origen naturales frente a los de origen sintético. Algunos antioxidantes sintéticos se utilizan frecuentemente como aditivos alimentarios en productos de consumo y están regulados por la ley, debido a sus posibles efectos tóxicos cuando se consumen en exceso. Se ha establecido una relación de condimentos y especias con propiedades médicas y fisiológicas de alto interés para la sociedad.

La determinación de la actividad antioxidante de compuestos puros, resulta imprescindible para conocer la protección frente a la oxidación o el deterioro del alimento que lo alberga en su composición. Además de que estos antioxidantes se encuentran en diferentes proporciones, no se encuentra uno solo en cada alimento, sino que lo más normal es encontrarse con mezclas donde hay diferentes compuestos antioxidantes, y cada uno con una capacidad diferente, lo que dificulta la tarea.

Hay una necesidad de adquirir métodos unificados estandarizados que permitan servir de protocolo para una correcta aplicación del ensayo, comparar los resultados entre alimentos o productos comerciales, su aplicación útil como herramienta en el control de calidad, así como proveer de estándares para la regulación y las declaraciones de efectos en la salud. De manera adicional, debe exigirse el cumplimiento de otros requisitos como pueden ser la utilización de un radical biológicamente relevante, capacidad de medición de antioxidantes lipofílicos e hidrofóbicos, utilidad para el control de calidad de rutina de un volumen amplio de muestras, presentación de un punto final de ensayo definido con mecanismo conocido, instrumentación fácilmente accesible, alta sensibilidad, alta reproducibilidad, simplicidad, rapidez y bajo coste, entre otros.

En los últimos años, los métodos espectrofotométricos han adquirido cierta repercusión en el análisis in vitro de la capacidad antioxidante de muestras biológicas y extractos vegetales. La sencillez y el bajo coste asociado a diversas técnicas electroquímicas ha demostrado que son una alternativa válida para llevar a cabo la evaluación del poder antioxidante de diferentes muestras con similares ventajas al ensayo DPPH, pero extremadamente más rápidas. En general, los compuestos antioxidantes actúan como agentes reductores y, en disolución, tienden a ser fácilmente oxidados sobre la superficie de un electrodo. En base a este hecho, se establece una relación intrínseca entre el comportamiento electroquímico del compuesto antioxidante y su consiguiente actividad antioxidante.

Como se ha visto, es muy importante conocer la capacidad antioxidante de los alimentos y bebidas, siendo también importante la relación entre esta propiedad y su composición. Es por esto, que se ha decidido estudiar los extractos en medio acuoso y alcohólico de algunos tés, infusiones y especias más extendidos, usando dos de las técnicas analíticas más empleadas: Cromatografía Líquida de Alto Rendimiento y Cromatografía de Gases acoplada con Espectrometría de Masas.