MEMORIA DESCRIPTIVA CAMPO DE LA INVENCIÓN

La invención divulga un extracto estable de pigmentos antioxidantes enriquecido en antocianinas y derivados de ácidos hidroxicinámicos (HCAD) obtenidos a partir de pulpa de papa coloreada y su uso como aditivo funcional y/o colorante en alimentos procesados, y el procedimiento de obtención. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El estilo de vida actual ha gatillado un aumento de las enfermedades metabólicas, las que representan una de las principales causas de muerte, resultando en un problema sanitario público.

Una de las principales causas asociadas a dichas patologías metabólicas son los hábitos alimenticios, ya que el consumo de alimentos saludables se ha reemplazado por alimentos procesados con altos niveles de carbohidratos, grasas saturadas, sal y aditivos, incidiendo en niveles preocupantes de obesidad, principal factor de riesgo de síndrome metabólico, que como a su vez puede desencadenar enfermedades irreversibles.

Por lo anterior, resulta de importancia la modificación de hábitos alimenticios, incorporando alimentos saludables a la dieta, los cuales, si bien pudiesen ser adicionados como ingredientes funcionales, resulta un plus desde el punto de vista productivo el que además aporten otras propiedades al alimento, como, por ejemplo, coloración.

De este modo la presente invención se relaciona con la industria alimenticia. En particular, se relaciona con un extracto estable de pigmentos enriquecidos en antocianinas y derivados de ácidos hidroxicinámicos (HCAD) obtenidos a partir de pulpa de papa coloreada y su uso como aditivo funcional y/o colorantes en la industria alimenticia. ESTADO DEL ARTE

Actualmente los berries (bayas) son la fuente más utilizada para obtener antocianinas, en la mayoría de los casos su distribución se encuentra restringida a la piel del fruto. Así, en los casos en que la concentración de antocianinas estuviese en rangos similares, el volumen de fruto a procesar en berries sería considerablemente elevado pues se extraería principalmente de la piel de los frutos. Así por ejemplo agronómicamente, el rendimiento máximo de arándanos es hasta 3 kg por planta alcanzando unas 13 ton/ha, mientras que el de papas es de 20 ton/ha. en zonas de rendimiento marginal, pudiendo alcanzarse en condiciones normales hasta más de 60 ton/ha. La cosecha de berries requiere mucha mano de obra, en cambio en el caso de las papas es posible incluso automatizar su recolección, lo que es una enorme ventaja para la obtención de pigmentos desde pulpa de papas coloreadas, pudiendo obtenerse en cantidades sustancialmente mayores por su rendimiento y concentración en pulpa, sumando a costos ostensiblemente menores en el manejo agronómico, lo que representa una oportunidad con un alto potencial para la obtención de este tipo de pigmentos, factibles de ser utilizados en una serie de industrias, principalmente la alimentaria. En el estado del arte, también existen diversos documentos donde se describe el uso de papa dulce/camote morado como fuente de antocianinas, tal como la publicación WO2018066575, donde muestran que son útiles como pigmento púrpura y un producto purificado del mismo, sin embargo, en este documento se menciona la edición del genoma mediante la inserción de un transposón tipo LTR en al menos dos posiciones, lo que se aleja del objetivo de explotar variedades seleccionadas de pulpa de papa coloreada para obtener antocianinas a menor costo que los cultivos de bayas o berries.

Por otra parte, en Inostroza-Blancheteau et al (Metabolomics. 2018 oct 4;14(10):138. Doi: 10.1007/s11306-018-1428-7) analizaron papas nativas de Chile y observaron niveles diferenciales de actividad antioxidante y compuestos fenólicos entre la piel y la pulpa en comparación con una papa comercial común. Un análisis de correlación de red reveló diferentes asociaciones de metabolitos entre los tejidos de los tubérculos que indican asociaciones distintas entre los niveles de metabolitos primarios y antocianinas, y la actividad antioxidante en los tejidos de la piel y la pulpa. En este documento no se anticipa la presente invención, ya que el fin es estudiar la composición de las papas nativas, y no se indica una aplicación derivada de ello ni la elaboración de un extracto de antocianinas altamente estable, como se hace en la presente invención. Por su parte, Ruiz et al. (Food Chemistry, 2018, vol. 268, p. 577-584) analizó la composición fenólica de la pulpa papas coloreada ( Solanum tuberosum), destacando su composición de antocianinas, detectando tres derivados de ácidos hidroxicinámicos (HCAD) en estas papas pigmentadas, correspondientes a los isómeros trans de los ácidos 3, 4 y 5-cafeoilquínico. En el análisis destacan que las concentraciones de HCAD aumentaron un 493% en comparación con las de papas frescas después de freír, observando la misma tendencia para los fenoles totales y la actividad antioxidante, lo que es beneficioso en comparación con las variedades incoloras. Este estudio es entonces analítico-empírico, observando el comportamiento de los componentes en la papa en sí una vez cocinada, sin perseguir la elaboración de extractos de las antocianinas estudiadas, ni mucho menos la búsqueda de aplicaciones o formulaciones estables para alimentos.

En 2016, Zapata et al. (Vitae, 2016, Vol. 23, No 3, p. 173-183) estudió la estabilidad de las antocianinas durante el almacenamiento de jugos de arándanos y se concluyó que el tratamiento de pasteurización provocó disminución del 28,5% en la concentración de antocianinas monoméricas totales iniciales de los jugos de arándano. La estabilidad de las antocianinas durante el almacenamiento fue mayor en los jugos pasteurizados, siendo mayor cuando se almacenaron a 0°C; mientras que en los jugos pasteurizados almacenados a -18°C las antocianinas mostraron menor estabilidad. Así, este documento solamente se enfoca en las antocianinas presentes naturalmente en los arándanos y su estabilidad una vez que ha sido elaborado el jugo y almacenado a distintas temperaturas, mostrando su limitación en la estabilidad frente a la conservación a temperaturas bajo cero.

Se mantiene entonces la necesidad de contar con una fuente económica de antocianinas y ácidos hidroxicinámicos (HCAD), o una composición en base a ellas que al mismo tiempo tenga características beneficiosas, tales como la estabilidad de la coloración, en especial en temperaturas bajo cero, manteniendo las propiedades antioxidantes de estos pigmentos bajo diversas condiciones de almacenamiento una vez incorporadas al producto final.

SOLUCIÓN AL PROBLEMA TÉCNICO

Para proveer de un extracto estable de pigmentos antioxidantes enriquecidos en antocianinas y derivados de ácidos hidroxicinámicos (HCAD) obtenidos a partir de pulpa de papa coloreada que sea aplicable en la industria alimenticia, que pueda usarse como colorante natural altamente estable bajo diversas condiciones de luz, temperatura y pH. El extracto además tiene propiedades benéficas dadas principalmente por su capacidad antioxidante y comprobados efectos en salud humana. El principal aporte técnico del extracto de la presente invención es su alta estabilidad que le permite mantener su capacidad antioxidante a baja temperatura, preferentemente entre 4°C a -20°C, a distintos pH, preferentemente entre pH 1 y 5. Al contrario de lo reportado por Zapata para los extractos de berries, los que perderían su estabilidad a temperaturas bajo 0°C.

Además, dentro de las ventajas adicionales está el costo asociado a la producción de los pigmentos del tipo antocianinas, que es significativamente menor que obtenerlo de arándanos, debido al mayor rendimiento del cultivo de papa, menores costos de producción por hectárea, pero además debido a los costos de extracción, grado de purificación y tipo de producto final. Así el costo del pigmento obtenido de pulpa de papa coloreada está un rango entre 8 - 16 veces menor que el obtenido desde berries.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La Figura 1 muestra los gráficos estadígrafos básicos entre el puntaje de jueces y tratamientos para los atributos de la evaluación sensorial para las muestras de leche natural a) apariencia, b) olor, c) color d) textura y e) sabor.

La figura 2 Muestra los gráficos estadígrafos básicos entre el puntaje de jueces y tratamientos para los atributos de la evaluación sensorial para las muestras de yogurt natural a) apariencia, b) olor, c) color d) textura y e) sabor.

DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN

La invención divulga un extracto estable de pigmentos antioxidantes enriquecido en antocianinas y derivados de ácidos hidroxicinámicos (HCAD) obtenidos a partir de pulpa de papa coloreada. Estos extractos pueden incorporarse en alimentos procesados, tales como helados, leche o yogurt como colorantes en diversos niveles cromáticos. La variedad de colores factibles de ser obtenidos es amplia y va desde los tonos rojizos a violetas, dependiendo del genotipo de papa utilizado y del pH de almacenamiento, el que puede variar entre pH 1 a 5. Las papas con la pulpa de color morado tienen el mismo perfil de antocianinas, variando su concentración de acuerdo con la intensidad del color de la pulpa.

El método de la presente invención tiene las siguientes etapas: a) Lavar, cortar y moler la cantidad de papa a procesar. b) Mezclar la papa molida de la etapa a) con solvente de extracción en medio ácido en proporción de papa molida a solvente 1 :2 calculados en gramos y mL, respectivamente y proteger la mezcla de la luz. La mezcla se hace a temperatura ambiente, en general a 25°C. c) Aplicar ultrasonido a la mezcla de la etapa b) con barra a 40% amplitud durante 45 a 120 segundos, preferiblemente por 60 segundos, a temperatura ambiente. d) Agitar en agitador orbital la mezcla de la etapa c), entre 100 a 250 rpm, durante 45 a 90 minutos, de preferencia durante 60 minutos a una temperatura entre 20 a 25°C. e) Centrifugar la mezcla de la etapa d) para separar el extracto líquido de la fase sólida entre 2000 a 4000 rpm por 5 a 20 min, a 4°C. f) Recolectar el sobrenadante o extracto líquido de la etapa e) y traspasarlo a un recipiente graduado y conservar protegiéndolo de la luz.

Repetir las etapas c) a f) por al menos 3 veces con la fase sólida obtenida en f) para extraer el máximo posible de pigmento y luego continuar.

Medir volumen total para determinar la concentración de los pigmentos en el extracto.

Almacenar extracto entre -20°C a 4°C, en un rango de pH ácido entre 1 a 5.

Opcionalmente, se realizan etapas de preconcentración y/o liofilización del extracto. El extracto líquido se elabora preferentemente sin concentración posterior.

Donde el solvente de extracción utilizado en la etapa b) es una mezcla de etanol absoluto en medio ácido (CH ₃ COOH al 15%).

El extracto líquido obtenido de pulpa de papa coloreada comprende antocianinas y otros compuestos que aportan actividad antioxidante como lo son algunos derivados de ácidos hidrocinámicos (HCAD), además del solvente de extracción. El contenido de antocianinas por kg de papa fresca puede llegar a 1 ,21 g, presente en toda la pulpa del fruto y no solo en la piel, como ocurre en los berríes.

De esta forma la invención provee un extracto de pulpa de papa coloreada para su uso como aditivo funcional y colorante para alimentos, que comprende antocianinas y derivados de ácidos hidroxicinámicos (HCAD) como compuestos activos principales. Dentro de las principales antocianinas presentes en el extracto se encuentran: petunidin-3- cafeoilrutinosido-5-glucósido, petunidin-3-coumaroilrutinosido-5-glucósido, petunidin-3- feruloilrutinosido-5-glucósido y otro derivado de petunidina.

Dentro de los principales derivados de ácidos hidrocinámicos (HCAD) presentes en el extracto se encuentran: ácido 3- cafeoílquinico y ácido 5-cafeoílquinico.

El extracto de pulpa de papa tiene el siguiente perfil de concentraciones de compuestos antioxidantes según se muestra en la Tablas 1 y 2:

Tabla 1 : Rango de concentraciones de Antocianinas promedio en extracto de pulpa de papa coloreada Tabla 2: Rango de concentraciones promedio de Ácidos Hidroxicinámicos en extracto de pulpa de papa coloreada

Estos extractos muestran una alta estabilidad en oscuridad entre 4°C a -20°C en distintos pH evaluados entre pH 1 y pH 5, durante 17 semanas, manteniendo su capacidad antioxidante.

EJEMPLOS DE APLICACIÓN A continuación, se incluyen algunos ejemplos de realización de la invención que deben considerarse ilustrativos y no limitativos de la misma.

EJEMPLO 1 :

Obtención de extracto a partir de pulpa de papas coloreadas. Se lavaron, picaron y molieron 300 gr de papa de genotipo CB2011-104. Se agregaron 600 ml_ de etanol absoluto en medio ácido (CH3COOH al 15%) y se envolvió el frasco conteniendo la mezcla con papel aluminio, cuidando de mantenerla protegida de la luz.

Se aplicó ultrasonido con barra a 40% amplitud por 60 segundos y posteriormente se mantuvo la mezcla en agitador orbital durante 1 hora a 200 rpm a 22°C.

Se traspasó la mezcla a tubos para centrifuga y se centrifugó a 3000 rpm por 10 minutos, recolectando el sobrenadante, el que se mantiene en recipiente protegido de la luz.

Tras la primera etapa de extracción se obtuvo alrededor del 55% de los compuestos, y con la segunda etapa se logra extraer alrededor del 80% de los compuestos, por lo que se repitieron las etapas de extracción una tercera vez para aumentar el rendimiento.

Se obtuvo un extracto que comprende 200mg/ml_ de antocianinas y 205 mg/mL de ácidos hidroxicinámicos de acuerdo a lo mostrado en las Tablas 3 y 4, respectivamente.

Tabla 3: Ejemplo de concentraciones de Antocianinas en un extracto de pulpa de papa coloreada

Tabla 4: Ejemplo de concentraciones de Ácidos Hidroxicinámicos en un extracto de pulpa de papa coloreada EJEMPLO 2:

Evaluación de estabilidad del extracto obtenido.

Luego de conocer las concentraciones de antocianinas y ácidos hidroxicinámicos de la invención obtenidos en el ejemplo 1 , se estudió la estabilidad y capacidad antioxidante del extracto bajo diferentes condiciones de temperatura, luz y pH. Los resultados se muestran en las Tablas 5, 6 y 7.

Los resultados muestran que el extracto de la presente invención tiene una gran estabilidad a distintos pH (entre 1 a 5) y en un amplio rango de temperatura (entre 4 y -20°C) refrigerado o congelado, en donde se ha encontrado ventajosamente que el extracto logra ser estable a - 20°C.

Para el caso de la estabilidad de las antocianinas, Tabla 5, con respecto a la concentración en el extracto original, en todos los extractos almacenados a -20°C se mantiene más del 95% de las antocianinas independiente del pH tras los 4 meses de estudio. En el caso del extracto refrigerado, solo se mantiene un 77%. En tanto que, en el extracto a temperatura ambiente se mantiene el 23 y 40% de las antocianinas dependiendo de si el extracto se almacena en presencia de luz o en oscuridad, respectivamente.

Tabla 5: Concentraciones de antocianinas totales (g/kg) en extracto líquido, estudio realizado durante cuatro meses. Tabla 6: Concentraciones de ácidos hidroxicinámicos totales (g/kg) en extracto líquido, estudio realizado durante cuatro meses.

Tabla 7: Actividad antioxidante total (pmol/g) en extracto líquido, estudio realizado durante cuatro meses

Para los ácidos hidroxicinámicos, Tabla 6, en todas las condiciones es posible sobre el 91% de estos compuestos (el valor de 91% corresponde al almacenamiento a pH 1 , que fue el que presentó la menor estabilidad observada). Los resultados para la actividad antioxidante, Tabla 7, muestran que dicha actividad se mantiene prácticamente constante durante todo el período de almacenamiento evaluado.

Sin querer limitarnos por la teoría, consideramos que la estabilidad superior de los extractos obtenidos de pulpa de papa coloreada con respecto a la menor estabilidad en el tiempo reportada en berries, se debería a que las antocianinas de la papa presentan alto grado de conjugación o glicosidación, es decir, se encuentran en estado glicosidado y adiado, esta unión a ácidos fenólicos y a azúcares de gran tamaño, sumado al tipo de procesamiento usado para la extracción, que no dañaría las moléculas conjugadas, permitiría mantener las antocianinas protegidas en los extractos de la presente invención. La presencia de ácidos hidroxicinámicos, compuestos antioxidantes que son co-extraídos junto a las antocianinas, también contribuiría a la estabilidad. Como se puede apreciar en los resultados, la concentración de antocianinas se mantiene prácticamente constante en todas las condiciones de refrigeración (entre 4°C y -20°C), decayendo sólo a temperatura ambiente. Los ácidos hidroxicinámicos decaen sólo en condiciones de temperatura ambiente y luz, no así en temperatura ambiente y oscuridad, mientras que la capacidad antioxidante permanece constante en todas las condiciones evaluadas.

EJEMPLO 3:

En el ejemplo 3 se muestran los valores comparativos en extractos a partir de pulpa de papas coloreadas y no coloreadas y arándanos. Se evaluaron papas no coloreadas y distintos tipos de papas coloreadas para evaluar la eficiencia de producción de pigmentos de tipo antocianina en comparación con arándano, en base a un alto rendimiento agronómico teórico.

A partir del análisis queda en evidencia (ver tabla 8) que el contenido de pigmento y el rendimiento por hectárea es un orden de magnitud inferior en arándano, siendo evidente que los costos en este último son un orden de magnitud superiores por kg de pigmento obtenido.

Tabla 8: Rendimiento de los cultivos y contenido de pigmento. EJEMPLO 4

Extracto de pulpa de papa para uso en alimentos

La presente invención provee además un extracto de pulpa de papa coloreada para uso como aditivo funcional y colorante para alimentos, que comprende el extracto de pulpa de papa coloreada.

El extracto se presenta en forma líquida, en donde el extracto es pre concentrado 5-20 veces, preferentemente 10 veces (10X) para ser agregado a los alimentos.

Uso en la elaboración de aditivo para alimentos procesados

El extracto de la presente invención se puede adicionar en alimentos procesados, tales como yogures, leche cultivada y otros lácteos saborizados.

Se evaluaron distintas proporciones del extracto líquido, mediante panel de análisis sensorial, de modo de determinar la proporción óptima de color sin perturbar el sabor del producto final.

La proporción óptima para un producto lácteo (leche o yogurt) para lograr un color similar al usado en el sabor de mora fue de 1 mL de extracto pre-concentrado 10X en 25 mL de producto.

Se evaluó también la presencia de solanina (alcaloide con propiedades tóxicas que se puede encontrar en la papa) y no fue detectado en los extractos obtenidos de acuerdo a la presente invención.

Si bien la mayor parte de las pruebas se han hecho en productos lácteos, los extractos de la presente invención se pueden utilizar en cualquier alimento que se almacene a pH ácidos y temperaturas bajas, de acuerdo con lo descrito anteriormente.

Por otro lado, el extracto de la presente invención por sus propiedades de pigmento y antioxidante puede ser utilizado además de la industria alimenticia, en otras industrias donde se incluyen la industria textil, cosmética y en la elaboración de pinturas.

Análisis sensorial de los productos lácteos:

Las muestras o tratamientos de leche natural fueron codificadas de la siguiente forma:

YZ= muestra de leche natural x (incorporación de extracto preconcentrado 10 veces) ST = muestra de leche natural y (incorporación de extracto original)

Las muestras o tratamientos de yogurt natural fueron codificadas de la siguiente forma:

XB = muestra de yogurt natural y (incorporación de extracto preconcentrado 10 veces)

LA = muestra de yogurt natural x (incorporación de extracto original)

Resultados de evaluación sensorial de leche:

En la figura 1 se muestran los resultados obtenidos para los puntajes entregados por los jueces en la evaluación sensorial de los tratamientos YZ y ST, muestras X e Y de leche natural respectivamente.

Los puntajes obtenidos para apariencia (figura 1 a) y tabla 9) fue levemente mayor para el tratamiento YZ (muestra x) que para el tratamiento ST (muestra y). Los análisis estadísticos muestran que el tratamiento YZ no difiere significativamente del tratamiento ST (p=0,295) en cuanto a apariencia. Ambas muestras obtuvieron promedios 4, lo cual las califica como bueno en este parámetro evaluado.

Para el atributo olor (figura 1 b) y tabla 9) los puntajes que más se repiten son mayores para muestra YZ, existiendo diferencia estadísticamente significativa entre las muestras YZ y ST (p=0,002013). El mayor promedio fue de 3,8 para la muestra YZ, que la evalúa como cercana a bueno para olor.

Los puntajes obtenidos para color (figura 1 c) y tabla 9) fueron mayores para el tratamiento YZ (muestra x) que para el tratamiento ST (muestra y), los análisis estadísticos muestran que el tratamiento YZ difiere significativamente del tratamiento ST (p=0,049) en cuanto a color. Los promedios fueron de 4,5 para muestra YZ y de 4,0 para muestra ST, lo cual las califica como bueno en este parámetro evaluado.

Los puntajes que más se repiten para el atributo textura (figura 1 d) y tabla 9) fueron mayores para el tratamiento YZ (muestra x) que para el tratamiento ST (muestra y), pero los análisis estadísticos muestran que el tratamiento YZ no difiere significativamente del tratamiento ST (p=0,055) en cuanto a textura. Los promedios fueron de 4,4 para muestra YZ y de 3,9 para muestra ST, lo cual las califica como bueno en este parámetro evaluado.

Para el atributo sabor, los puntajes obtenidos que más se repiten (figura 1 e) y tabla 1) fueron mayores para el tratamiento YZ (muestra x) que para el tratamiento ST (muestra y) respectivamente. Los análisis estadísticos muestran que el tratamiento YZ difiere significativamente del tratamiento ST (p=1 ,308e-06) en cuanto a sabor. Los promedios obtenidos fueron 4,2 para muestra YZ y 2,5 para muestra ST, lo cual califica a la muestra YZ buena en sabor y la muestra ST deficiente en este parámetro evaluado. Tabla 9. Promedios de puntajes obtenidos para cada atributo en muestras de leche.

Resultados de evaluación sensorial de yogurt:

En la figura 2 y tabla 10, se muestran los resultados obtenidos para los puntajes entregados por los jueces en la evaluación sensorial de las muestras o tratamientos XB y LA, muestras Y y X de yogurt natural respectivamente. Los puntajes que más se repiten para el atributo de apariencia se encuentran muy cercanos a 4 en ambos tratamientos XB y LA (figura 2 a) y tabla 10). Los análisis estadísticos muestran que no existe diferencia significativa entre tratamientos XB (p=0,05) en cuanto a apariencia. Los promedios obtenidos fueron 4,1 para muestra XB y 4,5 para la muestra LA, lo cual las califica como buena para el atributo apariencia. Para el atributo olor (figura 2 b) y tabla 10) los puntajes que más se repiten son mayores para muestra XB (muestra y), existiendo diferencia estadísticamente significativa entre las muestras XB y LA (p=0,01103). El mayor promedio fue de 4,6 para la muestra XB (muestra y), que la evalúa cercana al puntaje máximo 5, la cual describe como muy buena en este parámetro evaluado. La muestra LA (muestra x) obtuvo un promedio de puntajes de 3,8, lo cual la califica cercana al puntaje 4 que describe la muestra como buena para olor.

Para color, si bien hubo diferencias en los puntajes que más se repitieron (figura 2 c) y tabla 10), siendo mayores para el tratamiento LA (muestra x) que para el tratamiento XB (muestra y), los análisis estadísticos muestran que esa diferencia no es estadísticamente significativa entre los tratamientos (p=0,4498) en cuanto a color. Los promedios fueron de 4,5 para muestra XB y de 4,6 para muestra LA, lo cual las califica cercanas al puntaje máximo que es 5, el cual las describe como muy bueno en este parámetro evaluado. Los puntajes que más se repiten para el atributo textura (figura 2 d) y tabla 10) fueron mayores para el tratamiento XB (muestra y) que para el tratamiento LA (muestra x), pero los análisis estadísticos muestran que dicha diferencia no difiere significativamente entre los tratamientos (p=0,055) en cuanto a textura. Los promedios obtenidos fueron 4,5 para muestra XB y 4,1 para muestra LA, lo cual las califica como bueno en este parámetro evaluado.

Para el atributo sabor, los puntajes obtenidos que más se repiten para ambas muestras o tratamientos, se encuentran cercanos a 4 (figura 2 c) y tabla 10). Los análisis estadísticos muestran que entre los tratamientos XB y LA no existe diferencia significativa (p=0,8617) en cuanto a sabor. Los promedios obtenidos fueron iguales, 3,9 para ambas muestras, el cual las califica como bueno para atributo de sabor.

Tabla 10. Promedios de los puntajes obtenidos para cada atributo en las muestras de yogurt natural evaluadas.