Resumen de Composición fenólica del aceite de oliva: influencia varietal, efectos de factores tecnológicos y estabilidad oxidativa
1. INTRODUCCIÓN O MOTIVACIÓN DE LA TESIS El motivo principal de esta Tesis Doctoral ha sido la exploración de la gran diversidad fenólica entre los aceites de oliva obtenidos por diferentes variedades y la clasificación de ellos en función de dicha composición. En base de este motivo principal, durante el desarrollo de esta Tesis Doctoral, se evaluó por primera vez la estabilidad del perfil fenólico de un amplio conjunto de aceites monovarietales de olivo durante tres cosechas consecutivas, poniendo de manifiesto la mayor estabilidad de unos compuestos fenólicos respecto a otros. Por otra parte, en este trabajo se exploraron las posibilidades de modificar ciertos procesos tecnológicos para obtener aceites de oliva de mayor calidad y adecuados a las necesidades del consumidor.
Uno de los principales avances conseguidos con el desarrollo de la investigación recogida en esta Tesis es la caracterización de la composición fenólica (9 fenoles individuales) del aceite de oliva virgen de 80 variedades de olivo obtenido bajo las mismas condiciones agroambientales y tecnológicas. Esta caracterización permitió clasificar las variedades de acuerdo con su riqueza en fenoles y agruparlas en tres categorías según sus perfiles fenólicos. Posteriormente, gracias a un ensayo trianual, por primera vez se determinó de forma consistente el peso del factor genético respecto al ambiental en la variabilidad fenólica. Este último ensayo permitió llegar a la conclusión que la mejora genética del olivo para obtener aceites de mayor calidad (en relación con los compuestos fenólicos) es viable dese el punto de vista genético.
Adicionalmente, en un tercer estudio se demostraron los efectos que pueden tener la implementación de condiciones del vacío durante el proceso de batido y la modificación de la duración de dicho proceso sobre la composición fenólica de los aceites de oliva. Los resultados revelaron que la implementación del vacío en el proceso de batido contribuye significativamente en la preservación de los compuestos fenólicos, mientras que, un tiempo de batido superior a 30 minutos acelera la degradación de dichos compuestos. Además, los resultados de este ensayo demostraron que los compuestos fenólicos y, particularmente, perfiles y/o fenoles específicos, junto con la composición de ácidos grasos, juegan un papel decisivo en la vida útil de los aceites. Gracias a estos resultados, se diseñó un modelo matemático que correlaciona el perfil fenólico y el de ácidos grasos de los aceites con la estabilidad oxidativa medida con el método analítico ´Rancimat´, y que nos permite definir la vida útil de los aceites a partir de datos químicos.
Fruto de este trabajo han sido cuatro artículos científicos de primer Cuartil que componen la Memoria de la Tesis: Miho, H., Díez, C. M., Mena-Bravo, A., Sánchez de Medina, V., Moral, J., Melliou, E., … Priego-Capote, F. (2018). Cultivar influence on variability in olive oil phenolic profiles determined through an extensive germplasm survey. Food Chemistry, 266, 192–199. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2018.06.002 Miho, H., Moral, J., Barranco, D., Ledesma-Escobar, C. A., Priego-Capote, F., & Díez, C. M. (2020). Influence of genetic and interannual factors on the phenolic profiles of virgin olive oils. Food Chemistry, 342, 128357. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.128357 Miho, H., Moral, J., López-González, M. A., Díez, C. M., & Priego-Capote, F. (2020). The phenolic profile of virgin olive oil is influenced by malaxation conditions and determines the oxidative stability. Food Chemistry, 314. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.126183 Rallo, L., Díez, C. M., Morales-Sillero, A., Miho, H., Priego-Capote, F., & Rallo, P. (2018). Quality of olives: A focus on agricultural preharvest factors. Scientia Horticulturae, 233, 491–509. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2017.12.034 Asimismo, se han obtenido las siguientes aportaciones científicas derivadas directamente de esta Tesis Doctoral y que se han introducido como anexos de ella: a) Artículos científicos incluidos como anexos en la Tesis: Sánchez de Medina, V., Miho, H., Melliou, E., Magiatis, P., Priego-Capote, F., & Luque de Castro, M. D. (2017). Quantitative method for determination of oleocanthal and oleacein in virgin olive oils by liquid chromatography–tandem mass spectrometry. Talanta, 162, 24–31. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2016.09.056 b) Comunicaciones a congresos y conferencias: H. Miho (2016). La variabilidad de los compuestos fenólicos en aceites de oliva vírgenes extra. V Congreso Científico de Investigadores en Formación. Córdoba, España. Presentación oral. https://doi.org/10.5281/zenodo.4415949.
H. Miho (2017). La variabilidad fenólica de los aceites y su influencia en la estabilidad oxidativa. VIII Congreso Ibérico de Ciencias Hortícolas. Coimbra, Portugal. Presentación oral. https://doi.org/10.5281/zenodo.4415983.
H. Miho (2018). Cultivar influence on variability in olive oil phenolic profiles determined through an extensive germplasm survey. OLIVEBIOTEQ international conference. Sevilla, España. Comunicación en formato póster. https://doi.org/10.5281/zenodo.4049812.
c) Editoriales en revistas de divulgación: Luis Rallo y Hristofor Miho (2020). Las variedades de olivo y la diversidad de los AOVEs (p. 34). Grupo Editorial Mercacei: Especial Día Mundial del Olivo 2020. AOVE, el Superalimento del Siglo XXI. http://www.doopaper.com/visor_html5/edimarket/especialdiaolivo#page/34 2. CONTENIDO DE LA INVESTIGACIÓN El cultivo del olivo (Olea europaea L.) se caracteriza por un número superior a 1200 variedades que representan un patrimonio inestimable de variabilidad genética seleccionado a lo largo de más de 5500 años de cultivo en los países mediterráneos (Muzzalupo, Vendramin, & Chiappetta, 2014; Rallo, Barranco, et al., 2018). Asimismo, el AOV es uno de los productos más importantes y destacados de la dieta mediterránea, ganando cada vez más popularidad en todo el mundo debido a sus excelentes propiedades organolépticas y nutracéuticas entre otras (Andrewes, Busch, De Joode, Groenewegen, & Alexandre, 2003; Servili et al., 2014). Según varios estudios, el consumidor está dispuesto a pagar hasta 6,02 euros más por cada litro de AOV si este tiene sus valores nutricionales específicamente etiquetados (Casini, Contini, Marinelli, Romano, & Scozzafava, 2014).
Las propiedades únicas del AOV se deben a su composición bioquímica donde, comparando con otros aceites vegetales, destaca su alto contenido en ácidos grasos monoinsaturados (ácido oleico) y la fracción “minoritaria” que es exclusiva del AOV y que engloba un conjunto de compuestos pertenecientes a diferentes familias químicas como los compuestos fenólicos, volátiles, terpenos, tocoferoles, fitoesteroles, pigmentos, etc (Piroddi et al., 2017).
Los compuestos fenólicos aportan al AOV importantes características como riqueza sensorial, propiedades nutricionales y antioxidantes que contribuyen positivamente a la salud y también a una mejor conservación del propio aceite (Beauchamp et al., 2005; Bendini et al., 2007; Ghanbari, Anwar, Alkharfy, Gilani, & Saari, 2012; Parkinson & Keast, 2014; Piroddi et al., 2017; Servili et al., 2016; Silva, Pinto, Carrola, & Paiva-Martins, 2010).
Sin embargo, a pesar de su importancia, la variabilidad fenólica de los aceites monovarietales así como los factores que determinan dicha variabilidad han sido escasamente estudiados. Investigaciones previas han analizado un número limitado de genotipos, ya sea de cultivares tradicionales con importancia regional en términos de producción de aceite o nuevos cultivares de programas de mejora genética. Por tanto, nuevas investigaciones que evalúen este aspecto de forma exhaustiva son más que necesarias (El Riachy, Priego-Capote, León, Rallo, & Luque de Castro, 2011; Vinha et al., 2005).
Para el desarrollo del sector oleícola es fundamental conocer la riqueza fenólica del olivo a través del análisis de un número de variedades representativo de su diversidad genética. Este conocimiento facilitará el diseño de nuevas estrategias sostenibles de producción de aceites de alta calidad y, eventualmente, el diseño de programas de mejora para la obtención de variedades con perfiles fenólicos concretos (Rallo, Barranco, et al., 2018). Con este planteamiento, en esta Tesis Doctoral se analizaron los perfiles fenólicos de AOV de 80 variedades internacionales que representaban las principales zonas productoras del mundo. Todas las muestras analizadas se recogieron en el mismo campo (Banco Mundial de Germoplasma de Olivo de Córdoba- Colección UCO) garantizando la igualdad de las condiciones externas para todos los árboles. Asimismo, el proceso de la extracción de los aceites se realizó bajo un único protocolo para evitar cualquier interferencia en la evaluación de la influencia del factor genético en el perfil fenólico de los aceites (Peres, Martins, & Ferreira-Dias, 2014). El muestreo de fruto se realizó para cada variedad en índice de madurez 2.0, que es el recomendado por el Consejo Oleícola Internacional como el momento más oportuno para obtener el mejor rendimiento preservando la máxima calidad del aceite (International Olive Council, 2020). .
Los resultados obtenidos pusieron en evidencia la elevada diversidad en cuanto a concentraciones de los fenoles analizados en AOV de las variedades de olivo. Por ejemplo, en el caso del oleocantal, su concentración osciló entre 17 y 1600 mg/kg para las variedades ‘Jabaluna’ y ‘Kalamon’, respectivamente. Diferencias similares se observaron en el resto de los compuestos fenólicos donde destacaron por sus altas concentraciones los compuestos derivados de los secoiridoides como la oleuropeina y ligustrósido aglicona. Esta variabilidad fenólica entre variedades estuvo principalmente vinculada al factor genético; concretamente, entre 83% y el 97% de la varianza observada estuvo explicada por el factor genético para los 9 compuestos fenólicos estudiados.
Asimismo, esta Tesis Doctoral profundizó en evaluar la estabilidad de los perfiles fenólicos en 44 variedades de olivo durante tres campañas agronómicas consecutivas. La variabilidad fenólica entre variedades en las tres campañas de cosecha fue muy alta y significativa (p < 0.05). Por ejemplo, el promedio de la suma total de los fenoles para las variedades ‘Cerezuela’ y ‘Royal de Cazorla’ osciló entre 290 y 3208 mg/kg, respectivamente. Asimismo, de acuerdo con este ensayo y estudios de otros autores (Miho et al., 2018; Rodrigues et al., 2019) resultó que los compuestos fenólicos más abundantes en el AOV son los derivados secoiridoides (isómeros de oleuropeína y ligstrósido aglicona, oleocantal y oleaceina) .
El factor genético explicó la mayor parte de la varianza también en el ensayo multianual (explicando el 67% en el caso de la Suma de los Fenoles). Aun así, los valores absolutos de las concentraciones fenólicas oscilaron entre las campañas, por lo tanto, es importante considerar el comportamiento y determinar el peso del factor genético para cada variedad y cada fenol de forma individual.
Por otro lado, mediante el análisis de componentes principales (PCA) las variedades se agruparon en tres grupos, siendo la asignación de las variedades a cada uno de los grupos estable en el tiempo. Los grupos definidos fueron: a) G1 - variedades con alta concentración de oleuropeína y ligustrósido agliconas; b) G2 - variedades con predominancia de oleocantal y oleaceína; c) G3 – variedades equilibradas en las que no destacaba ningún fenol concreto y con una riqueza relativamente baja de estos compuestos. También un análisis estadístico discriminante confirmó que el 85% de las variedades mantiene su perfil fenólico en el tiempo; es decir, a pesar de que las concentraciones fenólicas absolutas de las variedades pueden variar en el tiempo, el perfil fenólico se mantiene estable. Estos resultados respaldan la posibilidad de diseñar futuros programas de mejora genética para la obtención de aceites de calidad y perfiles fenólicos diferenciados.
En el último capítulo de la Tesis, se estudió el efecto de los factores tecnológicos en la composición fenólica de los aceites y el rol de dicha composición sobre la estabilidad oxidativa de los aceites.
El primer factor estudiado fue el tiempo de batido debido a su efecto en la biotransformación y degradación de los compuestos fenólicos. Los resultados de este ensayo mostraron que no todos los compuestos fenólicos reducen su concentración con el aumento del tiempo de batido. Concretamente, dos compuestos abundantes y muy importantes de cara a sus efectos saludables (Beauchamp et al., 2005; Ghanbari et al., 2012; Parkinson & Keast, 2014), oleocantal y oleaceina, aumentaron su concentración hasta 3 veces desde el minuto 10 hasta el minuto 60 del batido.
Por otro lado, todos los demás compuestos fenólicos analizados (isómeros de oleuropeina y ligustrósido aglicona, luteonina y apigenina), incluyendo la suma total de los fenoles, redujeron su concentración con el aumento del tiempo de batido. Sin embargo, no se observaron diferencias significativas entre el minuto 10 y el minuto 30 para el conjunto de las variedades.
Este resultado evidenció por primera vez que el aumento del tiempo de batido puede influir positiva o negativamente en la composición fenólica dependiendo de la variedad y del fenol que se busca. Por lo que, para definir el tiempo de batido óptimo para obtener la máxima concentración de fenoles específicos hacen faltas ensayos específicos para cada variedad.
Con respecto al peso de los factores ´genotipo´ y ´tiempo de batido´ en la variabilidad fenólica del AOV, concluimos que el factor genotipo sigue siento el más importante, explicando el 50.6% de la varianza para el hidroxitirosol y el 96.7% para la apigenina. El factor ´tiempo de batido´ llegó a explicar hasta el 20% de la varianza en el caso de la oleuropeina y ligustrósido agliconas.
El segundo factor tecnológico que se estudió fue la implementación de las condiciones de vacío durante el proceso de batido en la composición fenólica de los aceites. Hasta la fecha no existía ninguna evidencia de dicho efecto, aunque el método de vacío es ampliamente utilizado para evitar la oxidación de los productos en la industria alimentaria (Castagnini, Betoret, Betoret, & Fito, 2015; Mushtaq, 2017).
El ensayo demostró que la implementación del sistema de vacío en el proceso de extracción puede ser una alternativa adecuada para preservar los compuestos fenólicos y obtener AOVs de mayor calidad. Concretamente, la implementación del sistema de vacío supuso un aumento significativo (p < 0.005) de 21.4% en la suma de los fenoles para el conjunto de las muestras analizadas. Asimismo, prácticamente todos los compuestos fenólicos individuales se vieron afectados positivamente.
En este ensayo se evaluó también el peso de los factores ´genotipo´ y ´condiciones de batido´ (aplicación del vacío) sobre la varianza observada en el conjunto de las muestras. De nuevo, el factor genético fue el predominante y explicó la mayor parte de la varianza desde 77,4% en el caso del hidroxitirosol al 98,2% para la luteolina; mientras que el factor ´condiciones de batido´ explicó hasta el 5,6% de la varianza total.
Por último, se en esta Tesis Doctoral se estudió el rol de los compuestos fenólicos individuales en la estabilidad oxidativa de los aceites y se llegó a la conclusión de que la estabilidad oxidativa de una muestra de aceite se puede predecir mediante un modelo matemático conociendo previamente su concentración de compuestos fenólicos y ácidos grasos específicos.
Los resultados obtenidos en esta Tesis Doctoral subrayan la importancia de explorar los recursos genéticos del olivo y su papel crucial para la obtención de nuevas variedades y el desarrollo de productos finales de alta calidad y de propiedades nutraceúticas concretas. Asimismo, dichos resultados muestran la necesidad de seguir investigando sobre la composición fenólica del olivo, gran parte de la cual todavía es “materia oscura”.
3.CONCLUSIÓN Las conclusiones principales de esta Tesis Doctoral pueden resumirse como sigue: 1. Las diferencias en la riqueza fenólica entre las variedades de olivo son muy significativas. Por lo tanto, las diferencias fenólicas entre los árboles (réplicas) de una misma variedad y cultivadas en la misma parcela es mínima.
2. La variabilidad fenólica entre las variedades analizadas dentro de una misma campaña se explica casi en su totalidad por el factor genético. Por lo tanto, diferencia fenólica entre árboles (réplicas) de una misma variedad y parcela fue muy reducida.
3. La variabilidad fenólica entre las variedades analizadas durante más de una campaña de cultivo se explica principalmente por el factor genético (hasta un 67%). Sin embargo, una parte considerable de la varianza es debida a la variación interanual y a la interacción entre factores (hasta un 33%).
4. En función de los perfiles fenólicos, las variedades de olivo se agrupan en tres grupos consistentes: G1 - rico en formas aldehídicas de oleuropeína y ligstrosida aglicona; G2 - rico en compuestos de oleocantal y oleaceína, y G3 - cultivares intermedios, equilibrados y no destacables a ningún perfil fenólico específico. Estos grupos resultaron muy estables tras el análisis de tres campañas.
5. Nuestros resultados corroboran la teoría de las rutas de biotransformación fenólica basadas en la activación de reacciones enzimáticas de esterasas o β-glucosidasas; y que estas reacciones están genéticamente predefinidas para cada variedad.
6. El aumento del tiempo de batido generalmente reduce la concentración fenólica en el aceite de oliva. Pero, por el contrario, el oleocanthal y la oleaceína tienden a comportarse de forma diferente y a aumentar su concentración. No obstante, la magnitud de este último efecto también depende del factor genético ya que no todas las variedades se comportan de la misma manera.
7. La aplicación de las condiciones de vacío durante el proceso de batido aumenta significativamente el contenido fenólico total en al menos un 20% en comparación con las condiciones estándar.
8. La estabilidad oxidativa del aceite de oliva se define principalmente por su composición de ácidos grasos y fenólicos. Los aceites ricos en las formas aldehídicas de la oleuropeína y el ligstrosido aglicona, y ricos en ácido oleico, tienden a ser mucho más estables que los aceites de otros perfiles. Asimismo, conociendo la composición fenólica y de los ácidos grasos, es posible estimar la estabilidad oxidativa de los aceites aplicando un modelo matemático.
9. En conjunto, los resultados obtenidos en esta Tesis Doctoral confirman la viabilidad de diseñar programas novedosos de mejora genética para la obtención de aceites de oliva de alta calidad y con perfiles fenólicos específicos.
4. BIBLIOGRAFÍA Andrewes, P., Busch, J. L. H. C., De Joode, T., Groenewegen, A., & Alexandre, H. (2003). Sensory properties of virgin olive oil polyphenols: Identification of deacetoxy-ligstroside aglycon as a key contributor to pungency. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 51(5), 1415–1420. https://doi.org/10.1021/jf026042j Angerosa, F., Mostallino, R., Basti, C., & Vito, R. (2001). Influence of malaxation temperature and time on the quality of virgin olive oils. Food Chemistry, 72(1), 19–28. https://doi.org/10.1016/S0308-8146(00)00194-1 Aparicio, R., Roda, L., Albi, M. A., & Gutiérrez, F. (1999). Effect of various compounds on virgin olive oil stability measured by Rancimat. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 47(10), 4150–4155. https://doi.org/10.1021/jf9812230 Arcoleo, G., Corona, O., Russa, E. L. A., Indovina, M. C., Pusateri, U., & Varvaro, G. (1999). Effect of various parameters on virgin olive oil stability measured by Rancimat. Italian Journal of Food Science, 18(5), 424–429.
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