Desarrollo de un sistema de digestión in vitro para la determinación de la bioaccesibilidad de componentes bioactivos

Abstract

[ES] Las frutas, y en general los alimentos de origen vegetal, juegan un papel fundamental en la dieta puesto que, además de suministrar nutrientes, contienen sustancias no nutritivas, también denominados compuestos bioactivos, los cuales pueden tener efectos fisiológicos beneficiosos, al modular funciones corporales específicas. A raíz de los estudios que vinculan estos compuestos directamente con la salud, la industria alimentaria desarrolla nuevos alimentos que incorporan compuestos bioactivos en su formulación. No obstante, para que los compuestos bioactivos incorporados ejerzan su actividad biológica, no solo deben ser incorporados, sino que, además, deben ser susceptibles de atravesar la barrera intestinal, es decir, ser bioaccesibles para el organismo. La medida de la bioaccesibilidad de un compuesto puede obtenerse con digestiones in vitro e in vivo. Estas últimas se realizan con seres vivos y requieren estudios epidemiológicos complejos, sin embargo, las digestiones in vitro, a pesar de ser menos exactas, reproducen las condiciones fisiológicas bajo las que tiene lugar la digestión humana, de un modo flexible y reproducible. Con todo esto, el objetivo de este trabajo fue desarrollar un sistema de digestión in vitro que permita medir la bioaccesibilidad de compuestos bioactivos, concretamente en alimentos líquidos. El protocolo de digestión in vitro se desarrolló con zumo de naranja y con una suspensión de microalga, para los que se estudió la evolución de los compuestos fenólicos totales y de la actividad antioxidante en cada una de las etapas de la digestión, y se determinó su bioaccesibilidad. Debido al estado físico de los alimentos, la digestión comenzó directamente con la fase gástrica. Tanto en la fase gástrica como en la intestinal, se adecuaron las condiciones de pH y temperatura a las óptimas de las enzimas correspondientes, pepsina y bilis-pancreatina, respectivamente. La absorción de nutrientes en la fase intestinal se simuló a través de una membrana de diálisis. Los resultados obtenidos para ambas muestras mostraron que los compuestos fenólicos disminuyeron significativamente un 20% durante la etapa de digestión gástrica. La fase intestinal afectó de distinta manera a dichos compuestos dependiendo de la muestra. Así se observó una pérdida significativa de fenoles totales del 47% en el zumo de naranja y un aumento del 34% en la suspensión de microalga, respecto al contenido inicial. En la fracción dializada se observó un contenido en fenoles totales de 13,32 ± 0,26 mg ácido gálico/ 100 mL en el zumo y de 478,56 ± 78,75 mg ácido gálico/100 g en la microalga, lo que supuso una bioaccesibilidad de un 21% y 40%, respectivamente. La evolución de la actividad antioxidante en el zumo de naranja a lo largo de la digestión in vitro fue similar a la observada en los fenoles totales, sin embargo, la disminución observada en la actividad antioxidante de la suspensión de microalga, hace suponer que otros compuestos fitoquímicos presentes en la microalga no estudiados en este trabajo, como son los carotenoides, pueden estar afectando a la misma.

[EN] Fruits, and in general foods of plant origin, play a fundamental role in the diet since, in addition to supplying nutrients, they contain non-nutritive substances, also called bioactive compounds, which can have beneficial physiological effects, by modulating specific bodily functions. As a result of the studies that link these compounds directly with health, the food industry develops new foods that incorporate bioactive compounds in their formulation. However, in order for the incorporated bioactive compounds to exert their biological activity, not only must they be incorporated, but they also must be able to pass through the intestinal barrier, that is, be bioaccessible for the organism. The measurement of the bioaccessibility of a compound can be obtained with digestions in vitro and in vivo. The latter are carried out with living beings and require complex epidemiological studies; however, the in vitro digestions, although being less exact, reproduce the physiological conditions under which human digestion takes place, in a flexible and reproducible way. With all this, the aim of this work was to develop an in vitro digestion system that allows to measure the bioaccessibility of bioactive compounds, specifically in liquid foods. The in vitro digestion protocol was developed with orange juice and with a suspension of microalgae, for which the evolution of the total phenolic compounds and the antioxidant activity in each one of the stages of the digestion was studied, and its bioaccessibility. Due to the physical state of the food, digestion started directly with the gastric phase. In both the gastric and intestinal phases, the pH and temperature conditions were adjusted to the optimum levels of the corresponding enzymes, pepsin and bile-pancreatin, respectively. Nutrient’s absorption in the intestinal phase was simulated through a dialysis membrane.The results obtained for both samples showed that the phenolic compounds decreased significantly by 20% during the gastric digestion stage. The intestinal phase affected these compounds differently depending on the sample. Thus, a significant loss of total phenols of 47% in the orange juice and a 34% increase in the suspension of microalga was observed with regard to the initial content. In the dialyzed fraction, a total phenol content of 13,32 ± 0,26 mg gallic acid / 100 mL was observed in the juice and 478,56 ± 78,75 mg gallic acid / 100 g in the microalga, which meant a bioaccessibility of 21% and 40%, respectively. The evolution of the antioxidant activity in the orange juice during the in vitro digestion was similar to that observed in the total phenols, however, the decrease observed in the antioxidant activity of the microalga suspension, suggests that other phytochemicals compounds present in the microalga not studied in this work, such as carotenoids, may be affecting it.

[CA] Les fruites, i en general els aliments d'origen vegetal, juguen un paper fonamental en la dieta ja que, a més de subministrar nutrients, contenen substàncies no nutritives, també denominades compostos bioactius, els quals poden tindre efectes fisiològics beneficiosos, al modular funcions corporals específiques. Arran dels estudis que vinculen aquest compostos directament amb la salut, la indústria alimentària desenvolupa nous aliments que incorporen compostos bioactius en la seua formulació. No obstant això, perquè els compostos bioactius incorporats exercisquen la seua activitat biològica, no sols han de ser incorporats, sinó que, a més, han de ser susceptibles de travessar la barrera intestinal, és a dir, ser bioaccessibles per a l'organisme. La mesura de la bioaccessibilitat d'un compost pot obtindre's amb digestions in vitro i in vivo. Estes últimes es realitzen amb éssers vius i requerixen estudis epidemiològics complexos, no obstant això, les digestions in vitro, a pesar de ser menys exactes, reproduïxen les condicions fisiològiques sota les que té lloc la digestió humana, d'una manera flexible i reproduïble. Amb tot açò, l'objectiu d'este treball va ser desenvolupar un sistema de digestió in vitro que permeta mesurar la bioaccessibilitat de compostos bioactius, concretament en aliments líquids. El protocol de digestió in vitro es va desenvolupar amb suc de taronja i amb una suspensió de microalga, per als que es va estudiar l'evolució dels compostos fenòlics totals i de l'activitat antioxidant en cada una de les etapes de la digestió, i es va determinar la seua bioaccessibilitat. A causa de l'estat físic dels aliments, la digestió va començar directament amb la fase gàstrica. Tant en la fase gàstrica com en la intestinal, es van adequar les condicions de pH i temperatura a les òptimes dels enzims corresponents, pepsina i bilis-pancreatina, respectivament. L'absorció de nutrients en la fase intestinal es va simular a través d'una membrana de diàlisi. Els resultats obtinguts per a ambdues mostres van mostrar que els compostos fenòlics van disminuir significativament un 20% durant l'etapa de digestió gàstrica. La fase intestinal va afectar de distinta manera al compostos citats depenent de la mostra. Així, es va observar una pèrdua significativa de fenols totals del 47% en el suc de taronja i un augment del 34% en la suspensió de microalga, respecte al contingut inicial. A la fracció dialitzada es va observar un contingut en fenols totals de 13,32 ± 0,26 mg àcid gàl·lic/ 100 mL en el suc i de 478,56 ± 78,75 mg àcid gàl·ic/100 g en la microalga, la qual cosa va suposar una bioaccessibilitat d'un 21% i 40%, respectivament. L'evolució de l'activitat antioxidant en el suc de taronja al llarg de la digestió in vitro va ser semblant a l'observada en els fenols totals, no obstant això, la disminució observada en l'activitat antioxidant de la suspensió de microalga, fa suposar que altres compostos fitoquímics presents en la microalga no estudiats en aquest treball, com són els carotenoides, poden estar afectant a la mateixa.