Estudio qumico de las propiedades sensoriales y biofuncionales de la

guayaba agria (Psidium friedrichsthalianum Nied.)

Carmen Tatiana Cuadrado Silva

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias, Departamento de Qumica

Bogot, Colombia

2016

Estudio qumico de las propiedades sensoriales y biofuncionales de la

guayaba agria (Psidium friedrichsthalianum Nied.)

Carmen Tatiana Cuadrado Silva

Tesis presentada como requisito parcial para optar al ttulo de:

Doctora en Ciencias-Qumica

Directores:

Dra. Coralia Osorio Roa

Departamento de Qumica, Universidad Nacional de Colombia

Dra. Mara ngeles del Pozo Bayn Instituto de Investigacin en Ciencias de la Alimentacin (CIAL) (CSIC-Universidad

Autnoma de Madrid)

Lnea de Investigacin:

Agroalimentaria

Grupo de Investigacin:

Grupo de investigacin Especies Vegetales como Fuente de Aroma, Pigmentos y

Compuestos Bioactivos

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias, Departamento de Qumica

Bogot, Colombia

2016

A t,

hija ma

que an, sin ver tus ojos, ni tenerte en mis brazos

has cambiado mi vida

y me has acompaado en esta ltima etapa de un

largo proceso

Agradecimientos

Deseo expresar mis sinceros agradecimientos:

A la UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA por permitirme adelantar los

estudios de Doctorado.

Al Departamento Administrativo de Ciencia, Tecnologa e Innovacin

(COLCIENCIAS), por el apoyo econmico recibido a travs de la beca para doctorados

nacionales, convocatoria 567 del ao 2012 y el programa RIFRUTBIO Red Nacional para

la Bioprospeccin de Frutas Tropicales (contrato N 0459-2013) dentro del cual se

encuentra enmarcado el presente trabajo.

Al grupo de investigacin Especies Vegetales como Fuente de Aroma, Pigmentos

y Compuestos Bioactivos de la Universidad Nacional de Colombia, en cabeza de su

directora la Dra. Coralia Osorio, por acogerme y permitirme adelantar el trabajo

experimental en sus instalaciones. Especialmente a la Dra. Osorio por la direccin de sta

tesis, su dedicacin, ejemplo, y permitir el desarrollo de mis ideas y potencialidades.

Al Instituto de Investigacin en Ciencias de la Alimentacin (CIAL) (CSIC-

Universidad Autnoma de Madrid), en cabeza de la Dra. Mara Victoria Moreno-Arribas

por acogerme y permitirme realizar la estancia investigativa en sus instalaciones.

A la Dra. Mara ngeles del Pozo Bayn, por la codireccin de sta tesis, por su

gua, apoyo, colaboracin, consejos y sobre todo por su amistad.

Al Profesor Dr. Yoshinori Fujimoto del Department of Chemistry and Materials

Science, Institute of technology, Tokyo, por los anlisis de RMN.

VIII Estudio qumico de las propiedades sensoriales y biofuncionales de la guayaba agria

(Psidium friedrichsthalianum Nied.)

A la profesora Dra. Diana Sinuco del departamento de qumica de la Universidad

Nacional de Colombia, por el apoyo en la evaluacin sensorial.

A la Dra. Carolina Cueva del CIAL (CSIC-Universidad Autnoma de Madrid), por

su orientacin en el diseo de los protocolos para la realizacin de las fermentaciones

microbianas in vitro.

Al Dr. Pedro Martn-lvarez del CIAL (CSIC-Universidad Autnoma de Madrid)

y a Diana Martn de la Universidad Nacional de Colombia, por la colaboracin con los

anlisis estadsticos.

A los chicos de AROMAS: Paola F., Natalia C., Alicia R., Danilo R., Katherine J.,

Diana M., Laura P., Juliana G., Johanna T., Elena B., Carolina R. y Camila M., por su

colaboracin, su compaa, y las notas de humor dentro y fuera del laboratorio.

A las chicas del CIAL: Irene G., Ewa W., Adelaida E., Marta F., Mara P. y Amalia

A., quienes fueron un gran apoyo lejos de mi hogar y por acogerme como a una ms.

A los profesores Oscar Osorno y Leonardo Castellanos que a pesar de no hacer

parte de ste trabajo, siempre han contribuido a mi formacin acadmica y personal, por

su amistad y su apoyo incondicional.

A mis amigas Juana, Ana-Catalina, Julie-Pauline, Ivn-Maritza y Ana-Patricia, por

su amistad incondicional y acompaarme en los momentos ms difciles durante estos

aos.

A mi esposo Edwar quien llego a mi vida en el lugar y momento menos esperado,

y se qued para compartir nuestros caminos y sueos. Por estar en cada uno de los

buenos y malos momentos durante el desarrollo de la tesis, por esto y mucho ms te amo.

Agradecimientos IX

Y sobre todo a mi madre Cecilia que a pesar de todos los azares de la vida, an

est conmigo, es el motor de mi vida, el mejor de mis ejemplos a seguir, y la fuerza que

me impulsa a salir adelante y querer ser mejor cada da No me alcanzan las palabras

para agradecer por tanto.

A Dios quien ha dispuesto todo segn su voluntad y quien me sorprende cada da

con nuevas alegras.

Resumen y Abstract XI

Resumen

Los frutos frescos de guayaba agria (Psidium friedrichsthalianum Nied.) se caracterizan por

tener un aroma muy agradable e intenso, propiedad organolptica que es uno de los

principales atractivos para su consumo, al igual que su composicin qumica enriquecida

en compuestos fenlicos. Esta tesis de doctorado se enfoc hacia la caracterizacin

qumica de los compuestos orgnicos asociados a las propiedades sensoriales y

biofuncionales de la guayaba agria (Psidium friedrichsthalianum Nied.).

En primer lugar se caracterizaron 18 compuestos orgnicos voltiles activos

olfativamente, por medio de la aproximacin sensmica, sobre el extracto SAFE (Solvent-

Assisted Flavour Evaporation) de los frutos frescos de guayaba agria. Se identificaron

steres alifticos, compuestos alifticos tipo C6 y compuestos de tipo azufrado, como

responsables de las notas olfativas frutal, dulce, verde, tropical, y azufrada, siendo los

compuestos impacto del aroma: el butanoato de etilo, el hexanoato de etilo y el (Z)-3-

hexenal. Los compuestos azufrados, disulfuro de dimetilo, 2-metilditiolano, metional,

acetato de 3-sulfanilhexilo, 3-sulfanil-1-hexanol y bis(metiltio)metano, se reportan por

primera vez como compuestos activos olfativamente en Psidium friedrichsthalianum Nied.

y responsables del sello caracterstico del aroma de esta fruta. Tambin se reporta por

primera vez el rol del hexil--D-glucopiransido y el S-3-(1-hexanol)-L-cistena, como

precursores del 1-hexanol y 3-sulfanil-1-hexanol por hidrlisis enzimtica,

respectivamente.

Teniendo en cuenta estos resultados, y con la intencin de profundizar en el impacto

sensorial que los precursores de aroma podran tener durante la ingestin de la fruta, se

decidi evaluar el papel de la microbiota oral humana en la hidrlisis de los precursores

y formacin de las correspondientes molculas odorantes. Para ello, se llevaron a cabo

experimentos in vitro con los dos extractos de precursores de aroma estudiados

(glicsidos y conjugados de S-cistena) que se incubaron en presencia de la microbiota

aislada de la cavidad oral humana. Se encontr que las bacterias orales presentaban

capacidad hidroltica y eran responsables de la produccin de 1-hexanol y del 3-sulfanil-

XII Estudio qumico de las propiedades sensoriales y biofuncionales de la guayaba agria

(Psidium friedrichsthalianum Nied.)

1-hexanol. Tambin se determinaron otros compuestos voltiles provenientes del

metabolismo de la microbiota oral, como el 1-butanol, el 3-metilbutanol, el cido actico,

el benzaldehdo y el 4-etilbenzaldehdo. Asimismo se comprob que algunas bacterias de

la cavidad oral en presencia de los extractos de precursores de aroma disminuyen su

poblacin, lo cual sugiere su potencial uso benfico para contribuir a la salud bucal

humana.

Adicionalmente, se analizaron las fracciones enriquecidas en compuestos fenlicos y con

potencial efecto antioxidante frente al radical ABTS, obtenidas por particin con

disolventes (ter etlico, acetato de etilo, butanol y agua), y posterior fraccionamiento por

cromatografa de exclusin por tamao y cromatografa sobre RP-18. Algunos de los

compuestos identificados por HPLC-ESI/MS en la fraccin de acetato de etilo, fueron el

cido elgico, la procianidina B1 y la procianidina B2. Adicionalmente, se identificaron el

cido abscsico y el cido 4-O-D-glucopiransido 3,3,4-tri-O-metilelgico por medio de

HPLC-ESI/MS y RMN 1H. Debido a la complejidad de las fracciones, se realiz un

anlisis metabolmico por UHPLC-Q/TOF/MS de las fracciones obtenidas con acetato

de etilo (F.AcOEt) y butanol (F.BuOH), que permiti la identificacin tentativa de 31

compuestos de tipo fenlico, por comparacin con la base de datos Metlin. As mismo,

mediante el anlisis por UPLC-ESI/TQ/MS/MS tndem, empleando 63 compuestos

como patrones de referencia para el seguimiento de iones en modo de reaccin mltiple

(MRM), se cuantificaron 22 compuestos de tipo fenlico en las fracciones F.AcOEt y

F.BuOH de guayaba agria. Con excepcin del cido elgico y el cido 4-O-D-

glucopiranosido 3,3,4-tri-O-metilelgico, todos los compuestos fenlicos se reportan por

primera vez en este trabajo como constituyentes de la guayaba agria Psidium

friedrichsthalianum Nied.

Por ltimo, se realiz la fermentacin in vitro de las fracciones enriquecidas en

compuestos fenlicos (F.AcOEt y F.BuOH) empleando la microbiota repr