Carotenoides

Carotenoides

CAROTENOIDES

Introducción

Los carotenoides son los responsables de la gran mayoría de los colores amarillos, anaranjados o rojos presentes en los alimentos vegetales, y también de los colores anaranjados de varios alimentos animales. Desde el punto de vista químico, pertenecen a la familia de los terpenos, es decir están formados por unidades de isopreno (ocho unidades, es decir, cuarenta átomos de carbono), y su biosíntesis se produce a partir de isopentenil pirofosfato. Esto produce sus rasgos estructurales más evidentes, la presencia de un muchos dobles enlaces conjugados y de un buen número de ramificaciones de grupos metilo, situados en posiciones constantes. Se conocen alrededor de 600 compuestos de esta familia, que se dividen en dos tipos básicos : los carotenos, que son hidrocarburos, y las xantofilas, sus derivados oxigenados. A estos tipos hay que unir los apocarotenoides, de tamaño menor, formados por ruptura de los carotenoides típicos.

En los vegetales verdes se encuentran en los cloroplastos, formando parte del sistema de biosíntesis a partir de la energía de la luz, pero son mucho más abundantes, y visibles, coloreando algunas raíces, frutas y flores. Dada su ubicuidad en el reino vegetal, la biosíntesis total anual de carotenoides se ha estimado en unos 100 millones de toneladas. Los animales no pueden sintetizar sustancias de este tipo, pero si pueden transformar una en otra, aunque con bastantes limitaciones.

De los carotenoides conocidos, solamente alrededor del 10% tienen valor como vitamina A. Además del  caroteno, los más importantes entre ellos son el  caroteno y la  criptoxantina. La condición fundamental para que tengan actividad vitamínica es que tengan cerrado y sin oxidar al menos uno de los anillos de los extremos de la estructura. Consecuentemente, varios de los carotenoides más comunes, como el licopeno, zeaxantina y luteína no tienen valor como vitamina A, aunque son muy importantes como pigmentos, y pueden tener también actividad como antioxidantes. En general, las xantofilas producen color amarillo, mientras que los carotenoides son anaranjados o rojizos.

Los carotenoides pueden desempeñar un papel como antioxidantes en la protección del organismo frente a los radicales libres, aunque esta cuestión está todavía en discusión. Sí parece claro que la presencia en la dieta de alimentos con contenidos elevados de carotenoides tiene efectos preventivos frente a ciertas enfermedades, aunque los experimentos en los que se han utilizado suplementos han dado resultados contradictorios, en algunos casos incluso evidenciando efectos perjudiciales.

La presencia de gran número de dobles enlaces hace a a los carotenoides muy sensibles a la oxidación, especialmente en reacciones de fotooxidación con el oxígeno singlete. También se oxidan en presencia de lipoxigenasas, pero no de forma directa, sino por reacción con los hidroperóxidos. Las reacciones de oxidación dan lugar en todos los casos a la perdida de color. Generalmente, existe una gran dependencia entre la velocidad de oxidación y el ambiente en el que se encuentran. Dentro de los alimentos, los carotenoides son mucho más resistentes a la oxidación que en materiales pulverizados y secos, o en extractos.

También pueden alterarse por isomerización. Salvo excepciones, como en algunas algas, los carotenoides naturales se encuentran siempre con todos los dobles enlaces en forma trans. Aunque en principio la configuración trans de los dobles sería la más estable, las repulsiones que inducen los grupos metilos laterales hace que algunos de los dobles enlaces puedan pasar a la configuración cis. Esta isomerización puede producirse por calentamiento, exposición a la luz o de forma espontánea en ciertos disolventes o en presencia de superfices activas.

-caroteno

El  caroteno fue el primer carotenoide purificado. En 1831, Wackenroder lo aisló en forma cristalina a partir de la zanahoria, dándole el nombre que lleva, derivado de la denominación latina de este vegetal (Daucus carota).

Aunque su valor vitamínico es solamente de alrededor de un sexto del valor del retinol (la “vitamina A” en su forma metabólicamente activa), su abundancia en los vegetales y también en algunos alimentos animales, como la leche, hace de él una fuente fundamental de vitamina A para muchísimas personas. Incluso en dietas relativamente pobres en productos vegetales, como es la estadounidense, los carotenoides representan alrededor del 30% de la ingesta total de vitamina A. Son ricas en  caroteno la zanahoria, que contiene entre 70 y 140 mg/kg, los vegetales verdes como la espinaca y algunas frutas. En los vegetales verdes el  caroteno se encuentra en los cloroplastos, junto con xantofilas, y suele ser el carotenoide mayoritario. En las frutas, en cambio, el carotenoide mayoritario depende de la especie. El -caroteno lo es en el mango y en el caki.

-caroteno

Imagen cortesía de Food Ingredient Solution

El -caroteno se emplea mucho como colorante alimentario. Al ser insoluble en agua, no es fácil de utilizar, por ejemplo para colorear bebidas refrescantes, una de sus principales aplicaciones. En este caso, se utiliza en forma de polvo extremadamente fino, en partículas de alrededor de 0.4 micras de diámetro, que se puede dispersar en el agua, con la ayuda de un polisacárido como la goma arábiga. Se obtiene actualmente por sínstesis química, o bien por cultivo de Dunaliella salina, un alga microscópica que prolifera en aguas con concentraciones muy elevadas de sal.

Izquierda: Balsas utilizadas para el cultivo de Dunaliella salina en Hutt Lagoon, Australia, por la empresa Congnis Nutrition and Health. La balsa situada en primer plano mide 250 hectáreas. Derecha: Dunaliella salina

Fotografías por cortesía de Biotechnological and Environmental Applications of Microalgae.

El  caroteno, como todos los carotenoides, puede sufrir isomerizaciones en condiciones de procesado drásticas, como en el caso del enlatado. Dependiendo del producto y de las condiciones concretas, puede llegar a isomerizarse entre el 30% y el 40% del todo- trans  caroteno presente, fórmándose sobre todo los isómeros 9-cis y 13-cis.

La isomerización reduce el valor como vitamina A del -caroteno. La forma 13-cis tiene aproximadamente la mitad de valor como vitamina A que a forma todo trans, mientras que la forma 9-cis tiene un valor vitamínico del orden del 40% de la todo trans. Sin embargo, esta pérdida se ve compensada en general muy sobradamente por la mucha mayor biodisponibilidad del -caroteno, al desnaturalizarse en este proceso las proteínas a las que se encuentra unido en muchos alimentos, especialmente en los vegetales.

Licopeno

El licopeno es el carotenoide más abundante en el tomate. Aunque el contenido depende mucho del grado de maduración (aumenta con ella), exposición a la luz (también aumenta), tipo de suelo, y de la variedad, puede considerarse representativa la cifra de 40 mg de licopeno por cada 100 gramos.

Una diferencia fundamental entre la estructura del licopeno y la del -caroteno es que los anillos de los extremos se encuentran abiertos. De hecho, el licopeno es el precursor biosintético del -caroteno en el tomate. El licopeno no tiene actividad como vitamina A, pero es un antioxidante muy eficiente frente al oxigeno singlete, el que más de todos los carotenoides comunes.

Cantaxantina

La cantaxantina se encuentra en la seta Cantharellus cinnabarinus , de donde se extrajo por primera vez, y de cuyo nombre latino procede el del carotenoide.

Cantharellus cinnabarinus.

Fotografía por cortesía de Hawk Mountain Sanctuary Assoc.

También aparece la cantaxantina, generalmente asociada a otros carotenoides, como pigmento en los crustáceos y en la carne de salmón.

La cantaxantina se utiliza extensamente como aditivo en los piensos destinados a los salmónidos, para dar color a su carne, y en el destinado a las gallinas y pollos, para dar color a la yema del huevo, a la piel y carne. El color se obtiene por depósito directo o por transformación de la cantaxantina en otros carotenoides.

La cantaxantina se utiliza como “bronceador químico”, dado que se deposita en la piel y permine obtener un tono dorado sin necesidad de sol. Ahora bien, las dosis elevadas utilizadas (algunos fabricantes recomiendan más de 100 miligramos al día, y algunas consumidoras tomaban incluso más). Dado que en su utilización como bronceador aparecieron en los usuarios problemas de salud asociados con la deposición del pigmento en la retina, su utilización está limitada, tanto en alimentos para uso humano como en piensos con efecto “colorante”. La ADI para humanos fijada actualmente es de 0,03 mg/kg de peso. En Internet se venden actualmente “suplementos bronceadores” con dosis que cantaxantina superan con mucho el límite de seguridad, y que pueden resultar peligrosos.

Astaxantina

La astaxantina es el carotenoide más común en los animales. Es el principal pigmento responsable del color rosa de la carne del salmón o de la trucha, y también de las huevas de algunos peces. El músculo del salmón del Atlántico contiene entre 4 y 10 mg de astaxantina por kilogramo, mientras que el salmón del pacífico, más intensamente coloreado, contienen entre 14 y 40 mg/ kg. Junto con la astaxantina se encuentran cantidades menores de cantaxantina

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