Finalizado el desarrollo y maduración de los granos de cereal, éstos y sus derivados son almacenados durante periodos de tiempo prolongados en los que la vida media del contenido en nutrientes, estabilidad del producto, es un factor relevante para la industria harino-panadera. Tanto desde el punto de vista nutricional como tecnológico, cobra importancia la retención en carotenoides. Las experiencias de almacenamiento realizadas con granos y harinas integrales de ambos cereales han revelado resultados importantes sobre el metabolismo y estabilidad de carotenoides. Las condiciones aplicadas influyeron significativamente en el contenido y composición carotenoide de cereales, alterándose el equilibrio entre síntesis y degradación. Dicho contenido fue disminuyendo conforme se incrementó el tiempo y la temperatura, aunque a la vez estuvo contrarrestado por la estimulación del proceso de esterificación de xantofilas. La presencia de este proceso en el cereal depende del tiempo aplicado, mientras que su naturaleza enzimática y características dependen del material que es almacenado. En cualquier caso el significado biológico, traducido en una mayor retención y estabilidad de los pigmentos esterificados, así como los sustratos implicados en la reacción de esterificación resultan ser coincidentes tanto en granos como harinas. El beneficio de seleccionar y enriquecer cereales con mayores contenidos de pigmentos esterificados ha sido confirmado, teniendo repercusiones no solo desde el punto de vista in vivo sino también ex vivo. Los resultados obtenidos en la presente memoria contribuirán sin duda a la mejora de la bioaccesibilidad y biodisponibilidad de carotenoides a partir de cereales y alimentos afines, siendo ésta un área de investigación en la que se precisa profundizar y mejorar.

Los cereales, alimentos básicos de la dieta, son fuentes importantes de macronutrientes pero también aportan micronutrientes como minerales, vitaminas y antioxidantes. Las carencias en estos últimos son las responsables de la malnutrición que existe actualmente en los países subdesarrollados, cuyas dietas están sustentadas en dichos alimentos de base. La biofortificación en micronutrientes de alimentos como cereales supone, por tanto, una estrategia para combatir la malnutrición de gran impacto para estas poblaciones. Dentro del contenido en antioxidantes que presentan los cereales se encuentran los carotenoides. Los pigmentos carotenoides son moléculas de naturaleza lipofílica, los cuales imprimen color a la mayoría de frutos y vegetales, que funcionan como pigmentos colectores de luz en los aparatos fotosintéticos y potentes antioxidantes. Fruto de ésta última propiedad, e independiente de la actividad provitamina A de solo algunos de ellos, desencadenan actividades biológicas relativas a la prevención de enfermedades degenerativas y oncológicas. Aunque el contenido en carotenoides de los cereales, en su mayoría constituido por luteína, es bajo en relación a otros alimentos vegetales, su generalizado consumo supone ventajas para tal efecto.

El presente trabajo de investigación se ha realizado en el marco de los proyectos AGL2007-60092 (Esterificación de xantofilas en vegetales como proceso natural determinante de su acumulación in vivo y estabilidad ex vivo) y AGL2010-14850 (Análisis de la esterificación de xantofilas en frutos, semillas y tubérculos) del Plan Nacional de I+D+i (CICYT), y del Proyecto de Excelencia P08-AGR-03477 (Esterificación de xantofilas en vegetales) de la Consejería de Innovación, Ciencia y Empresa de la Junta de Andalucía, todos ellos dotados de financiación FEDER. Dña. Elena Mellado Ortega ha disfrutado de una ayuda JAE-Predoc para la realización de Tesis Doctorales en el marco del Programa JAE (Junta de Ampliación de Estudios) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (convocatoria 2007). Dicha ayuda ha estado cofinanciada en el marco del nuevo Programa Operativo FSE2007-2013 Plurirregional de Adaptabilidad y Empleo, dentro del Eje 3 “Aumento y mejora del Capital Humano”, Tema Prioritario 74 “Desarrollar el potencial Humano en el ámbito de la Investigación y la Innovación”.

La caracterización exhaustiva que ha sido realizada sobre el perfil carotenoide en trigo duro y tritordeum arrojó características relevantes para el anfiploide prometedoras para su uso como alimento funcional. Su contenido más elevado en carotenoides así como la esterificación de éstos con ácidos grasos (monoésteres y diésteres de luteína) así lo indican. La identificación de los regioisómeros que conforman las fracciones de monoesteres y diésteres, revelando la naturaleza de la esterificación, unido a la caracterización de dicha reacción mediada por enzimas XAT (Xanthophyll acetyltrasferase), son resultados aportados en esta memoria que contribuyen a un mayor conocimiento estructural y metabólico de los pigmentos carotenoides. La escasez de trabajos de caracterización carotenoide en cereales, así como la imprecisión de los resultados aportados en algunas ocasiones, fruto del empleo de una metodología no optimizada, son patentes en la bibliografía.

Las diferencias que presentan ambas especies de cereales fueron detectadas desde el inicio del desarrollo de los granos de cereal. La actividad biosintetica de carotenoides estuvo dirigida hacia la síntesis de luteína en tritordeum, coincidiendo con un incremento en la expresión de genes implicados en la carotenogénesis, psy1 y εLcy, que derivan en esa composición carotenoide. Todo ello muestra una activación de los procesos carotenogénicos en estadios en desarrollo previos a la maduración del anfiploide. La evolución del contenido carotenoide conforme progresó este desarrollo, reveló también datos de lo que acontece finalizado el mismo. La mayor capacidad y retención de pigmentos para los granos de tritordeum, durante el postdesarrollo favorecido por la activación del proceso de esterificación, constituyen resultados importantes.

En base a lo anterior, la hipótesis inicial de la presente Tesis Doctoral ha sido evaluar la posibilidad de obtener cereales con un mayor contenido y retención de pigmentos carotenoides, extensibles también a sus productos derivados, y conseguir así su uso como alimentos funcionales. Para ello se efectuó el estudio comparativo entre variedades comerciales de trigo duro y cereales mejorados introducidos recientemente en el mercado, tritordeum, analizando aspectos en relación a la biosíntesis, acumulación y estabilidad de pigmentos carotenoides durante el desarrollo y posterior almacenamiento de los granos, así como de las harinas procedente de su procesado.

Memoria presentada para optar al Grado de Doctor por la Universidad de Sevilla. Realizada en el Grupo de Química y Bioquímica de Pigmentos del Departamento de Biotecnología de Alimentos (Instituto de la Grasa, Consejo Superior de Investigaciones Científicas).-- Tutor del proyecto de tesis: Francisco José Heredia Mira.

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