BETALAINAS

INTRODUCCION

 En las industrias alimentaria ha incrementado el interés del sustitutos de algunos colorantes, optando por algo mas natural que sintético, donde las betalaínas son una de las opciones disponibles, son pigmentos nitrogenados con capacidad antioxidante bastante notoria

QUE SON LAS BETALAINAS

Las betalaínas son pigmentos nitrogenados solubles en agua con propiedades colorantes y actividades antioxidantes, por lo que se han incorporado a varios alimentos. Sin embargo, su uso está limitado por su inestabilidad en respuesta a diferentes factores, tales como, pH, oxígeno, actividad del agua, luz, metales, entre otros. En este trabajo, se presenta una revisión de información actualizada y relevante sobre las fuentes naturales primarias de betalaínas. Además, se discuten y comparan las ventajas y desventajas de las técnicas primarias de extracción de betalaína. Los resultados de estos estudios se centraron en la estabilidad de las betalaínas cuando se incorporan a los alimentos, ya sea en forma pura o encapsulada, y se discuten a través de diferentes tecnologías. Por último, se presenta la información más relevante relacionada con su estabilidad y una proyección de sus prometedoras aplicaciones futuras dentro de la industria alimentaria.[1]

PROPIEDADES QUIMICAS DE LAS BETALAINAS

son pigmentos solubles en agua que contienen nitrógeno que se encuentran en las vacuolas de las células vegetales (Sadowska-Bartosz & Bartosz, 2021), dividido a su vez en dos grupos estructurales: betacianina (rojo-violeta) y betaxantina (amarillo-naranja) (Miguel, 2018). El ácido betalámico, la estructura central de todas las betalaínas, sufre dos tipos de reacciones de condensación: con aminas (y/o sus derivados), y ciclo-DOPA (o a veces sus derivados de glucosilo) dando lugar a betaxantina y betacianina respectivamente (Guerrero-Rubio et al., 2019; Miguel 2018). La betanidina es la columna vertebral de todas las estructuras de betacianina, por lo que la glicosilación y la acilación de los glucósidos 5‐O‐ o 6‐O‐ resultantes dan como resultado varias estructuras de betacianina (Belhadj Slimen et al., 2017).[1]

Las betacianinas se dividen en cuatro tipos estructurales: betanina, amarantina, gonfenina y buganvillana (Polturak & Aharoni, 2018) dependiendo de la unión de grupos glucosil a los átomos de oxígeno en la posición o‐ en la fracción ciclo-DOPA (Belhadj Slimen et al., 2017). Las betaxantinas, por otro lado, se dividen en dos grupos estructurales: grupo conjugado derivado de aminoácidos y grupo conjugado derivado de aminas, ya que las cadenas laterales de aminoácidos / aminas reemplazan las unidades de ciclo-DOPA en las moléculas de betaxantina (Chung et al., 2015; Miguel 2018). Las diferencias en las estructuras químicas entre la betacianina y la betaxantina dan como resultado distintos máximos de absorción para cada uno, de ahí la variación en el color. Las betacianinas exhiben dos máximos de absorción: uno en el rango UV entre 270 y 280 nm como resultado de la unidad ciclo-DOPA, y el otro en el rango visible entre 535 y 540 nm (dependiendo del solvente) (Azeredo, 2009). El máximo de absorción de las betaxantinas varía de 460 a 480 nm (Belhadj Slimen et al., 2017), y las estructuras conjugadas con grupos amina tienen un máximo de absorción más bajo en comparación con aquellas con sus respectivas cadenas laterales de aminoácidos (Azeredo, 2009). Todavía se están descubriendo varias formas de pigmento betalaína gracias a los avances en la tecnología y los métodos analíticos (Skalicky et al., 2020). Hasta ahora se han identificado aproximadamente 80 estructuras distintas de betalaína a partir de 17 fuentes vegetales diferentes (Sadowska-Bartosz & Bartosz, 2021).[1]

FUENTES Y FUNCIONES DE LAS BETALAINAS

Las betalaínas se encuentran principalmente en plantas de orden Caryophyllales, seguidas de ciertos hongos de orden superior como Amanita muscaria (agárico de mosca) (Rahimi et al., 2019), y ahora Gluconacetobacter diazotrophicus, la primera bacteria productora de betalaína (Contreras‐Llano et al., 2019). Todas las familias de plantas del orden Caryophyllales contienen betalaínas, excepto aquellas que producen antocianinas, ya que ambos pigmentos no coexisten en ningún organismo vivo (Rahimi et al., 2019). Las betalaínas se encuentran principalmente en porciones comestibles de plantas, aunque también pueden existir en las flores, tallos, hojas y raíces (Li et al., 2019). La fuente más común de betalaínas pertenece a las familias Amaranthaceae y Cactaceae que incluyen Beta vulgaris L. (remolacha roja), Opuntia spp. (higo chumbo), Hylocereus spp. (fruta del dragón rojo o pitahaya roja), Amaranthus spp., Beta vulgaris L. var. cicla (acelga) y Ullucus tuberosus (tubérculos ulluco) (Moreno-Ley et al., 2021).

La función principal de las betalaínas en las plantas es atraer polinizadores y frugívoros para la distribución de semillas y la fertilización. La evidencia sugiere que las hojas pigmentadas de rojo son menos susceptibles a la luz o la radiación que las hojas verdes. Esto, junto con el hecho de que la síntesis de betalaína aumenta en presencia de luz o radiación UV, sugiere que pueden tener un papel fotoprotector (Polturak & Aharoni, 2018[2]

APARICION DE BETALAINAS

Las betalaínas son pigmentos de unas 17 familias de plantas pertenecientes al orden Caryophyllales [1]. Las betalaínas se pueden dividir en dos subclases: betacianinas (rojo-violeta) y betaxantinas (amarillo a naranja) (Figura 1). Curiosamente, las antocianinas y las betalaínas, que aparentemente tienen funciones similares / idénticas, nunca se han encontrado juntas en la misma planta, por lo que aparentemente son mutuamente excluyentes [2]. Las betalaínas son hidrófilas y se acumulan en las vacuolas de las células, principalmente en los tejidos epidérmicos y subepidérmicos de las plantas que sintetizan estos pigmentos [3]. Los betalainas otorgan color a las flores de muchos géneros de plantas, como Mirabilis [4], Glottiphylum [5] y Portulaca [6]. En Caryophyllales las antocianinas determinan la coloración en las familias de Caryophylaceae y Molluginaceae.[2]

Las fuentes comestibles más conocidas de betalaínas en los Caryophyllales son las raíces de remolacha roja (Beta vulgaris L.), amaranto granulado o frondoso (Amarathus sp.), frutos de los cactus Opuntia sp., Eulychnia sp. y Hylocereus sp., entre ellos los frutos del dragón principalmente Hylocereus polyrhizus (Web.) Britton y Rose) y especies similares [7,8,9,10,11,12,13], la acelga coloreada (B. vulgaris L. ssp. cicla) [14], Celosia argentea L. [15] y Bougainvillea sp. [16].[2]

ESTABILIDAD DE BETALAINAS

La degradación de las betalaínas puede proceder a través de diferentes mecanismos. La estabilidad de la betalaína se ve afectada por diversos factores, tanto intrínsecos como extrínsecos, que deben tenerse en cuenta a la hora de aplicar estos compuestos en la industria alimentaria [94].

Estabilidad de temperatura. Los factores más importantes que afectan la estabilidad de la betalaína durante el almacenamiento y el procesamiento de alimentos son la temperatura y el pH. A pH 7, la betanina se mantuvo estable durante al menos 20 días cuando se almacenó a 4 ° C y durante más de 275 días en estado congelado (a -30 ° C) [47]. Las betalaínas son sensibles al calor y se degradan a temperaturas superiores a 50 °C; Esta característica es un inconveniente significativo en su uso para colorear alimentos [95,96,97].

Estabilidad del pH. Como las antocianinas son inestables a valores de pH superiores a 3 [40], y las betalaínas son relativamente estables en un rango de pH de 3-7 [64], las betacianinas son los pigmentos naturales de elección si los alimentos de baja acidez se tiñen de rojo a púrpura. El rango de pH de 5-6 es óptimo para la máxima estabilidad de la betanina.

Metales, oxígeno y antioxidantes. Algunos cationes metálicos, como el Fe2+, Fe3+Cu2+, Al3+Sn2+ y Cr3+ perjudicar la estabilidad de la betalaína acelerando su degradación [132,133,134,135]. Los agentes quelantes, como el ácido cítrico y el ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) estabilizan la betanina contra la degradación catalizada por metales. La presencia de compuestos complejos metálicos en extractos de plantas o jugos proporciona protección contra este efecto de los iones metálicos como se informó para el jugo de remolacha, que es menos susceptible a los metales que una solución pura de betanina [135]. Las betalaínas reaccionan con el oxígeno molecular [138]. La cinética de la degradación aeróbica de la betanina se desvía de la de la reacción de primer orden en ausencia de oxígeno, que se atribuye a la reversibilidad de esta reacción, no observada en presencia de oxígeno. La estabilidad de las betalaínas se ve mejorada por una atmósfera de nitrógeno . El almacenamiento de soluciones de betalaína bajo bajos niveles de oxígeno puede disminuir la degradación del pigmento [72,73].

Luz y radiación UV. La absorción de radiación UV o luz visible excita π electrones del cromóforo pigmentario a un estado más energético (π*), aumentando así la reactividad de una molécula [64]. La exposición a la luz perjudica la estabilidad de la betalaína; Este efecto aumenta con el aumento de la intensidad de la luz en el rango de 2200-4400 lux [21,147]. La degradación inducida por la luz de la betalaína depende del oxígeno, y en condiciones anaeróbicas los efectos de la exposición a la luz son insignificantes [123,147]. La comparación de la estabilidad de tres pigmentos rojos con la radiación UVB mostró que la betanina era la menos estable, menos estable que el ácido carmínico y un colorante sintético, Red 40 [148].

Concentración/actividad hídrica. La concentración de betalaínas también es un factor clave que determina su estabilidad durante el procesamiento de alimentos. La betalaína se degrada fácilmente cuando se extrae y almacena en forma de solución; Su estabilidad aumenta con el aumento de la concentración de pigmento [149,150].

Degradación enzimática. La remolacha roja contiene enzimas endógenas como β-glucosidasas, peroxidasas y polifenoloxidasas, que pueden causar degradación de betalaína y pérdida de color si no se inactivan adecuadamente por escaldado [154,155,156]. La degradación enzimática tanto de betacianinas como de betaxantinas tiene un pH óptimo alrededor de 3.4 [157]. Los productos de la degradación enzimática son similares a los de la degradación térmica, ácida o alcalina [156].

APLICACIONES DE LAS BETALAINAS COMO ADITIVO EN ALIMENTOS

En la búsqueda de nuevas fuentes de aditivos naturales para su uso en alimentos, numerosos estudios han evaluado el uso potencial de betalaínas como colorantes, antioxidantes y antimicrobianos. Attia et al. (2013) evaluaron el efecto de incorporar extracto de remolacha roja como colorante en sorbetes de gelatina y hielo por sus propiedades sensoriales, observando que la aceptabilidad general de los productos depende de la concentración de betalaínas añadidas y de propiedades comparables a las de un colorante rojo sintético. Las betalaínas también se han incorporado como colorantes para helados, mejoran la aceptabilidad del producto y tienen una buena estabilidad del color durante 180 días bajo almacenamiento a -20 °C (Kumar et al., 2015, Roriz et al., 2018). Khan et al., (2015) incorporaron betalaínas de bayas (Rivina humilis) como colorante para la crema de frutas y el jugo de plátano, y observaron que la estabilidad de las betalaínas en la propagación de frutas no fue superior al 40% después de seis meses de almacenamiento a 5 ° C. En la bebida, el colorante propuesto no era viable debido a la pérdida total de color betalámico durante el proceso de pasteurización. Güneşer (2016) observó que las betalaínas en las raíces de remolacha podrían presentar una estabilidad moderada en respuesta a los tratamientos térmicos (70-140 min, a 70-80 ° C) cuando se agregan como colorante a la leche de vaca. Gengatharan et al. (2016) evaluaron el efecto de la pasteurización (30 min a 63 °C) sobre la estabilidad de betalaínas de pitahaya roja (Hylocereus polyrhizus) y remolacha roja (Beta vulgaris; E-162) cuando se agrega como colorante para simular un color fresa en la leche de vaca.[3]

GLOSARIO

Degradación enzimática: proceso de descomposición química de la materia en el cual ocurren oxidación y biodegradación simultánea o sucesivamente.

antioxidants:  son sustancias naturales o fabricadas por el hombre que pueden prevenir o retrasar algunos tipos de daños a las células.

pigmentos: es un conjunto de polvos finos que cambia el color de la luz que transmite. En realidad, este color viene dado por una cuestión de absorción de luz. Los pigmentos no emanan color, si no que reciben una cantidad determinada.

vacuola: es un orgánulo celular unido a la membrana. En las células animales, las vacuolas son generalmente pequeñas y ayudan a retener los productos de desecho. En las células vegetales, las vacuolas ayudan a mantener el balance hídrico.

betanina: La betanina, betacianina, rojo remolacha o colorante E-162 es una sustancia que consiste en el extracto acuoso de la raíz de la remolacha roja,

amarantina: amarantina (pigmento rojo carmes del amaranto).

buganvillana: se extrae de la flor del mismo nombre, colorante de un color rosa fuerte o bajo

hidrófila: es una sustancia que tiene afinidad por el agua.​ En una disolución o coloide, las moléculas hidrófilas son a su vez lipófobas, es decir, no se pueden mezclar con lípidos o grasas.​

intrínseco: es un término utilizado frecuentemente en filosofía para designar lo que corresponde a un objeto por razón de su naturaleza y no por su relación con otro.

extrínseco: es adquirido o superpuesto a la naturaleza propia de algo.

    CONCLUSION

Las betalaínas son responsables de un gran abanico de coloraciones, estas se pueden utilizar como un sustituto para no utilizar colorantes sintéticos y hacen un aporte funcional mas allá de la coloración donde además tienen una alta capacidad antioxidante.

PARTICIPANTES:

Urias Quevedo Jorge Abel

López Herrera Jesús Alejandro

[1]Calva-Estrada SJ, Jiménez-Fernández M, Lugo-Cervantes E. Betalains y sus aplicaciones en alimentos: El estado actual del procesamiento, la estabilidad y las oportunidades futuras en la industria. Food Chem (Oxf). 2022 Febrero 21;4:100089. doi: 10.1016/j.fochms.2022.100089. PMID: 35415668; PMCID: PMC8991513.

[2]Wijesinghe VN, Choo WS. Betalaínas antimicrobianas. J Appl Microbiol. 2022 Diciembre;133(6):3347-3367. DOI: 10.1111/Jam.15798. Epub 2022 Septiembre 7. PMID: 36036373; PMCID: PMC9826318.

[3]Sadowska-Bartosz I, Bartosz G. Propiedades biológicas y aplicaciones de las betalaínas. Moléculas. 2021 Abril 26;26(9):2520. DOI: 10.3390/moléculas26092520. PMID: 33925891; PMCID: PMC8123435.

[4]Attia G.Y., Moussa M.E.M., Sheashea E.R. Caracterización de pigmentos rojos extraídos de remolacha roja (Beta vulgaris L.) y sus usos potenciales como antioxidantes y colorantes alimentarios naturales. Egipcio. Revista de Investigación Agrícola. 2013; 91(3):1095–1110.

[5]Chhikara N., Kushwaha K., Sharma P., Gat Y., Panghal A. Compuestos bioactivos de remolacha y utilización en la industria de procesamiento de alimentos: una revisión crítica. Química de los alimentos. 2019; 272:192–200. doi: 10.1016/j.foodchem.2018.08.022. 

[6]Gengatharan A., Dykes G.A., Choo W.S. Estabilidad de la betacianina de pitahaya roja (Hylocereus polyrhizus) y su posible aplicación como colorante natural en la leche. Revista Internacional de Ciencia y Tecnología de los Alimentos. 2016; 51(2):427–434. doi: 10.1111/ijfs.2016.51.issue-210.1111/ijfs.12999.