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INTRODUCCIÓN
Los aceites provenientes de fuentes vegetales están siendo incluidos cada vez más en la alimentación humana debido a su composición química, la cual ha sido investigada y difundida, ya que posee componentes importantes y beneficiosos para la salud. Así, el aceite de soya es un producto comercial importante por ser de consumo masivo (Bastos Fernandes & Ferrante Draghi, 2016) que contiene ácidos grasos insaturados, es fuente de omega-3 (ácido linolénico 7 %) y omega-6 (ácido linoleico 51 %); además, contiene bioactivos como flavonoides, esteroles y tocoferoles (Navas H. et al., 2013; Bastos Fernandes & Ferrante Draghi, 2016) y es muy utilizado en la preparación de alimentos para elaborar frituras (Bastos Fernandes & Ferrante Draghi, 2016).
También, hay otros aceites vegetales que provienen de semillas cucurbitáceas como la sandía (Citrullus lanatus), donde se han encontrado ácidos grasos insaturados, ácidos fenólicos, carotenoides, tocoferoles, fitoesteroles y escualeno y se han reportado efectos relacionados con la salud, como su capacidad anticancerígena, antihipertensiva y cardioprotectora, lo que los convierte en aceites adecuados para el consumo humano (Patel & Rauf, 2017).
En otra especie de cucurbitácea se encuentra el aceite de semilla de zapallo (Cucurbita maxima L.), que contiene ácidos grasos monoinsaturado 41,7 %, poliinsaturados 37,2 %, ácido oleico 41,4 % y acido linoleico 37%, además de esteroles entre los principales ∆7,22,25-stigmastatrienol, ∆7,25-stigmastadienol y spinasterol, lo que hace que este aceite se puede considerar como un alimento funcional y que deba ser explotado comercialmente (Montesano et al., 2018).
De igual forma, el aceite de la semilla de Cucurbita pepo L. posee ácidos grasos poliinsaturados (53,60 a 53,73 %), altos contenidos de compuestos bioactivos como fitoesteroles, escualeno, tocoles, ácidos fenólicos y carotenoides, lo que contribuye a la estabilidad frente a las reacciones de oxidación y lo hace adecuado para su uso como aceite comestible de alto valor nutricional. Estos componentes bioactivos están relacionados con la salud, pues previenen enfermedades como cáncer de próstata, reducen el colesterol y disminuye la hipertensión (Stevenson et al., 2007; Naziri et al., 2016; Akin et al., 2018). Finalmente, el aceite de semilla de calabaza (Cucurbita ficifolia B.) posee ácidos grasos insaturados como ácido linoleico y ácido oleico, así como ácidos fenólicos, carotenoides, tocoferoles, fitoesteroles y escualeno (Bernardo-Gil & Lopes, 2004; Bressani, 2015; Patel & Rauf, 2017).
Por otro lado, para la obtención de los aceites vegetales de semillas oleaginosas se requieren métodos de extracción que aseguren el mayor rendimiento posible, menor costo, sostenibilidad y reducción de desperdicios (Valerie et al., 2021). La producción de aceites vegetales mediante prensado mecánico presentan un bajo rendimiento, con un 10% de aceite residual en la materia prima (Cheng et al., 2019); también, existe el método de extracción por solvente orgánico siendo el más utilizado el hexano, presentando mayor rendimiento, economía, reciclabilidad y a un bajo punto de ebullición (63-67 °C) (Kumar et al., 2017), sin embargo, hay que considerar que el hexano es explosivo y a la vez, es una toxina neurológica que puede causar contaminación ambiental (Li et al., 2014).
En los últimos años se ha implementado la extracción supercrítica con CO2 para la extracción de aceites, existiendo plantas industriales con fluidos supercríticos en muchos países, principalmente de América del Norte y Europa (Del Valle et al., 2015). Durante la extracción con CO2 supercrítico presurizado, la materia prima sólida se mezcla con el anhidrido carbónico en su punto crítico de 31 °C y 7,38 MPa, donde las fases gas y líquida se unen para formar una fase fluida homogénea más allá de la región del fluido supercrítico. Las ventajas de la extracción con CO2 sobre los métodos convencionales de extracción con solventes incluyen mayor difusividad, menor viscosidad y tensión superficial, con tiempos de extracción más rápidos (Ye et al. 2019); además, el uso de CO2 tiene beneficios ambientales, no es inflamable y es reciclable, mejora la calidad del producto y no deja residuos y mantiene la pureza de los materiales extraídos, porque posee más ventajas en comparación con la extracción con solventes (Smigic et al., 2019). Por consiguiente, los aceites de semillas deberían ser propuestos para ser incluidos en la dieta humana; sin embargo, los hábitos de consumo de los aceites pueden representar un problema, porque generalmente el consumo de los aceites se realiza después de someterlos a un tratamiento térmico que oscila entre 180 a 240 °C. A estas temperaturas altas, el aceite sufre cambios físico químicos, formando sustancias que podrían ser perjudiciales para la salud humana (Freire et al., 2013). El aceite, después de ser sometido a calentamiento, sufre degradación debido a la oxidación de los ácidos grasos, con la formación de peróxidos e incremento de ácidos grasos libres, y formación de compuestos polares. Estas sustancias están asociadas a enfermedades cardiovasculares, artritis, envejecimiento y cáncer (Bastos Fernandes & Ferrante Draghi, 2016; Rosario-Leon, 2019). Por lo indicado, para sugerir el consumo de estos aceites provenientes de semillas, es necesario identificar los cambios ocasionados al ser sometidos a tratamientos térmicos y, de tal forma, reconocer el momento en que deben ser descartados.
En esta investigación se compararon los cambios fisicoquímicos y de la composición de ácidos grasos presentes en los aceites de semilla de zapallo y calabaza en relación con el aceite de soya que es un aceite comercial de gran demanda en la población peruana, por efecto térmico.
METODO
El estudio se llevó a cabo en los laboratorios de la Estación Experimental, El Mantaro de la Facultad de Ingeniería de Industrias Alimentarias de la Universidad Nacional del Centro del Perú, ubicada en Jauja, Junín, Perú. Altitud: 3316 msnm, Latitud: 12°03’19’’ Sur del ecuador, Longitud: 75°16’33’’ Oeste de Greenwich.
Muestras
Las semillas fueron obtenidas a partir de los frutos calabaza (Cucúrbita ficifolia Bouche) variedad verde, provenientes del distrito de Ahuac, provincia de Chupaca, Departamento de Junín, entre 12°05′10″S 75°19′24″O latitud oeste, perteneciente a la región natural “quechua” a una altitud media de 3295 m.s.n.m. (Pulgar-Vidal 1979) y de los frutos de zapallo (Cucúrbita máxima Duchesne) provenientes del distrito de Pariahuanca, Provincia de Huancayo, Departamento de Junín, entre 12°01′47″S 74°51′10″O latitud sur, perteneciente a la región natural “quechua” a una altitud media de 3622 m.s.n.m., (Pulgar-Vidal, 1979). Los frutos fueron lavados y desinfectados, luego se separaron las fracciones vegetales de cada fruto (semillas, legumina y cáscara). Las semillas se lavaron y se sometieron a un oreado y fueron llevadas posteriormente a una estufa memmert UN30 donde se deshidrataron a 60 °C x 24 horas y se empacaron en papel Kraft, almacenados en una cabina de flujo laminar BIO-II en atmosfera de nitrógeno a 15 °C (Rezig et al., 2018). Las semillas deshidratadas fueron reducidas de tamaño en un molino de laboratorio BOSH y se tamizaron con malla de 70 mesh, obteniéndose harina de semilla de calabaza y harina de semilla de zapallo y fueron envasadas herméticamente para ser almacenadas hasta el momento de la extracción de aceite.
Obtención de aceites
La extracción de aceites de las semillas se realizó con CO2 supercrítico-SC, en un equipo de extracción de 500 mL de capacidad Marca Waters-USA; para cada extracción se pesó 50 g de harina de cada semilla y se transfirió al sistema de extracción. El aceite obtenido se almacenó a 15 °C en frascos de color ámbar con cierre hermético previa saturación de nitrógeno. Las variables que se controlaron durante la obtención de aceite con CO2 supercrítico: presión 200 bar, temperatura de 50 °C, flujo de 3 L/min (Duba & Fiori, 2015). El rendimiento de extracción de aceite de semilla de calabaza fue de 36;79 ± 0,79 % y de aceite de semilla de zapallo fue 28,34 ± 0,32 % (Figura 1). El aceite comercial fue el de soya (Glycine max) que se obtuvo de un mercado local, que proviene de la empresa Alicorp - Perú.
Tratamiento de muestras
Los aceites obtenidos y el aceite de soya se sometieron a calentamiento convencional, realizado en una manta calefactora, con rango de temperatura de 0 a 450 °C, con control de temperatura digital. Se realizó en tres etapas: primero, en un recipiente de acero inoxidable se tomaron 100 mL de cada aceite y se sometieron a un tratamiento térmico a diferentes temperaturas de 20, 120, 150, 180 y 200 °C; segundo, 100 mL de cada muestra se sometió a un tratamiento térmico a 180 °C a diferentes tiempos de calentamiento desde 0, 10, 30, 60 y 120 min y tercero, cada muestra de aceite de soya, zapallo y calabaza se llevaron a calentamiento hasta 240 °C por 120 minutos para la determinación de composición de ácidos grasos, ya que a esa temperatura se observan cambios en los ácidos grasos en aceites comestibles (Bhat, 2022) y el tiempo es el que comúnmente utilizan en frituras con aceites recalentados.
Análisis de características fisicoquímicas
Las características fisicoquímicas de los aceites se determinaron siguiendo los procedimientos: índice de acidez (AOCS: Cd 3d-63); índice de peróxidos (AOCS: Cd 8-53) e índice de refracción (AOCS: Tp 1a - 64).
Análisis de compuestos polares
Los compuestos polares se determinaron con el método internacional, recomendado por Chen et al. (2013), mediante el uso de un equipo denominado Testo 270, se tomó 100 mL de muestra que debe estar sumergida en un recipiente y a una temperatura mayor a 50 hasta 200 °C y sumergir el sensor del Testo 270 obteniéndose una lectura directa.
Análisis de composición de ácidos grasos
La determinación de ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME) se realizó en un cromatógrafo de gases acoplado a espectro de masas Perkin Elmer 690 Clarus equipado con una columna capilar Supelco (SPTM 2560, columna capilar de sílice fundida) y un detector de ionización de llama. La temperatura de la columna se programó desde 140 °C (mantener 5 min), de 4 °C/min a 240 °C (mantener 3 min); el inyector y las temperaturas del detector se fijaron en 250 °C. La identificación fue realizada comparando los tiempos de retención con los de una mezcla estándar de FAME (Supelco, USA 37 comp. FAME mezcla) sometido a GC en condiciones experimentales idénticas (Uba & Muhammad, 2019).
Análisis estadístico
Se aplicó el diseño completamente al azar con tres tratamientos, todas las mediciones se realizaron por triplicado (n = 3) y los resultados se presentaron como valor medio con la correspondiente desviación estándar (DE). Las diferencias significativas fueron determinadas por un análisis de varianza y la prueba de Tukey con un nivel de significancia p˂0,01, usando SAS V 8.
RESULTADOS
Características fisicoquímicas a diferentes temperaturas
El índice de acidez de los aceites a los 20 °C presenta diferencias significativas, siendo el más bajo el proveniente de semilla de zapallo, seguido de la soya y el más alto es el proveniente de la semilla de calabaza (cuadro 1), estos aceites al ser sometidos a calentamiento de 120, 150, 180 y 200 °C presentan una relación directa; a mayor temperatura se incrementa el índice de acidez. Estos cambios se debe a que los triglicéridos de los aceites a altas temperaturas empiezan a hidrolizarse convirtiéndose en ácidos grasos libres y estos son más sensibles a la oxidación (Nayak et al., 2016). Los valores de acidez de aceites vírgenes según el Codex-Stan 210:1999, debe presentar un valor aceptable de 4,0 mg KOH/g, en el aceite de soya se observa hasta 150 °C mantiene un índice de acidez por debajo de este valor, en el aceite de semilla de zapallo se mantiene hasta 120 °C y en el aceite de semilla de calabaza se observa que a 120 °C presenta un valor mayor a lo permisible; por lo que se recomendaría su calentamiento a una temperatura menor a 120 °C. Se observa que el aceite de soya presenta mayor estabilidad en comparación a los aceites de semilla de zapallo y calabaza. Esto se debería a que el aceite de soya es un aceite que fue sometido a un proceso de refinado. Los valores de acidez encontrados en los aceites de semilla de zapallo y calabaza son valores menores a los encontrados por Uba, & Muhammad, (2019) que reportaron aceite de semilla de zapallo con un índice de acidez de 6,92 %, esta diferencia es debida al método de extracción porque emplearon el solvente hexano.
El índice de peróxidos (cuadro 1) de aceites de soya, semilla de zapallo y calabaza presentan diferencias significativas entre los valores de peróxidos, observándose que el índice de peróxidos del aceite de semilla de zapallo presenta mayor índice de peróxidos que el aceite de semilla de calabaza y de la soya (cuadro 1), al ser sometidos a calentamiento estos valores se van incrementando a diferentes velocidades, observándose que el aceite de semilla de calabaza se incrementa de 1,33 a 22,8 meq O2/Kg aceite, el aceite de zapallo es de 2,76 a 25,34 meq O2/Kg aceite y el de aceite de soya de 1,52 a 11,89 meq O2/Kg aceite, esto valores finales superan el valor permitido en el Codex-Stan 210:1999 que indica que los aceites refinados pueden contener hasta 10 miliequivalentes de meq O2/ Kg aceite y para aceites vírgenes es hasta 15 miliequivalentes de meq O2/Kg aceite, el aceite de soya puede mantener un valor aceptable como aceite refinado hasta 180 °C, mientras que el aceite de zapallo logra un valor aceptable hasta 150 °C y el aceite de calabaza presenta valor aceptable hasta 180 °C, considerándose que son aceites vírgenes. Estas temperaturas permisibles para cada aceite es importante tener en cuenta a la hora de someter a temperaturas de calentamiento para su consumo ya que el índice de peróxidos indica el nivel de oxidación del aceite y la formación de radicales libres los cuales interactúan rápidamente con el oxígeno atmosférico para formar hidroperóxidos (Petkova & Antova, 2019)
El índice de refracción (cuadro 1) de la muestra de aceite de semilla de calabaza, semilla de zapallo y aceite de soya no presentan diferencia significativa; pero, al ser sometidas a tratamiento térmico estos valores se incrementan y a la temperatura de 200 °C presentan diferencias significativas entre los tres aceites, ello es debido a la variación en su composición de ácidos grasos de cada aceite, ya que la longitud y el número de carbono de los ácidos grasos influye en el índice de refracción (Yague, 2003).
Los compuestos polares de las muestras de aceite (cuadro 1) presentan diferencia significativa entre aceites; estos compuestos se incrementan en función a la temperatura de exposición, el aceite de soya presenta menor formación de compuestos polares en comparación con los aceites de semilla de zapallo y semilla de calabaza, estos resultados puede atribuirse a su contenido de ácidos grasos polinsaturados, los aceites de semilla de zapallo y semilla de calabaza presentan mayor contenido de componentes polares y mayor contenido de ácidos grasos poliinsaturados; en otro estudio similar en aceites vegetales sometidos a calentamiento hasta 250 °C encontraron una correlación de 74 % entre el contenido de ácidos poliinsaturados y formación de compuestos polares (De Alzaa et al., 2018).
Cuadro 1 Características fisicoquímicas de los aceites de soya, semilla de zapallo y semilla de calabaza sometidas a diferentes temperaturas de calentamiento.
Características fisicoquímicas a diferentes tiempos de exposición
El índice de acidez (cuadro 2) a una temperatura 180 °C a los 0 min presenta diferencia significativa entre las muestras de aceite de soya, aceite de semilla de calabaza y aceite de semilla de zapallo, y a mayor tiempo de exposición se va incrementando el valor del índice de acidez. El aceite de semilla de calabaza presenta mayor valor, seguido de aceite de semilla de zapallo y el menor es el aceite de soya. Estos valores de índice de acidez se encuentran altos de acuerdo a las recomendaciones del Codex-Stan 210:1999, por lo que se puede precisar que para consumir no sería recomendable calentar por encima de 180 °C en los tres tipos de aceites estudiados.
El Índice de peróxidos (cuadro 2) presentan diferencias significativas entre las muestras de aceites, se va incrementando en función al tiempo de exposición, estos resultados son similares a los reportados por Petkova & Antova (2019) donde el aceite de semilla de cucúrbita sometido a calentamiento convencional, presentó un incremento significativo del índice de peróxidos. El aceite de soya presenta menor índice de peróxidos, seguido del aceite de semilla de zapallo y el aceite de semilla de calabaza presentan mayor índice de peróxidos incrementándose 10 veces más desde el punto de inicio. De acuerdo a estos resultados el aceite de soya presenta estabilidad a 180 °C hasta por 10 minutos, el aceite de semilla de zapallo y el de semilla de calabaza no es recomendable calentar hasta 180 °C, ya que a esta temperatura en ambos casos superan el límite permisible de índice de peróxidos de acuerdo al Codex-Stan 210:1999, para garantizar la calidad comestible.
Los índices de acidez y de peróxidos son indicadores de la calidad de aceites, se observa que el aceite de soya presenta mejores valores fisicoquímicos en relación a los aceites de semilla de zapallo y semilla de calabaza, por lo que podemos decir que el aceite de soya presenta mayor estabilidad oxidativa debido a su composición de ácidos grasos saturados, ya que los aceites de semilla de calabaza y semilla de zapallo presentan menor contenido de ácidos grasos saturados comparados en el aceite de la soya, que además posee más ventaja por ser refinado.
El índice de refracción (cuadro 2) presenta diferencias significativas con respecto al tiempo de calentamiento; ello es debido, a los cambios químicos y físicos del aceite por efecto del calentamiento y mayor tiempo de exposición a las condiciones ambientales, al respecto Alhibshi et al. (2016) indican que el índice de refracción de los aceites aumenta ( no linealmente) con la longitud de cadena y grado de insaturación, asimismo es afectado por la exposición de la luz y la temperatura.
Los compuestos polares (cuadro 2) de las muestras de aceite a 180 °C presentan diferencia significativa; además se observa, que estos compuestos se incrementan en función al tiempo de exposición al calor, el aceite de soya presenta menor formación de compuestos polares en comparación con los aceites de semilla de zapallo y semilla de calabaza. Los valores mayores de compuestos polares se obtuvieron en el aceite de semilla de zapallo de 15 % calentado a 180 °C por 120 min y a estas mismas condiciones el aceite de semilla de calabaza obtuvo 14,5 %. Sin embargo, estos porcentajes se encuentran por debajo del valor considerado como límite máximo; según la Norma Sanitaria del MINSA (2014) establece como valor máximo permisible de 25 % para ser considerado como aceite de calidad consumible.
Composición de ácidos grasos por efecto de la temperatura
La composición de ácidos grasos (cuadro 3) presentan diferencias significativas entre las muestras de aceites a 20 °C y cunado son sometidos a temperatura de 240 °C por 120 minutos de exposición, se observa modificaciones de estos ácidos grasos presentando incremento de los ácidos grasos saturados mirístico, palmítico y oleico en los tres aceites, ocurriendo lo contrario con los ácidos grasos insaturados oleico, linoleico y α linolénico que presentan disminución por efecto de las altas temperaturas; estos resultados, son similares a los obtenidos por Ben Hammouda et al. (2018), que sometieron a fritura el aceite de oliva y aceite de coco, donde encontraron la disminución de los ácidos grasos poliinsaturados (ácidos linoleico y linolénico); así mismo, en otro estudio de Petkova & Antova (2019), sometieron a calentamiento el aceite de cucurbitáceas, encontrando incremento de ácido palmítico y disminución de ácido linolénico, al respecto Abdulkarim et al. (2007), menciona que los ácidos poliinsaturados son más propensos a la oxidación que los monoinsaturados y saturados y los ácidos poliinsaturados dan lugar a elevados dienos y trienos conjugados por efecto del calor. Ben Hammouda et al. (2018) también reportan que las sesiones de fritura conllevan a cambios en la composición de los ácidos grasos, así como el ácido linoleico es convertido a ácido oleico al perder sus enlaces dobles.
CONCLUSIONES
Las características fisicoquímicas: índice de acidez, índice de peróxidos, índice de refracción y compuestos polares de los aceites de semilla de calabaza, semilla de zapallo y soya sometidos a tratamiento térmico a diferentes tiempos de exposición presentan diferencia significativa entre muestras de aceites. A mayor temperatura y tiempo de calentamiento los aceites presentan mayores valores de índice de acidez, peróxidos y refracción. Los ácidos grasos son afectados por la temperatura, los ácidos grasos saturados se incrementan y los ácidos grasos insaturados disminuyen. El aceite de soya presenta estabilidad de calidad comestible hasta 150°C, y los aceites de semilla de zapallo y semilla de calabaza hasta 120°C.
