Tesis Doctorado

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Desarrollo de una plataforma científica tecnológica para estudiar el proceso de clarificación de vinos orientada a disminuir la prevalencia de agentes clarificantes con potencial alergénico.
(Universidad de Concepción, 2019) Pavón Pérez, Jessy; Aranda Bustos, Mario Antonio; Henríquez Aedo, Karem Alejandra
La caseína y la ovoalbúmina son usadas habitualmente como agentes clarificantes durante el proceso de elaboración del vino, con el objetivo de promover interacciones con compuestos no deseados como algunos polifenoles y taninos. Este tipo de proteínas pueden desencadenar reacciones alérgicas en individuos susceptibles, por tanto su presencia en vinos puede ser un riesgo para la salud humana, especialmente cuando su presencia no está reportada o indicada en la etiqueta. Es por esto que la Unión Europea estableció a través de su Directiva 2003/89/EC, actualizada en el año 2012 Directiva 2012/579/EC que las concentraciones mayores a 0.25 mg L-1 deben ser declaradas en la etiqueta. De ahí la necesidad de contar con técnicas con un alto poder de resolución que proporcionen la información necesaria para el análisis de estas proteínas en vino. En la presente tesis doctoral se demuestra el enorme poder que tiene la cromatografía líquida acoplada a la espectrometría de masa para la identificación y cuantificación de péptidos de caseína y ovoalbúmina en vinos. La extracción de las proteínas desde la matriz vino se realizó combinando el uso de membranas de ultracentrifugación y precipitación con solventes orgánicos. En particular el análisis se desarrolló a partir de la estrategia de trabajo bottom-up. El paso limitante de esta metodología son los largos tiempos de digestión enzimática que se requieren (12-24 horas). Debido a que varios factores (tiempo, temperatura, relación concentración enzima:proteína, etc) pueden afectar el rendimiento de la digestión tríptica la estrategia más eficiente es aplicar herramientas qumiométricas para su optimización. Se empleó un Diseño Central Compuesto para optimizar la digestión con tripsina aplicando una temperatura de 37oC y energías del infrarrojo, microondas y ultrasonido. Cada método fue evaluado a partir de SDS-PAGE y del % de sequence coverage (SQ) arrojado por la base de datos Mascot. En todos los casos fue posible disminuir los tiempos de digestión y aumentar su rendimiento. Para la determinación de los péptidos resultantes fue desarrollado, implementado y validado un método UHPLC-DAD-ESI-MS/MS el cual en conjunto con la comparación de los resultados teóricos arrojados por las bases de datos Swiss-Prot y Mascot permitió la identificación y cuantificación de un péptido marcador para la -caseína, -caseína y la ovoalbúmina en 60 muestras comerciales de vinos chilenos, empleando como estándar interno un péptido marcado isotópicamente. De las muestras analizadas 17 presentaron concentraciones de estas proteínas en un valor cercano o superior a lo regulado por la OIV, por consiguiente se hace necesario establecer normativas que normalicen su uso en Chile. Con la finalidad de lograr una mayor identificación de péptidos marcadores de caseína y ovoalbúmina en los vinos se desarrolló un método UHPLC-ESI-Q/TOF, identificándose y cuantificándose 5 péptidos para -caseína, 4 para -caseína, uno para -caseína y 3 para ovoalbúmina. Esto evidencia las ventajas de emplear analizadores de masa híbridos de alta resolución en los análisis proteómicos. La separación e identificación de los péptidos marcadores en vinos se realizó también mediante HPTLC-ESI-MS. El uso de esta herramienta analítica, permitió detectar de manera rápida dos bandas características de la -caseína y ovoalbúmina. Explorando alternativas para reducir o evitar el uso de estos clarificantes se realizó un estudio químico-analítico utilizando bentonita, tierras de diatomea, caseína y ovoalbúmina.Se evaluó su influencia sobre el color, turbidez, antocianinas y polifenoles del vino. En aras de no añadir al vino agentes exógenos se evaluó también la capacidad de eliminar caseína y ovoalbúmina por una membrana de ultracentrifugación con flujo cruzado y tamaño de poro de 10kDa. En vinos tratados con estas proteínas no se encontraron péptidos característicos luego de ser sometidos al proceso de filtración.
Desarrollo de una plataforma científica tecnológica para la identificación de compuestos bioactivos desde arrayán (luma apiculata) y evaluación del efecto de la nanoencapsulación sobre su bioaccesibilidad.
(Universidad de Concepción, 2020) Carrasco Sandoval, Jonathan; Baer von Lochow, Dietrich von; Aranda Bustos, Mario Antonio
Las Enfermedades Crónicas No Transmisibles (ECNT) son la principal causa de morbimortalidad del país y representan un problema nacional e internacional de salud pública. Como resultado, muchas especies nativas/autóctonas han sido estudiadas por su potencial fuente de compuestos fenólicos, los cuales pueden contribuir a la prevención y/o tr7atamiento de dichas enfermedades. Dentro de las especies nativas reconocidas por sus propiedades medicinales se encuentra el arrayán (Luma apiculata), cuyos compuestos bioactivos presentes en el fruto y la hoja podrían ser un aporte relevante para disminuir el riesgo de padecer ECNT. Sin embargo, los estudios reportados de esta especie son muy escasos. En consecuencia, el presente trabajo de investigación tuvo como objetivo principal desarrollar metodologías químico-analíticas para obtener datos científicos que sustenten la característica funcional del fruto y hoja del arrayán y preservar los compuestos bioactivos identificados mediante el empleo de la nanotecnología. Como paso previo al trabajo con arrayán, se desarrolló y optimizó un proceso de extracción asistida de ultrasonido de compuestos fenólicos desde semilla de quinoa. Basándose en este procedimiento, fue establecido y optimizado el proceso de extracción de dichos compuestos desde frutos y hojas de arrayán mediante extracción asistida por ultrasonido en baño ultrasónico. Esta optimización contempló un diseño factorial completo y un diseño central compuesto. Con las condiciones de extracción optimizadas, se evaluó la capacidad antioxidante de los extractos crudos y extractos ricos en compuestos fenólicos obtenidos por adsorción selectiva sobre la resina polimérica Amberlita XAD-7. La capacidad antioxidante se evaluó mediante dos metodologías: 2,2- Difenil-1- picrilhidrazilo (DPPH) y capacidad antioxidante reductor del hierro (FRAP). Además, se determinó el contenido de fenoles totales mediante la metodología de Folin-Ciocalteu (TPC). De acuerdo con los ensayos realizados, quedó en evidencia que los extractos de fruto y hoja de arrayán presentan una elevada concentración de compuestos fenólicos y una alta capacidad antioxidante, en especial, los extractos ricos en compuestos fenólicos. Para establecer el perfil fenólico de los extractos crudos, se implementó un método por cromatografía líquida de ultra-alta eficiencia (UHPLC) acoplada a espectrometría de masas (MS). El análisis cromatográfico, reveló la presencia de siete compuestos fenólicos en el extracto crudo de fruto de arrayán (quercetin 3-β-D glucósido, miricetina, quercetina, ácido p-cumárico, kaempferol glucósido, ácido gálico y kaempferol) y cinco compuestos fenólicos en el extracto crudo de hoja (quercetina 3-ß-D-glucósido, kaempferol 3-glucósido, miricetina, quercetina y ácido gálico). Considerando el perfil fenólico y el efecto antimicrobiano reportado para algunos de los compuestos fenólicos identificados, se determinó la actividad antiviral de extractos crudos (30% etanol) sobre el virus de la hepatitis A y norovirus murino, principales virus entéricos asociados a contaminación alimentaria. El extracto de hoja presentó un efecto antiviral significativo sobre ambos virus, mientras que el extracto de fruto tuvo un efecto moderado sobre el virus de la hepatitis A. Luego de establecer el perfil fenólico, estándares de los compuestos fenólicos puros fueron sometidos a un proceso de digestión gastrointestinal in vitro para estudiar la bioaccesibilidad de dichos compuestos. Paralelamente, se evaluó la potencialidad de tres sistemas nanoparticulados (nanopartículas de zeina, zeína recubierta de alginato y zeína recubierta de complejo alginato/quitosano), los cuales fueron obtenidos mediante los métodos de nanoprecipitación y deposición electrostática. La fracción bioaccesible de los compuestos bioactivos fue determinada mediante cromatografía líquida de alta eficiencia asociada a detección UV (HPLC/UV). Los compuestos fenólicos presentaron una limitada bioaccesibilidad, que varió entre un 3.4 y 16.1%, mientras que los tres sistemas nanoparticulados incrementaron significativamente la bioaccesibilidad de todos los compuestos fenólicos, en especial, las nanoparticulas de zeina recubiertas con complejo de alginato/quitosano, la cual varió entre un 65.8 y 84.0%. Finalmente, se implementó una plataforma científica-tecnológica por HPTLC/(bio)autografía/MS para detectar e identificar en los extractos crudos de fruto y hoja de arrayán compuestos con actividad antioxidante e inhibitoria sobre las enzimas α-glucosidasa y acetilcolinesterasa, consideradas como blancos terapéuticos para tratar la diabetes mellitus tipo 2 y enfermedades neurodegenerativas, respectivamente. El extracto de hoja sólo presentó bandas con actividad antioxidante, mientras que el extracto de fruto presentó un compuesto con marcada actividad antioxidante e inhibitoria sobre ambas enzimas, el cual fue identificado tentativamente mediante la interfaz TLC-MS como fraxetina (hidroxicumarina). Estos resultados permiten sustentar la característica funcional del fruto y hoja de arrayán, además de demostrar el potencial de la nanotecnología (sistemas nanoparticulados) en la preservación de los compuestos responsables de dicha funcionalidad.
Implementación de una plataforma analítica HPTLC-bioensayo-MS de efecto dirigido para la identificación de compuestos bioactivos en chirimoya (Annona cherimola Mill.).
(Universidad de Concepción, 2019) Galarce Bustos, Oscar Francisco; Aranda Bustos, Mario Antonio; Arráez Román, David
El chirimoyo/a (Annona cherimola Mill.) es un árbol pequeño cultivado en diferentes países incluido Chile. Este árbol produce un fruto conocido como chirimoya que ha sido largamente utilizado en medicina tradicional. Algunas actividades biológicas beneficiosas para la salud humana han sido demostradas mediante ensayos in vitro, sin embargo son pocos los estudios que individualizan los compuestos que ejercen la bioactividad. El estudio de los componentes bioactivos de la chirimoya permitiría descubrir moléculas con potencial terapéutico para enfermedades crónicas no transmisibles, otorgando de esta manera un valor agregado a la fruta y subproductos generados. Para la determinación de compuestos bioactivos fue desarrollada e implementada una plataforma analítica HPTLC-bioensayo-MS de efecto dirigido que permite la determinación e identificación in situ de compuestos bioactivos mediante un flujo de trabajo simple y directo, que permite un screening general de la composición de piel, pulpa y semilla de chirimoya. El uso de esta herramienta analítica, permitió detectar en la piel de chirimoya tres compuestos con actividad inhibitoria sobre la enzima acetilcolinesterasa, que luego fueron analizados mediante HPTLC-MS y UHPLCDAD-MS/MS. Los compuestos fueron identificados como anonaina, glaucina, y un tercer candidato como xilopina, siendo por primera vez reportada la capacidad inhibitoria de estos alcaloides. Aplicando el mismo sistema, tres fenolamidas presentes en piel y semilla fueron detectadas e identificadas como inhibidores de a-glucosidasa, las cuales corresponden a N-trans-feruloil tiramina, N-trans-p-coumaroil tiramina y N-trans-feruloil fenetilamina, siendo primera vez que se reporta esta bioactividad así como la presencia de este último en chirimoya. Los compuestos antioxidantes presentes en extracto de piel y semilla fueron detectados vía ensayo HPTLC-DPPH, y la capacidad antioxidante fue cuantificada a partir del mismo ensayo mediante procesamiento de imagen digital usando el software ImageJ. Los compuestos que presentaron una mayor actividad, expresada como equivalentes de ácido cafeico, fueron estudiados directamente mediante un análisis TLC-MS y clasificados preliminarmente como como acetogeninas y fenolamidas. De esta manera, el ensayo HPTLC-DPPH-MS resultó en una metodología completa que permite detectar, cuantificar e identificar compuestos antioxidantes, estableciendo la aplicabilidad del procesamiento de imagen digital sobre otras metodologías HPTLC-bioensayo. El trabajo realizado logró establecer también un extracto de piel de chirimoya con destacada actividad inhibitoria de AChE, a-glucosada y capacidad antioxidante, obtenido mediante una metodología optimizada de extracción por fluidos supercríticos. La presencia de algunos de los compuestos, caracterizados en la plataforma analítica, fue cuantificada mediante un análisis UHPLC-ESI-MS. Adicionalmente, hojas de diferentes variedades de chirimoya fueron evaluados con la misma metodología, estableciendo su potencial como fuente de alcaloides inhibidores de AChE. En resumen, la aplicación de la plataforma analítica permitió evaluar el potencial de sub-productos de la agroindustrial, piel y semilla, como fuente de compuestos bioactivos con potencial terapéutico.

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