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Investigación Agraria

On-line version ISSN 2305-0683

Investig. Agrar. vol.25 no.2 San Lorenzo Dec. 2023

https://doi.org/10.18004/investig.agrar.2023.diciembre.2502735 

Artículo científico

Influencia de la variedad y del método de conservación en los compuestos bioactivos de la pulpa y cáscara de cereza de café (Coffea arabica)

Influence of variety and preservation method on bioactive compounds in coffee (Coffea arabica) cherry pulp and husk

Melquiades Barragán-Condori1 
http://orcid.org/0000-0002-1460-4644

Hilka Mariela Carrión-Sánchez1 
http://orcid.org/0000-0002-3009-6029

Eliseo Pumacallahui-Salcedo1 
http://orcid.org/0000-0002-5730-684X

Rubén Casafranca-Vásquez1 
http://orcid.org/0000-0002-9979-7130

Fanny Rosario Márquez-Romero1 
http://orcid.org/0000-0002-0759-3318

Ulises Sandro Quispe-Gutiérrez2 
http://orcid.org/0000-0002-9039-2276

Víctor Justiniano Huamaní-Meléndez3 
http://orcid.org/0000-0001-7554-6380

1 Universidad Nacional Intercultural de Quillabamba, Departamento Académico de Ingeniería Civil y Ciencias Básicas. Cusco, Perú.

2 Universidad Nacional Micaela Bastidas de Apurímac, Departamento Académico de Medicina Veterinaria y Zootecnia. Apurímac, Perú.

3 São Paulo State University-UNESP, Department of Food Engineering and Technology, Campus of São José do Rio Preto. São Paulo, Brasil.


RESUMEN

En el procesamiento del café se generan residuos orgánicos, como la cáscara y pulpa de cereza de café, que no son aprovechados y, consecuentemente, impactan en el medio ambiente. Considerando el aprovechamiento de estos residuos, el objetivo de este trabajo fue evaluar la presencia de componentes bioactivos en pigmentos extraídos de la pulpa y cáscara de cerezas de café, de las variedades Catimor y Typica, así también, comparar el impacto de métodos de conservación de estos residuos (in natura, seco y congelado), sobre el contenido de antocianinas totales (CAT), polifenoles totales (PFT) y la capacidad antioxidante. Los pigmentos de la cáscara y pulpa de café fueron extraídos con metanol acidificado, y posteriormente, fueron determinados los espectros que corresponden a compuestos antociânicos, por espectroscopia UV-Visible y FTIR-ATR. Valores de CAT fueron determinados mediante el método pH diferencial, los PFT a través del método Folin-Ciocalteu, y la capacidad antioxidante con el método 2,2-Difenil-1-Picrilhidrazilo (DPPH). Los resultados obtenidos para cáscara y pulpa: in natura, seca y congelada, de las variedades Catimor y Typica, revelan que el CAT muestra un rango de 35,16-10,16 mg cianidina 3-G/100g, el contenido de PFT de 1971,10-247,12 mg ácido gálico/100 g y la capacidad antioxidante por DPPH de 33,73-16,07 µmol trolox/g respectivamente. Los residuos secos de la variedad Catimor presentaron mayor actividad antioxidante, seguido de residuos in natura y congelados sin diferencia significativa entre ambos. De esta manera, los residuos del procesamiento del café poseen alto potencial agroindustrial como fuente de colorante natural.

Palabras clave: antioxidantes; antocianinas; bioactivos; polifenoles; residuos agroindustriales

ABSTRACT

In the processing of coffee, organic residues are generated, such as coffee peel and cherry pulp, which are not used and, consequently, have an impact on the environment. Considering that these residues contain antioxidants, the objective of this research was to obtain natural colorants from Arabica coffee peels and pulp of the Catimor and Typica varieties, as well as to evaluate the impact of the conservation methods of these residues (in natura, dry and frozen) on the total anthocyanin content (CAT), total polyphenols (PFT) and antioxidant capacity. The colorants of the coffee peel and pulp were extracted with acidified methanol and the spectra corresponding to anthocyanin compounds were determined by UV-Visible and FTIR-ATR spectroscopy. The CAT was determined by the differential pH method, the PFT by the Folin-Ciocalteu method, and the antioxidant capacity by the 2,2-Diphenyl-1-Picrylhydrazyl (DPPH) method. The results obtained for peel and pulp: in natura, dry and frozen, of Catimor and Typica varieties, reveal that the CAT content shows a range of 35.16-10.16 mg cyanidin 3-G/100g, the PFT content of 1971.10-247.12 mg gallic acid/100 g and th6e antioxidant capacity by DPPH of 33.73-16.07 µmol trolox/g respectively. Thus, coffee processing residues have a high agroindustrial potential as a source of natural colorant, resulting that the dried residues of the Catimor variety have a higher antioxidant activity, followed by in natura and frozen residues, with no significant difference between the two.

Keywords: antioxidants; anthocyanins; bioactive; polyphenols; agroindustrial residues

INTRODUCCIÓN

Con la pandemia del COVID-19, la demanda de compuestos bioactivos se ha incrementado, buscando potenciar el sistema inmunológico y la resistencia frente a infecciones bacterianas o virales (Arya, Venkatram, More & Vijayan, 2022; Kaderides, Kyriakoudi, Mourtzinos y Goula, 2021). Tanto en vinos, cereza dulce y otros alimentos funcionales, la conservación de sus compuestos bioactivos y pigmentos, especialmente antocianinas, es una preocupación constante de los productores y materia de investigación para los científicos (Li et al., 2021; Momin, Sangma, Suresh, Singh y Rao, 2018).

Podemos encontrar alimentos con alto contenido de colorantes antociânicos, sin embargo, estos compuestos bioactivos son inestables, siendo influenciados por varios factores como la temperatura, luz, oxidación, entre otros (Barragan Condori, 2017; Cervantes-Sierra, Barragán-Condori y Chaquilla-Quilca, 2019). Por lo tanto, se requiere evaluar la estabilidad de estos pigmentos frente a diferentes tratamientos térmicos a los cuales son sometidas las materias primas para su conservación (Sánchez, Carbajal, Ruiz y Quiroz, 2021).

Existe una creciente preocupación en relación al destino de los residuos agroindustriales, generando la necesidad de reciclar los residuos del procesamiento de algunas frutas y vegetales, como es el caso de la cáscara y pulpa de café (Cornejo-Figueroa, Cartagena-Cutipa y Alcázar-Alay, 2020), aprovechando los principios bioactivos presentes en ella, dando valor agregado y disminuyendo el impacto ambiental producido por estos residuos.

El café se encuentra entre los commodities más importantes, ocupando el segundo lugar después del petróleo (Carbajal, Rivera, Ramos y Raymundo, 2020). La Convención (Provincia de Cusco), es uno de los mayores productores de café en el Perú, con un área cultivada de 58 585 hectáreas (Lechthaler y Vinogradova, 2017). Las variedades predominantes de café Arábica cultivados en dicha región son Catimor y Typica.

Una de las primeras etapas en el procesamiento de café es el descascarado, donde la cáscara y la pulpa son removidas para, posteriormente, secar los granos de café (Geremu, Tola y Sualeh, 2016; Rakitikul, 2017). Esta operación genera residuos que, en su mayoría, son descartados impactando el medio ambiente local.

En cáscaras y pulpa de café fueron encontrados gran variedad de compuestos fenólicos como: ácido cafeico, ácido clorogénico, ácido ferúlico, catequinas y taninos (Arya et al., 2022; Heeger, Kosińska-Cagnazzo, Cantergiani y Andlauer, 2017; Kiattisin et al., 2019; Labat, Augur, Rio, Perraud-Gaimé, y Sayadi, 2000; Torres-Valenzuela, Ballesteros-Gómez y Rubio, 2020). Estos compuestos fenólicos pueden ser extraídos y utilizados como colorantes en productos alimenticios. La extracción de compuestos bioactivos puede dar valor agregado a los residuos industriales (Moure et al., 2001), representando una fuente alternativa de antioxidantes naturales, considerados seguros en comparación con los antioxidantes sintéticos (Chen, Pearson y Gray, 1992; Geremu et al., 2016).

Los métodos de preservación de las materias primas afectan significativamente la concentración de compuestos bioactivos (Stamenković et al., 2019; Wojdyło, Figiel y Oszmiański, 2009). Los compuestos antioxidantes no son estables, y se degradan en presencia de oxígeno, luz y el calor durante largos periodos de secado (Liu et al., 2019). Además, los fitoquímicos presentes en frutas y verduras, generalmente se encuentran unidas a membranas celulares, que por la cristalización provocada por el congelamiento pueden romperse y liberar compuestos bioactivos que serán degradados en presencia de oxígeno (Leong y Oey, 2012; Wani, Masoodi, Hag, Ahmad y Ganai, 2020).

Por las consideraciones mencionadas, el objetivo de esta evaluar la presencia de componentes bioactivos en pigmentos extraídos de la pulpa y cáscara de cerezas de café de las variedades Catimor y Typica, y comparar el impacto de métodos de conservación de estos residuos (in natura, seco y congelado), sobre el contenido de antocianinas totales (CAT), polifenoles totales (PFT) y la capacidad antioxidante.

MATERIALES Y MÉTODOS

Material vegetal

Los frutos de café (Coffea arabica) de las variedades Catimor y Typica fueron recolectados durante el período de cosecha plena, en mayo de 2021 a partir de plantas sanas. El cultivo fue manejado con fertilización orgánica y manejo integrado de plagas. Fueron recolectados frutos con el mismo estado de maduración (colecta selectiva, frutos con coloración roja intensa), entre los meses de abril a mayo de la ex hacienda “Potreros”, ubicado en la zona rural del distrito de Santa Ana, cerca de la ciudad de Quillabamba (1320 msnm), provincia de La Convención, Cusco, Perú.

Los residuos orgánicos producto del procesamiento de los granos del café (cáscara y pulpa) fueron recolectados en envases de vidrio (Figura 1), para ser analizados por separado: in natura (fresco), seco (en estufa a 60°C por 8 horas) y congelado (en congeladora a -20°C por 48 horas).

Figura 1 (a) Cerezas de café en óptimo estado de maduración (b) Pulpa y cáscara de frutos de café constituidas como residuo. 

Extracción de pigmentos antociánicos

Pigmentos fueron extraídos de los residuos orgánicos del procesamiento de café (cáscara y pulpa de las cerezas), utilizando como solvente metanol acidificado con 0,01% de HCl. La relación cáscara:solvente empleada fue de 1:10 p/v, la mezcla fue dejada en agitación a temperatura ambiente por 24 h, posteriormente, filtrado en papel filtro cualitativo, concentrado en rotavapor, centrifugado a 1000 ×g y aforado a un volumen determinado para su posterior análisis (Manzoor, Singh, Gani y Noor, 2021).

Espectrofotometría UV-Visible

La presencia de antocianinas fue identificada cualitativamente usando espectrofotómetro (Thermo Scientific GENESYS 180S UV-Visible), realizando lectura a longitud de onda de 300 a 110 nm, con velocidad de registro de 1600 nm/min e 2 nm de resolución de datos. El solvente utilizado fue metanol acidificado (Barragan Condori, 2017).

Espectrometría FTIR-ATR

Los grupos funcionales característicos de las antocianinas fueron identificados por espectrometría FTIR-ATR (Espectrometro FTIR Thermo Scientific iS50), en un rango de 4000 a 600 cm-1 de longitud de onda, los espectros obtenidos fueron analizados respecto a su transmitancia, utilizando el software OMNIC™. Los extractos analizados fueron previamente secados.

Contenido de antocianinas totales (CAT)

La cantidad de antocianinas totales se determinó por el método pH diferencial (Barragan Condori, 2017; Giusti y Wrolstad, 1996), con algunas adaptaciones. Fueron usados dos sistemas buffer: cloruro de potasio (KCl 0,025M, pH 1,0) y acetato de sodio (CH3COONa 0,4M, pH 4,5), determinando la absorbancia por medio de un espectrofotómetro UV-Visible (Genesys 180S Thermo Scientifics) a 520 y 700 nm, calculando las antocianinas monoméricas como cianidina-3-glucósido, usando para tal fin, las ecuaciones 1 y 2:

(1)

(2)

donde: A = cambio en la absorbancia, CAT = contenido de antocianinas totales (mg/L), PM = masa molecular para cianidina-3-glucósido 449,2 g/mol, ε = coeficiente de extinción molar para cianidina-3-glucósido 29600 L/(mol·cm), l = camino óptico de celda 1 cm y FD factor de dilución.

Determinación de polifenoles totales (PFT)

La determinación de PFT fue determinado usando el método Folin-Ciocalteu adaptado por (Barragán Condori, 2017; Hasperué, Rodoni, Guardianelli, Chaves & Martínez, 2016), usando como patrón de referencia ácido gálico desde 0 a 0,2 (mg/mL). Los resultados fueron expresados usando la Ecuación 3.

(3)

donde Absmuestra es la absorbancia de la muestra, A intercepto, B pendiente y FD factor de dilución.

Capacidad antioxidante por el método TEAC DPPH

Para determinar la capacidad antioxidante en los extractos de residuos del beneficio de café, fue usado el radical libre 1,1-difenil-2-picril-hidrazilo (DPPH) en medio metanólico, siendo el cambio de color cuantificado mediante espectrofotómetro Thermo Scientific GENESYS 180S UV-Visible a longitud de onda de 515 nm, usando como patrón trolox desde 0 a 800 µmol/L (Brand-Williams, Cuvelier y Berset, 1995). La actividad antioxidante total fue expresada como µmol trolox/g. Usando etanol como blanco (Barragan Condori, 2017). Los resultados fueron expresados usando la Ecuación 4.

(4)

donde Absmuestra es la absorbancia de la muestra, A intercepto, B pendiente y FD factor de dilución.

Análisis estadístico

El análisis estadístico se realizó utilizando el software estadístico InfoStat versión 2020. Inicialmente, los datos fueron sometidos a las pruebas de Shapiro-Wilk para comprobar la normalidad y de Levene para determinar la homogeneidad de varianzas. Posteriormente, se realizó el análisis de varianza en relación a las variables de respuesta. La comparación de medias se realizó mediante la prueba de Tukey, considerando nivel de significancia de 5% (α = 0,05). Los resultados son presentados en promedio±desviación estándar.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Espectros de ultravioleta visible (UV-Vis) de antocianinas

Los espectros UV-Visible de mayor absorbancia presentados en la Figura 2 corresponden a la longitud de onda entre 500 a 545 e indican, cualitativamente, la presencia de pigmentos antociánicos, similar a lo reportado Por Hasby, Nurhafidhah y Akbar (2019), que encontraron pico de mayor absorción a 529 nm para cáscara de café arábica. Así mismo, ese rango de longitud de onda es similar a lo reportado para antocianinas de manzana malaya (Arencibia, 2018), para fresas (da Silva, Escribano-Bailón, Pérez Alonso y Rivas-Gonzalo, 2007) y una gran variedad de antocianinas de origen natural (Saha et al., 2020). Los espectros UV-Vis de muestras de extractos antociánicos suelen variar con el pH, solventes usados y con la concentración de antocianinas, de manera similar a lo reportado en espectros de absorbancia de extractos de zanahoria negra y camote morado (Gérard et al., 2019).

Espectros de espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier- reflectancia total atenuada (FTIR-ATR).

En la Figura 3, son presentados los espectros FTIR-ATR de extracto antociánico de cáscara y pulpa de cereza de café de las variedades Catimor y Typica en estado fresco, identificando los grupos funcionales orgánicos característicos de las antocianinas como grupos carbonilo (C=O) entre 1735 y 1694 cm-1, aromáticos entre 1265 y 1451 cm-1, oxidrilos (OH-1 quelado) a 3338 cm-1 y 3365 cm-1. Puede identificarse también combinaciones carbono-hidrógeno (C-H) a 2919 y 2931 cm-1. Espectros similares fueron encontrados para antocianinas extraídas de flores de Plumeria r

ubra, hojas de Sauropus androgynus (Dhafina, Daud y Salleh, 2020), antocianinas de salvado de arroz morado (Das, Goud y Das, 2019) y antocianinas extraídas de frutos de Syzygium cumini (Merz et al., 2020). El pico en torno a 2850 cm-1 corresponde a las vibraciones de estiramiento de los enlaces alifáticos C-H, asociada a las vibraciones de átomos de hidrógeno en moléculas orgánicas (Amanah et al., 2020; Sanjay, Deepa, Madhavan y Senthil, 2018), que forman parte de la estructura de azúcares (Wahyuningsih, Wulandari, Wartono, Munawaroh y Ramelan, 2017).

Figura 2 Espectro UV-Visible en extractos de cáscara de café (Coffea arabica) variedad Catimor y Typica en estado fresco. 

Figura 3 Espectro FTIR ATR en extractos de cáscara de café (Coffea arabica) variedades Catimor y Typica en estado fresco.  

Cuantificación de antocianinas totales por el método de pH diferencial

Entre los resultados del CAT, se observa que existe diferencias significativas entre los extractos de residuos (cáscara y pulpa) de café Arábica variedades Catimor y Typica, presentando cantidades de 8,63 y 10,16 mg cianidina 3-glucósido/100 g, respectivamente (Tabla 1). El mayor contenido de antocianinas se presenta en la variedad Typica. Cabe enfatizar que el contenido de pigmentos antociánicos es estable frente a los tratamientos de preservación para las variedades analizadas. Estos resultados son similares a los encontrados en antocianinas extraídas de pulpas de residuos de café (Esquivel et al., 2020). Este comportamiento en el contenido de antocianinas totales también fue encontrado en frutos de extractos de Vaccinium parvifolium (arándanos rojos), reportado por Moyer, Hummer, Finn, Frei y Wrolstad (2002).

Comparando los métodos de preservación de muestras (Tabla 1), se encontró que el proceso de congelado, preserva de mejor manera el CAT en la variedad Typica. También se observa que el secado de la cáscara y pulpa de café de ambas variedades se mantienen el CAT similar al fresco, demostrando estabilidad de sus pigmentos antociánicos frente a la temperatura de secado, pudiéndose inferir que los colorantes de cereza de café poseen una baja degradación térmica durante el procesamiento de alimentos (Oancea, 2021).

Cuantificación de polifenoles totales (PFT)

Los extractos de los residuos orgánicos de la cáscara y pulpa de café Arábica variedad Catimor poseen mayor contenido en PFT (769 mg de ácido gálico/100 g) en relación a la variedad Typica (265 mg de ácido gálico/100 g), ambos en estado fresco (Tabla 1). Resultados similares fueron encontrados en el análisis de pulpa de café de diferentes variedades, determinando contenido de PFT entre 386 y 3567 mg de ácido gálico/100 g (Perdani, Pranowo y Qonitatilah, 2019). Para la variedad Catimor, la mayor preservación de los PFT puede ser obtenida por congelación. Los polifenoles extraídos de la variedad Catimor exhiben mayor degradación durante el proceso de secado. Por otro lado, los PFT de la variedad Typica no difieren en forma significativa frente a los diferentes estados de conservación (Tabla 1). Trabajos similares determinaron que los procesos de secado o tostado de alimentos funcionales disminuyen la concentración de compuestos bioactivos entre ellos los polifenoles (Król, Gantner, Tatarak y Hallmann, 2020).

Determinación de capacidad antioxidante TEAC DPPH

Los resultados de la capacidad antioxidante son presentados en la Tabla 1, siendo que la mayor capacidad antioxidante TEAC DPPH corresponde al extracto antociánico de residuo orgánico de la cáscara y pulpa de café arábica variedad Catimor (32,47 µmol trolox/g) en estado fresco. Los resultados encontrados coinciden con los reportados para infusiones de pulpa de café (Geremu et al., 2016). En relación al método de preservación por congelación, la variedad Catimor posee mayor capacidad antioxidante con respecto a la variedad Typica, concordante a otras investigaciones con antocianinas de café (Ontawong et al., 2021). Se observa también que en antocianinas de la variedad Typica los métodos de preservación estudiados influyen significativamente en su capacidad antioxidante.

Tabla 1 Antocianinas totales (CAT), polifenoles totales (PFT) y capacidad antioxidante TEAC DPPH de extractos de residuos de café (Coffea arabica) por variedad y método de conservación. 

Muestra de residuos de café CAT (mg cianidina 3-glucósido/100g) PFT (mg de ácido gálico/100 g) TEAC DPPH (µmol trolox/g)
Variedad Catimor (fresco) 8,63 ±0,81A 769,37 ±10,53A 32,46 ±0,14A
Variedad Catimor (congelado) 9,66 ±0,22AB 735,81 ±7,71B 32,36 ±0,10A
Variedad Catimor (seco) 9,71 ±0,64AB 686,05 ±22,77C 33,73 ±0,18B
Variedad Typica (fresco) 10,15 ±0,25BC 265,14 ±3,50D 19,31 ±0,08C
Variedad Typica (congelado) 10,84 ±0,08C 275,01 ±1,28D 18,96 ±0,08D
Variedad Typica (seco) 11,04 ±0,15BC 247,12 ±1,86D 16,06 ±0,08E

Datos expresados en media ±desviación estándar, n = 3

Letras con superíndice diferente dentro de la columna expresan diferencias significativas conforme al test de Tukey con 5% de significancia.

CONCLUSIONES

En los residuos de cáscara y pulpa de café Arábica (Coffea arabica) de las variedades Catimor y Typica se han identificado antocianinas como componente principal del colorante natural extraída de los mismos. Fueron cuantificadas las antocianinas, polifenoles totales de ambas variedades, así como también fue determinada su capacidad antioxidante por el método DPPH para extractos antociânicos de residuos sometidos a tres métodos de conservación (fresco, seco y congelado). La variedad Catimor presentó el mayor contenido de antocianas totales en estado fresco, encontrándose que el proceso de secado, para ambas variedades, no afecta de manera significativa la concentración de antocianinas o polifenoles totales. Sin embargo, el método conservación por congelamiento preserva mejor las antocianinas presentes en los residuos. La variedad Catimor en estado fresco presentó mayor contenido de PFT, siendo estos mejor preservados por congelamiento. Por otro lado, en la variedad Typica no se encontró influencia significativa de los diferentes procesos de conservación. La mayor capacidad antioxidante fue determinada en los extractos antociânicos de la variedad Catimor en estado fresco y congelado. En relación a la variedad Typica, procesos de conservación estudiados influyen significativamente en su capacidad antioxidante, pudiéndose inducir que la variedad Catimor es una excelente fuente de colorantes para ser usado como aditivos naturales en el procesamiento de alimentos con características funcionales.

AGRADECIMIENTOS

A la Universidad Nacional Intercultural de Quillabamba, Cusco, Perú por el financiamiento de la investigación y la provisión de recursos materiales y de laboratorio.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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2Financiamiento: Universidad Nacional Intercultural de Quillabamba, Cusco, Perú

3Editor responsable: Enrique Benitez León y Arnaldo Esquivel Fariña

Recibido: 18 de Julio de 2022; Aprobado: 17 de Octubre de 2023

*Autor para correspondencia (victor.melendez@unesp.br)

Conflictos de interés: Los autores declaran no tener conflicto de interés

Contribución de autores: Todos los autores realizaron contribuciones sustanciales en la concepción y diseño de este estudio, al análisis e interpretación de datos, a la revisión del manuscrito y la aprobación de la versión final. Todos los autores asumen la responsabilidad por el contenido del manuscrito.

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