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:

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.

donde Abs_muestra 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.

donde Abs_muestra 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.

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.