ARTÍCULOS ORIGINALES

Estabilidad oxidativa y estimación de la vida útil del aceite de sacha inchi (Plukenetia volubilis L.)

Oxidative stability and estimate of the shelf life of sacha inchi (Plukenetia volubilis L.) oil

 
Gilbert Rodríguez ^1,*; Eudes Villanueva¹; Patricia Glorio²; Mery Baquerizo³
 
1 Universidad Nacional Del Santa, Urb. Bellamar s/n, Chimbote, Perú. E-mail:giropape@yahoo.com

2 Universidad Nacional Agraria La Molina, Av. La Molina, Lima, Perú.

3 Universidad Nacional Del Centro, Av. Mariscal Castilla, Huancayo Perú.

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Resumen

El aceite de sacha inchi es rico en ácidos grasos poli-insaturados que podrían oxidarse, limitando su vida útil. El método Rancimat, es oficial, para evaluaciones aceleradas de estabilidad oxidativa en aceites. A nivel industrial se usan técnicas convencionales basadas en indicadores fisicoquímicos, no existiendo estudios de correlación entre ellas y Rancimat. Este trabajo tiene por objetivo correlacionar el índice de estabilidad oxidativa (OSI) en aceite de sacha inchi obtenido mediante Rancimat a temperaturas de 80º, 90º, 100º y 110 ºC bajo un flujo de aire de 15 L/h, con los valores de indicadores fisicoquímicos tales como Índice de peróxido, p-anisidina, totox y densidad. Asimismo estimar mediante extrapolación matemática, la vida útil del aceite de sacha inchi a temperaturas usuales de almacenamiento. Se encontró valores OSI de: 0,493 ± 0,01 h a 110 ºC, 1,590 ± 0,06 h a 100 ºC, 4,645 ± 0,1 h a 90 ºC y 20,512 ± 0,02 h a 80 ºC. Se ha establecido alta correlación entre valores de OSI vs índices fisicoquímicos de calidad (0,9322 < r < 0,9965). La energía de activación encontrada fue de 137,90 kJ/mol, lo que explica la alta estabilidad oxidativa para el aceite, estimándose una vida útil de 3,29, 1,79 y 0,79 años a 20, 25 y 30 °C respectivamente.

Palabras clave: aceite de sacha inchi, índice de estabilidad oxidativa, método Rancimat.

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Abstract

Sacha inchi oil is rich in polyunsaturated fatty acids that may rust, limiting their shel flife. The Rancimat method is official, for evaluations of oxidative stability accelerated in oils. Industrially conventional techniques based on physical and chemical indicators are used; there are no studies of correlation between them and Rancimat. This work has for objective correlate the oxidative stability index (OSI) Sacha inchi oil obtained by Rancimat at temperatures of 80°, 90°, 100° and 110 °C under an air flow of 15 L/h, with the values of physic-chemical indicators such as Index peroxide, p-anisidine, totox and density. Also estimated by mathematical extrapolation, the shelf life of sacha inchi oil to usual storage temperatures. OSI values were: 0.493 ± 0.01 h at 110 ºC, 1.590 ± 0.06 h at 100 ºC, 4.645 ± 0.1 h at 90 ºC and 20.512 ± 0.02 h at 80 ºC. High correlation has been established between values ​​of OSI vs physicochemical quality indices (0.9322 < r < 0.9965). The activation energy was found 137.90 kJ/mol, which explains the high oxidative stability for the oil, estimating a lifetime of 3.29, 1.79 and 0.79 years at 20, 25 and 30 °C respectively.
 
Keywords: Sacha Inchi oil, oxidative stability index, Rancimat method.

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1. Introducción

Originaria de la selva peruana, el sacha inchi (Plukenetia volubilis L.), también conocido como ''maní Inca'' o ''maní silvestre'', crece a altitudes entre 200 y 1500 msnm, son plantas oleaginosas de la familia Euphorbiaceae (Follegatti-Romero et al., 2009). La semilla de sacha inchi tiene más contenido de aceite que la soja y algodón, pero comparable al de girasol y maní (Hamaker et al., 1992). Las semillas contienen en promedio 48% de aceite y 27% de proteínas ricos en treonina y triptófano (Guillén et al., 2003).Sus variedades presentan un elevado rendimiento de aceite, Plukenetia volubilis 35,4% y Plukenetia huayllabambana 44,1% (Chirinos et al., 2015); los métodos de extracción que presenta esta semilla son prensado en frío (Navas, 2010), extracción con solvente por el método Soxhlet y resonancia magnética nuclear (NMR) (Longjian et al., 2014). El aceite de sacha inchi tiene alto contenido de ácidos grasos poliinsaturados (PUFAs), principalmente el ácido alfa linolenico (ALA, C18:3, omega-3) y el ácido linoleico (LA, C18:2, omega-6), encontrándose en aproximada-mente 47–51% y 34–37%, respectivamente (Fanali et al., 2011; Guillén et al., 2003); estos ácidos grasos esenciales ofrecen importantes beneficios para la salud y la nutrición, como la protección contra enfermedades cardiovasculares (Guillén et al., 2003); en la prevención de la artritis, cáncer, enfermedades coronarias, diabetes, entre otros (Gogus y Smith, 2010; Hanssen et all., 2011).

El aceite de sacha inchi tiene gran potencial de aplicación en la industria alimentaria y farmacéutica (Chirinos et al., 2013), ello se ve reflejado en el incremento de las áreas de sembrío de esta semilla y exportación del aceite; sin embargo, el alto contenido de ácidos grasos poliinsaturados del aceite es un factor que podría atentar contra su estabilidad oxidativa; Frankel (1998) argumenta que la auto oxidación de los aceites genera pérdida del valor nutricional y forma una serie de compuestos indeseables, siendo la principal causa de deterioro y su velocidad de reacción determina la estabilidad oxidativa y vida útil de estos productos. La determinación de la estabilidad oxidativa de los aceites se realiza por métodos estáticos tales como el índice de peróxidos, p-anisidina, dienos y trienos conjugados o métodos dinámicos que están estandarizados como el Índice de Estabilidad Oxidativa (OSI) por Rancimat (AOCS, Cd 12b-92), en la actualidad existen estudios que determinan la oxidación de aceite de sacha inchi bajo índices fisicoquímicos y oxidación acelerada por calorimetría diferencial de barrido no existiendo estudios en Rancimat (Chirinos et al., 2015). El método Rancimat se realiza bajo condiciones aceleradas de almacenamiento a altas temperaturas, es ampliamente utilizado por ser confiable, reproducible, no demanda consumo de reactivos y las medidas pueden ser monitoreadas automáticamente a través del tiempo (Frankel, 2005; Lutterodt et al., 2010; Gharby Said et al., 2011; Krichene et al., 2010; García-Moreno et al., 2013; De Leonardis y Macciola, 2012). El tiempo de estabilidad oxidativa determinado por el método Rancimat a temperaturas elevadas para un aceite en particular, se puede extrapolar a temperaturas bajas como las empleadas en almacenamiento; el tiempo hallado vendría a ser teóricamente la "vida útil" a temperatura de almacenamiento; el método de extrapolación incorpora la cinética de reacción y se basa en la ecuación de Arrhenius (Metrohm, 2009); Swinbourne (1985), citado por Navas y Carrasquero-Duran (2012), utilizaron el método de Van`tHoff para calcular el orden de reacción de la auto-oxidación del aceite refinado de soya en presencia de extracto de posingué; basado en estos principios, Navas (2010) ha estimado por extrapolación la vida útil de aceites vegetales como el de girasol (1,68 años), sésamo (0,50 años) y uva (0,22 años), sin embargo indica que no es muy adecuado para predecir la estabilidad de los aceites vírgenes durante el almacenamiento a temperatura ambiente. Papaseit y Cabré (1988) han establecido alta correlación entre la calidad organoléptica y los valores de estabilidad oxidativa Rancimat e indican que los valores fisicoquímicos de calidad contribuyen poco al conocimiento de la estabilidad de los aceites a la oxidación. Rauen et al. (1992) encontraron alta correlación entre las curvas de oxidación Rancimat con los índices de calidad del aceite de soya.

El presente trabajo tuvo como objetivos determinar el índice de estabilidad oxidativa (OSI) del aceite de sacha inchi por método Rancimat a temperaturas de 80, 90, 100 y 110 °C y flujo de aire de 15 L/h; además, determinar la evolución de los índices fisicoquímicos de calidad tales como el índice de peróxido, p-anisidina, totox y densidad, luego establecer el nivel de correlación entre ellas; posteriormente, utilizando los valores del OSI estimar la energía de activación y la vida útil del aceite de sacha inchi mediante el método de extrapolación a temperaturas usuales de almacenamiento.
 
2. Material y métodos
 
2.1 Materiales

Las semillas de sacha inchi se cosecharon en la Región San Martin, provincia de Lamas, Perú (06°25′00″S de altitud y 76°32′00″W de latitud); el aceite fue extraído por prensado en frio (Prensa SEW-EURODRIVE modelo FA57/G, Alemania) con una velocidad de tornillo de 40 rpm y temperatura máxima de 40 °C, las semillas tuvieron una humedad de 9,12 ± 0,03 %. Las características del aceite fueron las siguientes: densidad 0,9291± 0,01 g/ml, índice de peróxidos 0,80 ± 0,02 meq O2/ Kg e índice de acidez 0,24± 0,1%. El aceite se mantuvo durante 45 días en un frasco obscuro bajo atmosfera de nitrógeno en un refrigerador (BOSCH, modelo KAN58A, Corea del Sur) a temperatura de (4,00 ± 0,5°C) en las instalaciones del Instituto de Investigación Tecnológica Agroindustrial de la Univer-sidad Nacional del Santa..
 
2.2 Composición de ácidos grasos

La composición de ácidos grasos del aceite de sacha inchi se determinaron al aceite fresco en almacenamiento y al aceite sometido en Rancimat a temperatura 110 °C por 50 minutos. Los esteres metílicos de ácidos grasos fueron preparados de acuerdo al método FAMES, AOAC 991.39. Brevemente, 0,025 g de aceite se hizo reaccionar con 1,5 ml de NaOH 0,5 N a temperatura de 80-90 °C por 5 minutos, posteriormente se enfrió a temperatura de 30-40 °C agregándose 2,0 ml de trifluoruro de boro calentándose a 100°C por 30 minutos, nuevamente se enfrío añadiéndose 1 ml de iso-octano y 5 ml de solución saturada de NaCl, todo bajo agitación y cubierto constantemente con Nitrógeno. La identificación de los componentes se determinó en el croma-tógrafo de gases (Shimadzu, modelo GC-2010, Japón), equipado con un detector de ionización de llama (FID) y un muestreador automático Shimadzu AOC-20Si. Una columna capilar de sílice SP Rt™ - 2560 (100 m x 0,25 mm con 0,25 µm film) se utilizó helio como gas portador a una velocidad de flujo de 30 ml/min y presión de 261,5 kPa. El Volumen de inyección fue de 1µl.

2.3 Estabilidad oxidativa en Rancimat

La estabilidad oxidativa se determinó en el equipo Rancimat (Metrohm, modelo 743, Switzerland), incluido en los estándares internacionales AOCS Cd 12b-92. Un flujo de aire de 15 L/h filtrado y seco se burbujeo en una muestra de 5,0 ± 0,1 g de aceite contenida en un tubo de reacción posteriormente fijada en un bloque de calefacción a temperaturas de 80, 90, 100 y 110°C. El aire efluente que contienen los ácidos orgánicos volátiles de la muestra se recogen en un recipiente de policarbonato con 60 ml de agua destilada, la conductividad (µS/cm) del agua se registró continuamente (Fig. 01). El índice de estabilidad oxidativa (OSI) fue determinado en horas.

 
2.4 Vida Útil

Se estimó la vida útil mediante el método de extrapolación a temperaturas usuales de almacenamiento (20, 25 y 30 °C), estableciendo una relación matemática entre los valores de OSI y la temperatura (80, 90, 100 y 110°C), utilizados en el equipo Rancimat, tal como lo han señalado para aceites vegetales, Nakataniet et al. (2001) y Méndez et al. (1996).

Log (OSI) = A + BT
 
2.5 Índices de Calidad

El valor de peróxido (PV) se calculó conforme al método AOAC Cd 8-53.El valor de p-anisidina (p-AnV) según el método AOCS Cd 18-90 en espectro-fotómetro Jasco (modelo V-670); El valor de oxidación total (totox) fue calculado de acuerdo a Shahidi y Wanasundara (2002) como: totox= (2×PV) + p-AnV. La densidad se determinó en un densímetro digital automático Rudolph Research Analytical DOM 2911, EE.UU.
 
2.6 Energía de activación (E_a )

Se determinó a partir de la pendiente de la recta que resulta de representar el logaritmo natural de los valores de OSI contra el inverso de la temperatura absoluta. Según las consideraciones de Blaine (1992) y García-Ochoa et al. (1989).

Donde α* representa el grado de transformación de moléculas insaturadas para el tiempo de inducción, R representa la constante universal de los gases (8,314 KJ/mol) y Z es el factor pre-exponencial de la ecuación de Arrhenius.
 
3. Resultados y discusión

Composición de ácidos grasos del aceite de sacha inchi

La composición en ácidos grasos del aceite de sacha inchi se resume en la Tabla 1. El aceite fresco está constituido de 6,813% ácidos grasos mono-insaturados y un 88,421% por ácidos grasos poliinsaturados, también se encontró 4,766% de ácidos grasos saturados; los resultados son concordantes con los reportados por Gutiérrez et al. (2011), Hamaker et al. (1992), Pascual et al. (2000), y Follegatti-Romero (2009).

El aceite de sacha inchi sometido a Rancimat (110 ºC, 15 L/h de aire por 50 minutos) evidencia el decaimiento de ácidos grasos mono-insaturados desde 6,813% a 3,728% y poliinsaturados desde 88,421% a 51,995%, con el consiguiente aumento de ácidos grasos saturados (Tabla 1). Según De Leonardis y Macciola (2012), la degradación de los PUFAs se relaciona con un aumento de los ácidos grasos saturados.

También se observa la generación del ácido graso transomega-6linole-laídico (15,75%) que es un isómero geométrico del ácido linoleico, esto se debe a que los hidrógenos alilicos en doble enlace cis están más expuestos y accesibles para la abstracción en ácidos grasos cis que en sus isómeros trans, por lo tanto, los ácidos grasos cis oxidan más fácilmente que sus contra-partes trans (Sargis y Subbaiah, 2003); de igual manera se observa la generación de ácido eicosanoico.
Índice de estabilidad oxidativa en Rancimat

Los valores OSI de aceite de sacha inchi a diferentes temperaturas son presentados en la Tabla 2. El método de las tangentes fue utilizado para el cálculo de OSI. La oxidación del aceite se lleva a cabo en dos pasos principales: Período de inducción con la formación de hidroperóxidos conjugados (que contiene dobles enlaces trans conjugadas) y el período de oxidación final donde hidroperóxidos se dividen en compuestos orgánicos aromáticos de cadena corta (principalmente aldehídos, cetonas, alcoholes, y ácidos grasos de cadena corta), que causan la rancidez (Sherwin, 1978).

La temperatura ejerció un efecto importante sobre los valores de OSI, en el aceite evaluado, con un de 3,406, lo cual era de esperarse ya que es conocido que la velocidad de las reacciones químicas tiende a duplicarse por cada 10 °C de aumento de la temperatura a la cual ellas ocurren (Navas, 2010). Por lo tanto, los valores más altos de OSI se obtuvieron a medida que la temperatura decrece en orden de: 110, 100, 90 y 80 °C (Tabla 2).

El nivel de ácidos grasos insaturados presentes en los aceites juega un papel determinante en su estabilidad oxidativa, altos grados de insaturaciones están asociados con un menor OSI. Sin embargo, el más bajo OSI no siempre corresponde con el más alto PUFA, lo que sugiere que otros factores, por ejemplo, el contenido de polifenoles y otros antioxidantes de origen natural en el aceite también contribuyen a la estabilidad oxidativa (Lutterodt, 2011).

El sacha inchi contiene una importante cantidad de tocoferoles (78,6 – 137,0 mg/100g de semilla), primando el γ-tocoferol (56,8 – 81,4 mg/100g) y δ-tocoferol (29,2 – 47,6 mg/100g), en menores cantidades el β-tocoferol (0,67 – 0,95 mg/100g) y α-tocoferol (1,13 – 1,27 mg/100g) (Chirinos et al., 2013), estos antioxidantes posiblemente migren al aceite; así, Follegatti – Romero et al. (2009) reportaron que el aceite de sacha inchi contenía 1,14 y 1,25 g/kg de γ-tocoferol y δ-tocoferol respectivamente, los cuales le confieren mayor estabilidad oxidativa ya que la actividad antioxidante de los tocoferoles en lípidos está en orden γ > δ > β > α (Schmidt y Pokorný, 2005).
 
Estimación de la vida útil del aceite de sacha inchi

La vida útil estimada a 20, 25 y 30 °C fue de 3,29, 1,79 y 0,79 años (Tabla 2), mediante el método de extrapolación (Fig. 2), esta estabilidad supera a otros aceites vegetales cuya vida útil fue estimada como el de girasol (1,68 años), sésamo (0,50 años) y uva (0,22 años), a la misma temperatura(Navas, 2010). También supera al aceite de oliva que se encuentra entre 1,14 y 1,63 años obtenido mediante un modelo de regresión combinado en almacenamiento a 50 ° y altas temperaturas en Rancimat a 100-130 °C (Farhoosh, 2013). Debido a que la velocidad de oxidación es exponencialmente proporcional a la temperatura, la vida útil de un lípido disminuye logarítmicamente con el aumento de la temperatura (Frankel, 1998).

 
 

Índices fisicoquímicos de calidad

Los índices fisicoquímicos de calidad se determinaron a las muestras reaccionadas en rancimat, para ello se enfrió rápida-mente con agua helada manteniéndose en todo momento bajo atmosfera de nitrógeno con la finalidad de detener la reacción de oxidación.

 

Las temperaturas (90, 100 y 110 °C) ejercieron un efecto importante sobre el valor de peróxidos (PV), el incremento de temperatura refleja mayor producción de hidroperóxidos. El PV del aceite al inicio fue de 2 meq / kg que está dentro del límite permitido para aceites vírgenes y prensados en frío (PV ≤ 15 meq / kg) (Codex Alimentarius, 2001), sin embargo el PV en el tiempo de estabilidad oxidativa a 90 ºC, 100 ºC y 110 ºC, se incrementaron a 74,97 meq / kg; 32,00 meq / kg y 21,32 meq / kg respectivamente (Fig. 3), estos valores son mayores al límite permitido para el aceite comestible, debido a que el método rancimat tiende a acelerar la velocidad de formación de hidroperóxidos, los que posteriormente derivaran en compuestos volátiles.

La prueba de p-anV mide compuestos oxidativos secundarios que reaccionan con la p-anisidina reactiva. El aceite antes de someterse a Rancimat tuvo un Índice de anisidina cercana a cero; a medida que se sometió a prueba Rancimat, se incrementó levemente este indicador, mostrándose incrementos sustanciales después del tiempo de estabilidad oxidativa; para 90 °C en 6 h el p-AnV es de 40,86; a 100 °C en 2 h es 18,8; y finalmente, a 110 °C en 1 h es de 30,31 (Fig. 3). Generalmente, cuando los compuestos de oxidación secundaria (p-AnV) comienzan a surgir, normalmente se detecta una disminución progresiva en compuestos de oxidación primaria (PV) (Martin, 2012). En los resultados muestran aumento tanto de peróxidos como de p-AnV hasta después de los tiempos de inducción, lo que una vez más hace suponer que la aceleración de la oxidación en rancimat está produciendo de forma inmediata compuestos primarios y secundarios. El valor TOTOX es un buen indicador del deterioro de los aceites que relaciona el PV y el valor p-AnV para determinar el grado total de oxidación del aceite debido a la oxidación tanto primaria y secundaria (Shahidi y Wanasundara, 2002). Los resultados mostraron la misma tendencia creciente comparada con los otros indicadores; lo que nos indicaría que los compuestos primarios y secundarios de oxidación se están generando simultánea-mente (Fig. 3).

La densidad inicial que presentó el sacha inchi fue de 0,9291 ± 0,01 g/ml que concuerda con el valor 0,929 g/ml reportado por Gutiérrez et al. (2011) y 0,921 g/ml presentado por Juarez et al. (2015), ligeramente superior a los valores mostrados por Pascual et al. (2000) y Hurtado (2013) (0,918 g/ml y 0,919 g/ml) respectivamente; de esta forma se encuentra dentro de los rangos de densidad para aceites vegetales como el aceite de oliva (0,918 g/ml), maní (0,915 g/ml) y girasol (0,919 g/ml) (Codex Alimentarius, 2001). Bajo la prueba Rancimat, la densidad en el tiempo se vio afectada por todas las temperaturas reportándose un incremento sucesivo para cada una de ellas, lográndose densidades de hasta 0,931 g/ml; esto puede ser explicado por las recombinaciones de radicales alquilo primario que son las que generan los dímeros y polímeros que también dan cuenta del aumento de la viscosidad.

Los coeficientes de correlación (r) obtenidos entre el método rancimat y los diferentes índices de calidad fueron altos en todos los casos, como puede observarse en la Tabla 3. El intervalo se situó entre 0,9322 < r < 0,9965. El valor de peróxidos incrementa linealmente hasta el 80-90% del periodo de inducción (Mancebo, 2007).

 
Energía de Activación

El valor dela es de interés en la caracterización de los aceites debido a que es indicadora de la demora del proceso de oxidación inicial, debido a la escisión de la unión que tiene lugar para formar productos de oxidación primarios (Farhoosh et al., 2008). Se ha sugerido que la es influida por el grado de poliinsaturación de aceites, la parece ser menor para aceites con altos niveles de ácidos grasos poliinsaturados (Adhvaryu et al., 2000).
 
Considerándose por tanto al aceite de sacha inchi más estable frente a la oxidación acelerada, aun con sus altos niveles de ácidos grasos poliinsaturados, por lo que la barrera energética es mucho mayor para que las colisiones entre moléculas de oxígeno y las de los ácidos grasos poliinsaturados desencadenan la reacción de autooxidación.

 
4. Conclusiones

Los resultados de este estudio demostraron que índice de estabilidad oxidativa (OSI) realizado a temperaturas elevadas de reacción mediante el método Rancimat, guardan una alta correlación con los índices fisicoquímicos de calidad (0,9322 < r < 0,9965) en el proceso de oxidación acelerada del aceite de sacha inchi; permitiendo estimar con el método Rancimat la vida útil del aceite a temperaturas usuales de almacenamiento de 20 °C, 25 °C y 30 °C en 3,29, 1,79, 0,79 años respectivamente. Además este método también permite determinar su comportamiento termodinámico mediante el cálculo de la energía de activación, siendo 137,90 kJ/mol, el cual es superior a la de otros aceites vegetales poliinsaturados, esto puede ser debido a la presencia de compuestos con actividad antioxidante que se encuentran en el aceite de sacha inchi, elevando de esta manera su resistencia a la oxidación e incrementando su vida útil.

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* Autor para correspondencia
E-mail: giropape@yahoo.com (G. Rodríguez).
 
Recibido 04 agosto 2015
 
Aceptado 01 septiembre 2015.