Clase 5 Composicion Quimica
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Composición Química de la Aceituna
María de la Luz Hurtado P.Ing. Agr. Mg. Sc.
Agosto 2004
Aceituna
Botánica Drupa : Fruto monospermo de mesocarpo carnoso y endocarpio leñosoDimensiones: 1 - 4 cm longitud
0,6 - 2 cm diámetroCrecimiento fruto: 6 - 7 mesesCurva doble sigmoidea
Partes de la aceituna
Endocarpo
Exocarpo
Mesocarpo
(epicarpio; piel: epidermis + cutícula)
(pulpa)
(hueso, carozo)
PULPA(mesocarpo)
PIEL(exocarpo)
CAROZO(endocarpo)
SEMILLA
75 – 85 1,5 – 3 15 – 30 2 – 470 – 90 9 – 27 2 – 366 – 85 12 – 30 370 - 80 2,0 – 2,5 15 - 25 2,5
Componentes de la aceituna (%)
Fuente: diversos autores (Barile, Barranco, Kiritsakis)
Mesocarpo (pulpa)Cell parenquimáticas:
isodiamétricasgran aumento tamaño (dess)grandes espacios intercelulares
EtapasDivisión celular (6 - 8 semanas dp floración)Expansión celular: (desde 8 semanas en adelante), crecimiento mesocarpo exclusivamente por EXPANSIÓN celular
¿Donde se acumula el aceite?En la VACUOLA de las células parenquimáticas del mesocarpo
Composición químicaComponentes
AguaAceite (lípidos, materia grasa)
Azúcares reductores (3 - 4%): glucosa, fructosa, sacarosaPolisacáridos (4%): celulosa, hemicelulosa, ligninaPectina (0,3 - 0,6% en pulpa)Proteínas (1 - 3%): arginina Compuestos fenólicos (1 - 3%)Acidos orgánicos (cítrico, oxálico, malónico, tartárico,...)Pigmentos
Contenido de agua y aceite (%)Pulpa Carozo Semilla
Agua 50 - 60 9 30Aceite 20 - 30 1 27
Biosíntesis de Lípidos
Lípidos: Biomoléculas orgánicas formadas por carbono, hidrógeno y
oxígeno (menor %). Pueden contener fósforo, nitrógeno y azufre .
Son insolubles en agua y solubles en disolventes orgánicos
Clasificación de los lípidos:
Lípidos insaponificablesLípidos insaponificables (s/ ac. grasos)- Terpenos
- Esteroides
- Prostaglandinas
simples
complejos
Lípidos saponificablesLípidos saponificables (c/ ac. grasos) - Acilglicéridos
- Ceras
- Fosfolípidos
- Glucolípidos
Acidos grasos:Larga cadena hidrocarbonada lineal, con número par de átomos de carbono. Tienen un grupo carboxilo (-COOH).
Clasificación de los ácidos grasos:
Biosíntesis de Lípidos
Ac. grasos saturadosAc. grasos saturadosTienen enlaces simples entre los átomos de carbono.
Ac. grasos insaturadosAc. grasos insaturadosTienen uno o varios dobles enlaces en su cadena y sus moléculas presentan codos, (cambio de dirección)
Estructura ácidos grasos
Biosíntesis de Lípidos
saturado insaturado poliinsaturado18:0 18:1 18:2 18:4
Ac. esteárico Ac. oleico Ac. linoleico Ac.araquidónico
Ac.Miristico C14:0
Ac.Palmitico C16:0
Ac.Estearico C18:0
Acidos grasos saturadosAcidos grasos saturados
Acidos grasos Acidos grasos InsaturadosInsaturados
MonoinsaturadosMonoinsaturados
PoliinsaturadosPoliinsaturados
• Ac.Oleico C18:1
• Ac.Elaidico C18:1
• Ac.Erucico C22:1
•Ac.Linoleico C18:2w6
•Ac.Linolénico C18:3w3
•Ac.Araquidonico C20:4w6
•Ac.Eicosapentanoico C20:5w3
•Ac.Docosahexanoico C22:6w3
Biosíntesis de LípidosAcidos grasos
Biosíntesis de Lípidos
Las aceitunas acumulan lípidos en forma de triacilglicéridos (triglicéridos)
¿Qué es un triglicérido?
Biosíntesis de Lípidos
SaturadoSaturado
¿Cómo se producen?Monoinsaturado Monoinsaturado ωω -9-9
99
Contribución del fruto y de las hojas en la asimilación de lípidos
Biosíntesis de Lípidos
Fuente de C atmosféricoFuentes de fotosintatos:
Precursor de la síntesis de lípidos
Durante la foss., los fotosintatos fijan CO2 atm. y se produce glucosa
Aceituna:La pulpa es capaz de sintetizar diferentes glicerolípidos usando diversos precursores (glucosa C6.........bicarbonato C2)
La aceituna puede funcionar como:Un “sink” o atrapador de moléculas fijadas en otros lugaresUn órgano fotosintético
¿Que significa esto?:el fruto puede metabolizar fotosintatos fijados en hojas y transportados vía floemael fruto puede fijar CO2 atmosférico en sus cloroplastos
El pericarpio verde es muy activoDependencia de la LUZ:
Luz dependiente: vía ribulosa 1,5 difosfato (ciclo Calvin)Oscuridad: fijación bicarbonato por fosfoenol piruvato carboxilasa con producción de oxaloacetato
Biosíntesis de Lípidos
¿Quién contribuye más?Estudios realizados para determinar contribución relativa:
ramas SIN hojas, con aceitunasramas CON hojas, aceitunas en oscuridad
Después de 20 semanas de estudio:hubo reducción del contenido de aceite en ambas aceitunasla reducción fue de aprox. 30%
La formación de aceite en las aceitunas requiere de el aporte de ambas fuentes de fotosintatos
Biosíntesis de Lípidos
Formación del PRECURSORPRECURSOR en la síntesis de ácidos grasos (ACETIL-CoA) En PLASTO celular, se degrada 1 molécula de glucosa (C6) vía glicólisis y produce ACETIL-CoA, por enzima Piruvato Deshidrogenasa
Glucosa + 2 ADP + 2Pi + 2 NAD+ ==>2 Acido pirúvico + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 Agua
Biosíntesis de Lípidos
Precursor
Formación del PRECURSORPRECURSOR en la síntesis de ácidos grasos (ACETIL-CoA) (cont....)
En MITOCONDRIA, la enzima Piruvato Deshidrogenasa produce ACETIL-CoA, que es hidrolizado a Ac. Acético, éste cruza membrana sub-celular y en el Plasto es activado a Acetil-CoA
LA SÍNTESIS DE ACIDOS GRASOS TIENE LUGAR EN EL PLASTO CELULAREn la aceituna, tanto el acetato como el piruvato pueden ser incorporados en lípidos acilados
Biosíntesis de Lípidos
ETAPAS:ETAPAS:
- SÍNTESIS DE NOVO- SÍNTESIS DE NOVO de ácidos grasos
- Modificación del ácido graso
- Ensamblaje de lípidos: RUTA KENNEDYRUTA KENNEDY
- - Almacenamiento de TAGTAG
SÍNTESIS DE NOVOSÍNTESIS DE NOVO de ácidos grasos
Ocurre en el Plasto
Requiere de 2 enzimas:
Acetil-CoA carboxilasa (ACC)
Acido graso sintetasa (FAS)
Biosíntesis de Lípidos
Biosíntesis de Lípidos (síntesis de NOVO)
condensaciónAcetil-CoA + Bicarbonato
Acetil-CoA carboxilasa ACC
Malonil-CoA (intermedio)
enzima
Malonil-CoA - ACP transacilasa
Malonil-ACP (proteína transportadora de Acilos)
enzima
Ciclo de Elongación
Acido graso sintetasa FAS:∀β-cetoacil-ACP sintetasa I, II, III (KAS I, II III)∀β -cetoacil-ACP reductasa∀β -hidroacil-ACP dehidrasa•enoil-ACP reductasa
Malonil-ACP + Acetil-CoAcondensación
KAS III enzima
Biosíntesis de Lípidos (síntesis de NOVO)
Acetoacil-ACP
β-cetoacil-ACP reductasa enzima
β-hidroxiacil-derivado
reducción
deshidratación β-hidroxiacil-ACP dehidrasa enzima
reducción enoil-ACP reductasa
Butiril (derivado 4C) Acil-ACPCiclo de Condensaciones sucesivas
KAS I enzimaUtiliza Acil-ACP como sustrato inicial, y no Actil-CoA
Palmitoil-ACP (Palmitato C16)
KAS II enzima
Estearoil-ACP (Estearato C18)
elongación
Este paso determina relación C16/C18 del pool resultante de ac. grasos
La enzima KAS III determina relación C16/C18La relación C16/C18 determina el grado de insaturación del pdto. finalPalmitato (C16) es el ac. graso saturado mas frecuenteLos ácidos grasos C18 insaturados son los principales productos de la formación de ac. gr. en plantas
¿Cómo termina la cadena en la síntesis de ac. grasos?Actividad enzimática de:
aciltransferasastioesterasas
En aceituna, la acil-ACP tioesterasa tiene una actividad óptima con Oleil-ACP (C18) Oleato
Biosíntesis de Lípidos (síntesis de NOVO)
Modificación del ácido grasoEn Plasto está enzima Estearil-ACP ∆9 desaturasa
El ESTEARATO (C18) no se acumula como talEl OLEATO es el principal producto de la síntesis de novoA través de una serie de desaturaciones, se forman ac. gr. poliinsaturadosEstas desaturaciones pueden ocurrir en el plasto o en el Retículo endoplasmático
Oleato Linoleato α-linoleato
Biosíntesis de Lípidos
Ensamblaje de lípidos: RUTA KENNEDYRUTA KENNEDYOcurre en el retíulo endoplasmátio de la célulaIncorporación de ácidos grasos a lípidos complejosProducción de TRIGLICERIDOS (TAG)Sustrato mas abundante Oleil-CoA (Oleato)Enzimas participantes son Transferasas
Biosíntesis de Lípidos
glicerol
sn-1
sn-2
sn-3
Biosíntesis de Lípidos (ruta Kennedy)
Glicerol 3-fosfato (G 3-P)
Glicerol 3-fosfato aciltransferasa (G3PAT)
1-Acil-G 3-P
lisofosfatidato aciltransferasa (LPAAT)
Fosfatidato
Fosfatidato fosfohidrolasa (PAP)
Diacilglicerol (DAG)
Diacilglicerol aciltransferasa (DAGAT)
Triacilglicerol (TAG)
Acilación sucesiva del glicerol para producir FosfatidatoEl Fosfatidato es desfosforilado para producir DAGEl DAG es finalmente acilado para producir TAGLa especificidad de las enzimas Aciltransferasas determinan la composición del TAG
Son 4 enzimas:
G3PAT:presenta mayor afinidad por el Palmitato∴ se espera mayor posición de Palmitato en sn-1También opera bien con OleatoEn aceituna, análisis de estereoespecificidad muestran mayor proporción de Linoleato en sn-1Esto sugiere que linoleil-CoA es un sustrato efectivo para la enzima G3PAT de la aceituna
Biosíntesis de Lípidos (ruta Kennedy)
Son 4 enzimas:
LPAAT:es la 2ª enzima en actuartiene mayor afinidad por Oleatomanipulación genética en plantas (*)
PAP:controla la velocidad de acumulación de los TAGse trasloca desde citosol al retículo endoplasmático, donde es mucho más activa
DAGAT:para control de flujo, esta enzima representa una limitante en la ruta Kennedy, para aquellas plantas donde hay gran acumulación de aceiteestudios de mutaciones de DAGT muestran menor actividad enzimática, menor velocidad acumulación de TAG e incremento de DAG (inter1/2)
Biosíntesis de Lípidos (ruta Kennedy)
Almacenamiento de TAGTAGEn semillas oleaginosas, los TAG se almacenan en cuerpos oleosos, en cuyo proceso participa una proteína, OleosinaEn la aceituna, el aceite se acumula en la pulpa, y no posee cuerpos oleososEn aceituna, los TAG tienden a fusionarse y formar gotas de aceite, que crecen durante el desarrollo y maduración del fruto (30 µm)Esto ocurre porque en la aceituna NO está presente la proteína OleosinaEsto también explica porqué se puede extraer el aceite de oliva mediante medios mecánicos (molienda)
Biosíntesis de Lípidos
Algunos factores ambientales:Luz:
diversos estudios han relacionado la producción de aceite con la posición de la fruta en la canopia del árbol.Aceitunas en la parte superior reciben mayor irradiación, presentan mayor peso y un mayor contenido de aceiteestudios del contenido de aceite entre aceitunas ubicadas en distintas partes del árbol demuestran que una alta irradiación mejora el rendimiento de aceite
Temperatura:estudios han demostrado que la síntesis de TAG se ve reducida a Tº mayores de 40ºC
Biosíntesis de Lípidos
Consideraciones finales en la biosíntesis de lípidos:El precursor Acetil-CoA y los cofactores proviene del metabolismo de los azúcares, existe una correlación negativa entre el contenido de aceite y los azúcares reductores de la pulpa, durante el desarrollo y maduración del fruto.Finalmente, la capacidad de síntesis de lípidos decrece progresivamente, hasta anularse.El contenido total de aceite en la aceituna permanece constante.Olivos que sufren estrés hídrico al final del verano (ppo otoño) muestran un anormal rendimiento graso, debido a la reducción de la capacidad de síntesis de lípidos que genera el estrés .Fruto y variaciones de peso (agua)¿Cómo saber cuándo se ha completado la formación de aceite en el fruto? Expresar el rendimiento base materia seca
Biosíntesis de Lípidos
Cromatograma de ácidos grasos en una muestra de aceite de oliva
Aroma del Aceite de Oliva Virgen (A.O.V.) está formado por una compleja mezcla de sustancias volátiles: Aldehidos, Alcoholes, Cetonas, Hidrocarburos, Ésteres
Flavor (sabor y olor)Comptos. Volátiles AROMAComptos. Fenólicos SABOR
Off-flavor: aromas desagradables defectos
Los volátiles menores pueden caracterizar al A.O. Según:VariedadGrado madurezSistema de extracciónOrigen geográfico
Biogénesis del Aroma
Flavor Aceite Oliva
La calidad volátiles A.O.V. es similar, pero la cantidad puede variar según estos factores
Variedad: enzimas (responsables generar aromas), dependen características genéticas
º madurez: principales volátiles llamados “volátiles verdes” varían según madurez aceituna
Sistema extracción: prensa o centrífuga
Zona producción: aspectos agronómicos y pedoclimáticos
Biogénesis del Aroma
Biogénesis del Aroma
Biogénesis del Aroma
Biogénesis del Aroma
Biogénesis del Aroma
Biogénesis del Aroma
Perfil de compuestos volátilesA.O.V. (calidad) tiene perfil mas simple, cuyos comptos. volátiles provienen de Rutas Bioquímicas responsables flavorA.O. mala calidad tiene perfil mas complejo, con mayor cantidad de comptos. volátiles
Biogénesis del Aroma
Atrojado
Rancio
Varietal Coratina
Tiempo: 70 min
Tiempo: 35 min
Génesis de compuestos volátiles AceitunaLos volátiles flavor, provienen de la aceituna
Los volátiles son metabolitos directos, producidos en órganos planta, por Rutas Biogénicas Intracelulares
Fruto inmaduro sintetiza str ↑ PM (Lípidos, proteínas, polisacáridos)
Maduración fruto (fisiológicos y metabólicos):producción de etilenoaumento respiraciónsíntesis proteínas (enz)aumento actividad enzimáticaaumento permeabilidad membrana
Biogénesis del Aroma
Influyen en la génesis de volátiles
¿Cómo?
Al aumentar actividad y síntesis de enzimas se acumulan metabolitos que son sustratos para la síntesis de volátiles (ácidos grasos, aminoácidos)Maduración fruto rutas catabólicas, generando volátiles
ProcesoLos volátiles se forman rápidamente durante la ruptura de la estructura celularSe pone en contacto enzimas-sustrato, mas la presencia de O2
Se llaman Comptos. Volátiles Secundarios o Tecnológicos, responsables del aroma a “verde” del A.O.V.Precursores:
ac. grasos: linoleico y linolénicoaminoácidos: leucina, valina, isoleucina
Biogénesis del Aroma
∆ metabolismo
RUTA DE LA LIPOXIGENASA (LOX)Biogénesis del Aroma
Lípido complejo (TAG)
Acil hidrolasa (lipasa)
Ac. graso poliinsaturado (Linolénico)
Lipoxigenasa + O2
Hidroperóxido
Hidroperóxido liasa
Aldehido
Alcohol deshidrogenasa
Alcohol
Ésteres
Alcohol aciltransferasa
Aldehido
Alcohol
Éster
Algunos compuestos volátiles generados en ruta LOX
Estos 8 compuestos representan entre el 60 - 80% de los volátiles del aceite de oliva(E)-2-hexenal es el compuesto mayoritario (aldehido)Los aldehidos de 6C y sus derivados, son los responsables del aroma “verde”En proceso, la ruta LOX comienza con la MOLIENDA del fruto, y se mantiene activa durante el BATIDO de la pasta
Biogénesis del Aroma
Aldehídos Alcoholes Ésteres
Hexenal Hexanol Acetato de hexilo
(Z)-3-hexenal (Z)-3-hexenol
(E)-2-hexenal (E)-2-hexenolAcetato de (Z)-3-hexenilo
Los volátiles producidos por esta ruta se incorporan al aceite de olivaEl aroma del aceite dependerá de la actividad relativa de las enzimas que componen Ruta LOX, las cuales pueden ser alteradas por las condiciones de extracción
Especificidad de LOX por el sustrato: Linolénico > Linoleico Control de proceso:
TemperaturaTiempo
Algunos estudios:Var. Coratina y Frantoio, tpo: 5-120 min; Tº: 25-30ºC, aumento continuo del total de volátiles (Angerosa et al., 1998)disminución de acetato de 3-hexenilo después de 30 min, por baja actividad alcohol aciltransferasa (Morales et al., 1999)Máxima formación hexanal a 15ºC, rango: 0-30ºC (Salas y Sánchez, 1999)
Biogénesis del Aroma
Batido pasta regulación de aromas
Pigmentos:Clorofila y carotenos, pigmentos responsables del color el aceiteDurante maduración frutos, estos pigmentos disminuyenLa relación carotenos/clorofila aumenta de manera considerableEvolución del color se usa como índice de madurez (verde - amarillo- negro)Finalmente se acumulan antocianinas (rojo-púrpura)El cambio de color es desde el exterior al interior Clorofila en A.O. : 5 - 24 ppmCarotenos en A.O. : 3,1 - 9,2 mg/kg
Composición química
CarbohidratosAzúcares >ía son reductores: glucosa, fructosa, sacarosa. Disminuyen durante la maduración del fruto. Importante para el proceso de fermentación de aceitunas de mesa
Pectinas: condicionan la textura de la aceituna. El ácido galacturónico disminuye en la cadena péctica, con la maduración del fruto, con esto se disminuye también el índice de textura. Éste se relaciona con el grado de dificultad de la pasta durante la elaboración.
Composición química