Articulo investigativo
Determinación de compuestos volátiles en el aceite de Roystonea regia sometido a degradación forzada
Determinación de compuestos volátiles en el aceite de Roystonea regia sometido a degradación forzada
Revista CENIC. Ciencias Químicas, vol. 48, núm. 1, pp. 83-89, 2017
Centro Nacional de Investigaciones Científicas
Recepción: 04 Julio 2017
Aprobación: 11 Diciembre 2017
Resumen: El aceite de Roystonea regia es la materia prima para la obtención del D004, ingrediente farmacéutico activo que se utiliza en la prevención y tratamiento de la hiperplasia prostática benigna. Este aceite está constituido principalmente por una mezcla de ácidos grasos con más de un 40 % de insaturados. La degradación de estos últimos genera un gran número de compuestos, los cuales pueden provocar cambios en las propiedades organolépticas del aceite y afectar su calidad. Entre estos compuestos, los volátiles son los de menor concentración y son los que mayor afectación provocan en el aroma del aceite. Debido a la falta de conocimiento sobre los compuestos volátiles que podrían ser generados por esta degradación, muestras de este aceite se sometieron a degradación forzada: oxidación (peróxido de hidrógeno), fotoxidación (luz UV a 254 nm) y termo-oxidación (80 °C, 110°C y 185 °C), se les determinaron los compuestos volátiles por la técnica de headspace cromatografía de gases acoplada a espectrometría masas y sus resultados se compararon con el de una muestra sin degradar. Se determinó que la termo-oxidación a 110°C fue el proceso que generó la mayor cantidad de compuestos volátiles, en el extracto estudiado, detectándose la presencia de los compuestos 2-hexenal, 2-heptenal, 2-hexanona, 2-heptanona, 2-hepteno, tolueno, octano, 1-pentanol y pentilfurano en el aceite degradado. Se comprobó que las concentraciones de algunos compuestos presentes en la fracción volátil del aceite sin degradar, como pentanal, hexanal, heptano y octano, aumentaron con el avance de la degradación.
Palabras clave: aceite, compuestos volátiles, Roystonea regia.
Abstract: Roystonea regia oil is the raw material for obtaining D004, an active pharmaceutical ingredient used in the prevention and treatment of benign prostatic hyperplasia. This oil consists mainly of a mixture of fatty acids with a more than 40 % of unsaturates. The degradation of the latter generates a large number of compounds, which can cause changes in the organoleptic properties of the oil and affect its quality. Among these compounds, although the volatiles are those of lower concentration, they are those that greatly affect the aroma of the oil. Due to the lack of knowledge about the volatile compounds that could be generated by this degradation, samples of this oil were subjected to forced degradation: oxidation (hydrogen peroxide), photoxidation (UV light at 254 nm) and thermo- oxidation (80 ° C, 110 ° C and 185 ° C), the volatile compounds were determined by the headspace technique gas chromatography coupled to mass spectrometry and their results were compared with that of an undegrated sample. It was determined that the thermo-oxidation at 110 ° C was the process that generated the largest amount of volatile compounds, in the studied extract, the presence of 2-hexenal, 2-heptenal, 2-hexanone, 2-heptanone, 2-heptene, toluene, octane, 1-pentanol and pentylfuran in the degraded oil were detected. It was found that the concentrations of some compounds present in the volatile fraction of the undegraded oil, such as pentanal, hexanal, heptane and octane, increased with the advance of degradation.
Keywords: oil, volatile compound, Roystonea regia.
INTRODUCTION
La cromatografía de gases acoplada a espectrometría masas (CG-EM) y la cromatografía líquida de alta resolución, han sido empleadas en el análisis de compuestos volátiles en muestras de aceites vegetales. Estas técnicas son muy efectivas para la separación y determinación de estos componentes minoritarios.1-4 Adicionalmente se ha empleado el método headspace estático para el control de la rancidez, degradación de sus ácidos grasos (AG), en los aceites vegetales.1,3La degradación de los AG genera una gran variedad de compuestos volátiles, en cuya determinación influye el tipo de aceite a analizar, los AG que lo componen, el método de extracción empleado, así como las condiciones del sistema cromatográfico, las que pueden modificar la resolución y elusión de estos compuestos.1-3 La degradación de los aceites vegetales se evalúa, sometiendo los mismos a una alteración artificial bajo condiciones controladas y su control analítico se desarrolla mediante una toma regular de la muestra degradada.1,3,5
De los frutos de Roystonea regia (Kunth) O. F. Cook, se obtiene un aceite, a partir del cual se ha desarrollado un ingrediente farmacéutico activo que se utiliza en la prevención y tratamiento de la hiperplasia prostática benigna.6-8 El aceite de R. regia está compuesto principalmente por una mezcla de AG entre 8 y 18 átomos de carbono.9 La presencia de AG insaturados como palmitoleico, oleico y linoleico, en esta mezcla, pudiera propiciar la ocurrencia de procesos de degradación. Teniendo en cuenta que hasta el presente se desconocen los compuestos volátiles que se pueden generar por la degradación de este aceite, en el presente trabajo se determinaron los compuestos volátiles que se forman al someter dicho aceite a degradación forzada por diferentes métodos.
MATERIALS AND METHODS
Se empleó el lote piloto E-0115 de aceite (86,4 % de AG totales), obtenido en el Centro Nacional de Investigaciones Científicas, La Habana, Cuba. Muestras de este aceite fueron sometidas a condiciones de oxidación (peróxido de hidrógeno al 30 %, Sigma, EUA), fotoxidación, y termo-oxidación a 80 °C y 185 °C, según metodología empleada por Vicente y colaboradores.10 Posteriormente, a estas muestras se les determinó el contenido de compuestos volátiles. Adicionalmente, muestras de este lote fueron sometidas a termo-oxidación a 110 °C, para lo cual se pesó aproximadamente 1g de aceite en viales de 10 mL (n=16), se cerraron herméticamente y se pusieron en un termostato a 110°C. A la primera hora se sacó un vial y se analizó el contenido de volátiles. Los siguientes muestreos y correspondientes análisis se realizaron al cabo de 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 24, 30, 48, 72 y 96 h.
Determinación de compuestos volátiles por headspace-CG-EMDeterminación de compuestos volátiles por headspace-CG-EM
El análisis de los compuestos volátiles se realizó a partir de 1 g de muestra, el cual se pesó en un vial de 10 mL (n = 3). El vial se tapó, se selló herméticamente y se calentó durante 1 h a 80 °C. Transcurrido este tiempo, se tomó manualmente 1 mL de la fase gaseosa con una jeringuilla headspace(5 mL, SGE, Australia), y se inyectó en el CG- EM, con temperatura constante del inyector. La determinación de los compuestos detectados se realizó a partir del porcentaje de desecación (cantidad de compuestos que se evaporan) del lote, el cual fue de 2 %. Los resultados se informaron en microgramos por gramo de aceite.
La determinación de los compuestos volátiles se llevó a cabo en un cromatógrafo de gases 6890N con detector de masas, 5975 B inert (Agilent, USA) acoplado a una computadora. La programación fue de 40 ºC (3 min isotérmico) hasta 80 ºC a 4 ºC/min, y de 80 ºC hasta 300 ºC (2 min isotérmico) a 35 ºC/min. El flujo del gas portador (helio) fue de 0,7 mL/min (30 cm/s velocidad lineal). El inyector, en modo splitless, se mantuvo a 250 ºC. Las temperaturas de la interfase, fuente de ionización y cuadrupolo fueron 250, 230 y 150 ºC respectivamente. La energía de ionización fue de 70 eV y la adquisición se realizó desde 20 a 600 m/z. Los espectros de los compuestos volátiles presentes en los aceites degradados y sin degradar se compararon con los de la biblioteca NIST 11 del CG-EM.
RESULTS AND DISCUSSION
Determinación de compuestos volátiles por headspace-CG-EM
Al analizar por CG-EM todas las muestras, se pudo encontrar como compuestos mayoritarios y en concentraciones similares los componentes: 3-metilpentano, 2-metilpentano, hexano, metilciclopentano y ciclohexano, los cuales habían sido determinados previamente en el hexano comercial, empleado en la obtención de este aceite.11 Además, se encontraron los compuestos pentanal, heptano, hexanal, ciclohexanona, hexanoato de etilo, undecano y 2-decanona, los cuales habían sido detectados previamente en la fracción volátil del aceite de R. regia obtenida por hidrodestilación;12 mientras que, la 2-heptanona, el octano, el 1-pentanol y el 2-hepteno solo fueron detectados en las muestras sometidas a degradación forzada (Tablas 1 y 2), exceptuando las sometidas a Termo-oxidación a 185 °C, donde no se detectaron estos dos últimos compuestos. De los compuestos detectados, el 1-pentanol y hexanal están considerados productos de degradación del ácido linoleico,4 y han sido detectados en los aceites degradados de otras palmáceas, pero igualmente en muy bajas concentraciones.13,14
Varios autores han demostrado que los alcoholes se convierten en aldehídos, debido a las reacciones de oxidación,15 que ocurren principalmente cuando los aceites son calentados.13,16-18Esto pudiera explicar los resultados observados con respecto a la concentración del pentanal, la cual se incrementa cuando las muestras son sometidas a degradación térmica (Tablas 1 y 2, y Fig. 1). De manera similar, el heptano y hexanal+octano también mostraron un incremento en sus concentraciones después de ser sometidas a degradación forzada, principalmente en las muestras sometidas 185
°C (Tabla 1) y a 110 °C (Tabla 2). A 110 °C se pudo observar claramente este comportamiento, y las concentraciones de estos productos de degradación alcanzaron sus máximos a las 10 h, momento a partir del cual empezaron a decrecer lentamente (Fig. 1).
ND no detectado
Fig. 1
Contenidos de pentanal+heptano y hexanal+octano (µg/g) al someter el aceite a 110 °C
En las muestras analizadas, se pudo apreciar que no se lograron separar algunos compuestos que co-eluían formando pares críticos (pentanal+heptano y hexanal+octano), por lo que se tuvo que aplicar la técnica de extracción de iones o fragmentografía de masas.
Teniendo en cuenta los resultados obtenidos a 80 °C y 185 °C, y como parte de los estudios de termo-oxidación, se decidió someter muestras a 110 °C, temperatura máxima a la cual es sometido el aceite de R. regia durante su proceso de obtención. En las muestras degradadas por Termo-oxidación a 110°C se detectó la mayor cantidad de compuestos volátiles (Tabla 2), lo cual pudo estar influenciado por el tiempo de muestreo o porque esa temperatura es la idónea para la descomposición de los hidroperóxidos en este aceite, y por tanto, se genera la mayor cantidad de volátiles. De estos, la 2-hexanona, 2-hexenal, 2-heptenal, tolueno y pentilfurano, fueron detectados por primera vez en muestras degradadas del aceite de R. regia, lo que pudiera indicar que estos compuestos, al igual que los encontrados en las otras muestras degradadas: 2-heptanona, el octano, el 1-pentanol y el 2-hepteno, son productos de la oxidación de los AG insaturados del aceite de R. regia, tal y como ha sido descrito para los aceites vegetales.1,3,19,20
ND no detectado.
Los otros compuestos detectados a 110°C, ya se habían determinado con anterioridad en la fracción volátil obtenida por hidrodestilación.12 Las cetonas 2-hexanona y 2-heptanona, y el pentilfurano presentaron un comportamiento similar al de los dúos pentanal+heptano y hexanal+octano (Figuras 1 y 2). El aumento de la concentración en el tiempo de estos compuestos pudiera estar influenciado por el proceso de degradación de los AG insaturados,1,20 presentes en este aceite. Adicionalmente se detectaron compuestos que solo aparecen en algunas muestras, como el ácido acético a las 3, 7 y 8 h, y otros compuestos aparecieron en tan bajas concentraciones que fue difícil su identificación y cuantificación.
Fig. 2
Contenidos de 2-hexanona, 2-heptanona y 2-pentilfurano (µg/g) al someter el aceite a 110 °C
Los aldehídos detectados en este estudio han sido detectados en la fracción volátil de aceites vegetales,19-22 mientras que el pentilfurano ha sido detectado junto a otros 2-alquilfuranos (C4-5) en el aceite de palma oxidado.13,21-23 Los hidrocarburos pentano, heptano, octano, undecano, dodecano, tridecano, tetradecano y octadecano también han sido encontrados en otras palmáceas.13,22,23 Varios autores refieren la presencia de estos compuestos en la fracción volátil de los aceites vegetales debido a procesos de degradación que ocurren al calentarlos o exponerlos a altas concentraciones de oxígeno.1,2,4 Dichos factores pudieran influir también en la aparición de estos compuestos en el aceite de R. regia, ya que durante su proceso de obtención se aplica calor en diferentes etapas.
Discusión general
Al emplear la técnica headspace-CG-EM, se pudieron identificar y cuantificar de forma relativa los compuestos volátiles formados en el aceite degradado forzadamente por oxidación, termo-oxidación y fotoxidación. Dichos compuestos se consideran productos secundarios de la degradación de los AG insaturados, los que en una primera etapa de degradación se convierten en hidroperóxidos. Los resultados encontrados en las muestras de aceite degradadas fueron lógicos y consecuentes con las condiciones de estrés empleadas, estando en concordancia con lo informado en la literatura para los aceites vegetales degradados. Lo anterior evidencia que las condiciones de estrés impuestas lograron la degradación del aceite de R. regia, el cual presenta un patrón de degradación similar a la de otros aceites vegetales.1-4,19
Se determinó que la termo-oxidación a 110 °C fue el proceso que generó la mayor cantidad de compuestos volátiles y en las muestras degradadas se determinaron por primera vez los compuestos: 2-hexenal, 2-heptenal, 2-hexanona, 2- heptanona, 2-hepteno, tolueno, octano, 1-pentanol y pentilfurano. Además, se pudo comprobar que las concentraciones de algunos compuestos como los dúos pentanal+heptano y hexanal+octano, presentes en la fracción volátil del aceite sin degradar, aumentan con el avance de la degradación por lo que su determinación pudiera tomarse como criterio de la degradación de este aceite.
Teniendo en cuenta los resultados anteriores, se pudiera establecer para el control de rutina de los productos de degradación de este aceite la determinación de los compuestos volátiles pentanal+heptano, hexanal+octano, 2- hexanona, 2-heptanona y 2-pentilfurano por headspace-CG-EM, debido a que dicho método permite un seguimiento de la degradación de dicho aceite desde estadios muy iniciales.
CONCLUSIONES
Se determinaron por headspace-CG-EM los compuestos volátiles que aparecen en el aceite de Roystonea regia cuando este es sometido a degradación forzada aplicando diferentes métodos. De ellos, se determinaron por primera vez los compuestos: 2-hexanona, 2-heptanona, octano, 2-hepteno, 2-pentilfurano y 1-pentanol, los cuales están considerados como productos de la degradación de los aceites vegetales.
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