Looking for antioxidant food

Traducido por Ignacio Tognaccini y Gabriel Pinto. Universidad Politécnica de Madrid

Imagen cortesía de Gianluca Farusi

Todos hemos oído que una dieta rica en antioxidantes es saludable. Junto a sus alumnos, Gianluca Farusi ha comparado el nivel de antioxidantes en una variedad de alimentos y bebidas. Muchos problemas de salud, como la arteriosclerosis, el ataque al corazón, la enfermedad del Alzheimer, algunos tumores y cataratas seniles, se asocian a moléculas muy reactivas denominadas radicales libres. Estas moléculas son producidas en la respiración aeróbica y empleadas por el cuerpo, por ejemplo para defenderse de microorganismos.

Sin embargo, el desequilibrio entre radicales (oxidantes) y antioxidantes puede provocar una enfermedad. Los radicales libres son reactivos porque poseen uno o más pares de electrones desapareados. Son producidos y pueden hallarse en muchas células y orgánulos; el anión radical superóxido (O2-), por ejemplo, es el radical más común del cuerpo, empleado por los glóbulos blancos para atacar virus y bacterias. Sin embargo, el radical más reactivo con diferencia es el radical hidroxilo (HO·), que se halla en el peroxisoma (donde se descomponen los ácidos grasos) y el retículo endoplásmico. Los factores externos influyen también en la producción de radicales; por ejemplo, la exposición a la luz ultravioleta (UV) provoca la formación de radicales de oxígeno singlete (1ΔO2·).

Anión radical superóxido Hydroxyl radical Imagen cortesía de Gianluca Farusi

En el cuerpo, los radicales libres pueden conducir a una variedad de problemas. Particularmente, pueden reaccionar con –y dañar- lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, como el ADN (Arking, 2006). Nuestro cuerpo dispone de dos formas para protegerse del continuo ataque de los radicales: la encimática y la no encimática. Las encimas más importantes que se emplean para defender nuestro cuerpo del ataque de radicales libres son las encimas antioxidantes. Los principales antioxidantes no encimáticos son la melatonina, el a-tocoperol (vitamina E), el ácido ascórbico (vitamina C) y el b-caroteno (la vitamina A precursora).

Imagen cortesía de Nicola Graf

Los cuatro antioxidantes no enzimáticos son esenciales en nuestra dieta diaria y se encuentran en gran variedad de alimentos. Particularmente, es menos habitual que las personas que comen mucha fruta y verdura tengan cáncer, y se ha comentado que son beneficiosos para la salud debido a los antioxidantes que contienen (Polidori et al., 2009; Swirsky Gold et al., 1997), de manera que contrarrestan los efectos perjudiciales de los radicales libres. Actualmente hay pocas pruebas de que los complementos antioxidantes (por ejemplo, pastillas) sean beneficiosos para la salud.

El siguiente experimento compara los niveles de antioxidantes en varios tipos de alimentos y bebidas, esto es, su efectividad como radicales oxidantes.

Experimento: buscando antioxidantes en alimentos y bebidas

Para formar a mis estudiantes de 17 años con la necesidad una dieta responsable, en espera de reducir su riesgo de desarrollar las enfermedades mencionadas antes, he diseñado una actividad basada en la reacción de Briggs-Raucher: una reacción oscilante en la que se alternan la etapa del radical ámbar y la del radical azul.

Imagen cortesía de wrw / pixelio.de

Añadiendo muestras de distintos tipos de alimentos y bebidas a la reacción y midiendo los intervalos de tiempo entre colores, los alumnos podrían comparar la efectividad de las muestras como radicales oxidantes. Por supuesto, esto es una comparación y no una evaluación absoluta. Pero cada cosa a su tiempo…

Materiales y equipo

• Una disolución de peróxido de hidrógeno (H₂O₂) 4 M
• Una disolución acuosa de yodato potásico (KIO₃) 0.2 M y otra de ácido sulfúrico (H₂SO₄) 0.077 M
• Una disolución acuosa de ácido malónico (CH₂(COOH)₂) 0.15 M y otra de sulfato de manganeso (MnSO₄) 0.20 M
• Agua destilada
• Alimentos y bebidas, por ejemplo muestras de vino, té, infusiones; muestras de extractos acuosos (ver Tabla 1^w1)
• Una placa con agitador magnético
• Vasos de precipitado de 100 ml y 400 ml
• Pipetas de 2 ml y 10 ml
• Frasco lavador
• Espátula
• Una varilla de vidrio
• Tubos de ensayo
• Matraz de 1 l
• Mechero Bunsen

Preparación de las disoluciones

Disolución de peróxido de hidrógeno 4M: vierte 400 ml de agua destilada en un matraz de 1 l. Ponte unos guantes y añade 410 ml de peróxido de hidrógeno al 30%. Empleando agua destilada, diluye la disolución a 1.0 l.

Una disolución de yodato potásico 0.20 M y ácido sulfúrico 0.077 M: toma 43 g de yodato potásico y aproximadamente 800 ml de agua destilada en un matraz de 1 L. Añade 4.3 ml de ácido sulfúrico concentrado. Calienta y remueve la mezcla hasta que el yodato potásico se disuelva. Diluye la disolución a 1.0 l con agua destilada.

Una disolución de ácido malónico 0.15 M y sulfato de magnesio 0.20 M: disuelve 16 g de ácido malónico y 3.4 g de sulfato de magnesio (II) en aproximadamente 500 ml de agua destilada en un matraz de 1 l. En un vaso de precipitado de 100 ml, calienta 50 ml de agua destilada hasta que hierva. En un vaso de precipitado de 50 ml, mezcla 0.30 g de almidón soluble y remueve la mezcla hasta formar una mezcla pastosa. Vierte esa mezcla en el agua hirviendo y continúa calentando y removiendo hasta que el barro se haya disuelto. Vierte la disolución obtenida en la de ácido malónico y sulfato de magnesio (II). Diluye la mezcla a 1.0 l con agua destilada.

Muestras de alimentos: para preparar las muestras de comida como disoluciones acuosas o suspensiones, introduce 2.0 g en un matraz de 400 ml. Añade 100 ml de agua destilada y remueve con una varilla de vidrio. Decanta, vierte la muestra en un tubo de ensayo y centrifuga. Para bebidas, como café o vino, toma 2.0 ml, añade 100 ml de agua destilada y remueve.

Método

En un matraz de 100 ml que contenga un agitador magnético, introduce: 10 ml de disolución acuosa de peróxido de hidrógeno 4 M, 10 ml de disolución acuosa de yodato potásico 0.20 M y ácido sulfúrico 0.077 M, y 10 ml de disolución acuosa de ácido malónico 0.15 M y sulfato de manganesio 0.20 M. Inicia la agitación magnética. Cuando la disolución ámbar se vuelva azul por segundo vez, añade 1 ml de disolución o suspensión de alimentos. En la web hay disponible un video con los cambios de color.w2

Imagen cortesía de Nicola Graf

La reacción de Briggs-Rauscher es una reacción oscilante- es decir, una mezcla de productos químicos sufre una secuencia de cambios de color que se repite periódicamente. El mecanismo exacto de la reacción está aun investigándose, pero la naturaleza de las oscilaciones es suficientemente clara. Para los propósitos de este artículo, es suficiente con saber que mientras el proceso radicalario mantenga la concentración del intermedio HOI más alta que la concentración del intermedio I^-, la disolución permanece ámbar; cuando el proceso no radicalario tiene lugar, la concentración de I^- es mayor que la de HIO y el ión yoduro se combina con I₂ para formar un complejo azul con almidón. Puede descargarse una descripción más detallada de la reacción en la web de Science in School^w1.

El autor, Gianluca Farusi Imagen cortesía de Gianluca Farusi

Desde que añadimos la disolución o suspensión de comida después de la segunda fase azul, cuando la fase no radicalaria está acabando y la fase radicalaria está a punto de comenzar, cuanto mayor es el intervalo de tiempo entre la segunda y la tercera fase azul, mayor es la actividad del antioxidante en el alimento. En otras palabras, el alimento ha reaccionado con los radicales producidos y la reacción tiene lugar para producir suficientes radicales como para permitir que la reacción oscilante continúe.

Hemos dedicado mucho tiempo a elegir la mejor concentración de alimentos o bebidas para usar, desde que disoluciones demasiado diluidas disminuyeron la actividad de los antioxidantes y las demasiado concentradas aumentaron tanto el tiempo de reacción que no era práctico hacer un número de pruebas estadísticamente significativas durante el transcurso de la experiencia.

Notas de seguridad

Tanto el ácido malónico como el yodo (producidos durante la reacción) pueden irritar la piel, los ojos y las membranas mucosas; por este motivo la reacción debe ser llevada a cabo en una campana extractora. Debido a que el 30% del peróxido de hidrógeno es un agente oxidante muy fuerte, es necesario llevar gafas de protección, bata de laboratorio y guantes. Debe evitarse cualquier contacto entre peróxido de hidrógeno y materiales combustibles. El ácido sulfúrico es un agente deshidratante fuerte; deben llevarse gafas de protección, bata de laboratorio y guantes. Para disponer con seguridad de la mezcla al final del experimento, añade lentamente tiosulfato de sodio (Na2S2O3) a los productos de la reacción hasta que el exceso de yodo se convierta en iones incoloros de yodo (la reacción es bastante exotérmica). Resultados Cuando realicé la actividad con mis alumnos, encontré la mayor actividad antioxidante en el café expreso: 6970 segundos. Ver el gráfico de la derecha. Pueden descargarse más detalles de nuestros resultados de la web de Science in Schoolw1. La tabla 1 muestra los alimentos ensayados, la actividad antioxidante (intervalos de tiempo) y la principal sustancia supuestamente responsable de la actividad.

Actividad antioxidante de los tipos de alimentos y bebidas sometidos a pruebas. Los valores del gráfico fueron obtenidos con alrededor de 0.02 g de muestras (100 ml de agua destilada añadida a la muestra de alimentos o bebidas). Así, 0.02 g de mermelada de mora, por ejemplo, tienen una actividad antioxidante 50 veces superior que el agua destilada! Haga clic sobre la imagen para ampliarla

Discusión

Entonces, ¿qué deberíamos concluir a partir de los resultados? Claramente, una dieta basada puramente en el café expreso podría contener altos niveles de antioxidantes, pero no sería nada saludable. Cuando hice esta actividad con mis alumnos nos llevó a un minucioso debate sobre las reacciones radicalarias. Debajo hay algunas preguntas que podrían emplearse para iniciar una discusión.

1. ¿Qué grupos de alimentos ensayados contienen el nivel de antioxidantes más alto? ¿Es el que esperabas? ¿Por qué / por qué no?


2. La tabla 1^w1 es una lista de las moléculas antioxidantes que se suponen responsables de la actividad antioxidante de los alimentos ensayados. Elige cinco antioxidantes de la tabla, encuentra su fórmula química y discute cuáles de los grupos funcionales son responsables de su actividad antioxidante (oxidación de radicales libres).

Algunos de los alimentos ensayados han sufrido un tratamiento con calor (por ejemplo, jamones, chocolate). ¿Parece influir en sus propiedades antioxidantes? La tabla 2, que puede descargarse de la web Science in Schoolw1, muestra las estructuras moleculares de varias moléculas antioxidantes, y proporciona ejemplos de alimentos en las que se encuentran. Mirando las estructuras moleculares, ¿crees que estos antioxidantes son termolábiles? (que se alteran con facilidad por acción del calor.) Aparte de la actividad antioxidante, ¿por qué una dieta rica en frutas y verduras podría reducir tus posibilidades de desarrollar las enfermedades citadas al comienzo del artículo? ¿Qué otros beneficios para la salud podría ofrecer?

Imagen cortesía de colosal / iStockphoto

Referencias

Arking R (2006) The Biology of Aging: Observations and Principles 3rd edition. Oxford, UK: Oxford University Press. ISBN: 9780195167399

Polidori CM et al. (2009) High fruit and vegetable intake is positively correlated with antioxidant status and cognitive performance in healthy subjects. Journal of Alzheimer’s Disease 17: 921-927. doi: 10.3233/JAD-2009-1114

En la Web de Science Daily hay disponible una breve cobertura del artículo: www.sciencedaily.com/releases/2009/09/090909064910.htm

Swirsky Gold L, Slone TH, Ames BN (1997) Prioritization of possible carcinogenic hazards in food. In Tennant DR (ed) Food Chemical Risk Analysis, pp 267-295. New York, NY, USA: Chapman and Hall.

Este capítulo es accesible en: http://potency.berkeley.edu/text/maff.html

Recursos en la red

w1 – Aquí pueden ser descargadas como PDFs las tablas 1 y 2 y una detallada descripción de la reacción de Briggs-Raucher:

Tabla 1
Tabla 2
Reacción de Briggs-Raucher

w2 – Aquí puede verse un vídeo de los cambios de color: www.youtube.com/watch?v=WXf6-bRwPfM

Recursos

Para descripciones de métodos experimentales similares al empleado en el artículo, ver:

Höner K, Cervellati R (2002) Attività antiossidante di bevande. Esperimenti per le scuole secondarie superiori. La Chimica nella Scuola 24: 30-38

Shakhashiri BZ (1985) Chemical Demonstrations Volume 2. Madison, WI, USA: University of Wisconsin Press. ISBN: 9780299101305

Para un buen artículo de acceso libre sobre los efectos de los radicales libres, ver:

Sies H (1997) Oxidative stress: oxidants and antioxidants. Experimental Physiology 82: 291-295.

This article and all other Experimental Physiology articles older than 12 months can be downloaded free of charge from the journal website: http://ep.physoc.org

Para saber más sobre la hemacromatosis, una enfermedad en la que intervienen radicales libres, ver:

Patterson L (2009) Nuevas piezas para entender el puzzle de las enfermedades genéticas. Science in School 13: 53-58. www.scienceinschool.org/2009/issue13/insight/spanish

Para más información sobre radicales libres y sus actividades en el cuerpo, ver:

Dansen TB, Wirtz KWA (2001) The peroxisome in oxidative stress. IUBMB Life 51: 223-230. doi: 10.1080/152165401753311762

Rosen GM, Rauckman EJ (1981) Spin trapping of free radicals during hepatic microsomal lipid peroxidation. Proceedings of the National Academy of Sciences USA 78: 7346-7349

Ver también los anteriores artículos en Science in School de Gianluca Farusi:

Farusi G (2006) Enseñando ciencias y humanidades: un enfoque interdisciplinar. Science in School 1: 30-33. www.scienceinschool.org/2006/issue1/francesca/spanish

Farusi G (2007) La tinta de los monasterios: unión entre química e historia. Science in School 6: 36-40. www.scienceinschool.org/2007/issue6/galls/spanish

Aquí hay una lista completa de todos los artículos relacionados publicados en Science in School : www.scienceinschool.org/chemistry

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Gianluca Farusi enseña química en la Escuela Técnica (Istituto Tecnico Industriale) Galileo Galilei en Avenza-Carrara, Italia, y estequiometría en la Universidad de Pisa, Italia. Lleva 12 años de labor docente y no hay nada más gratificante para él que observar las caras de sus alumnos cuando entienden un concepto químico difícil.
Esta actividad, que fue llevada a cabo junto con sus alumnos, hizo merecedor a Gianluca del premio EIROforum Science Teaching Award: ILL Prize (Science on Stage 2, 2007). También ha sido galardonado con el ESRF Prize (Science on Stage 1, 2005) y el premio de la Sociedad de Química Italiana Illuminati Prize for Chemistry Didactics (2006).