Buscando alimentos antioxidantes Teach article

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

Anión radical superóxido

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.

Hydroxyl radical
Imagen cortesía de Gianluca
Farusi

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·).

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.

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 1w1)
  • 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

Imagen cortesía de Nicola Graf

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

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 Schoolw1.

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

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

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.

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 1w1 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).
  3. 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.)
  4. 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?

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References

  • 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

Web References

Resources

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

Author(s)

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).


Review

Este es un artículo muy bueno que subraya la importancia de la química en el comportamiento de los sistemas biológicos. Es importante inculcar una apreciación de la forma en que el conocimiento científico es multidisciplinario. Profesores y alumnos podrían usar el artículo para una actividad práctica de química, bioquímica o para clases de ciencias de la salud. También podría constituir la base de proyectos en ferias de divulgación de la ciencia.

Si se suprimiese la parte experimental, la introducción, el debate y los resultados podrían ser la base más sólida para un ejercicio de comprensión. Posibles preguntas que podrían emplearse para abrir un debate sobre los alimentos y las bebidas, o la química en el día a día, son:

  1. Explica el término radical.
  2. ¿Qué entiendes por el término “antioxidante”? Explica cómo puede ser beneficiosa para la salud este tipo de sustancia.
  3. ¿Qué tipos de alimentos son las mejores fuentes de moléculas antioxidantes?
  4. ¿Cómo podría asegurarse una persona de mediana edad que su dieta maximiza los niveles de antioxidantes?

Marie Walsh, República de Irlanda




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