Producción y encapsulación de un extracto de sarmientos (Vitis vinífera L.) rico en compuestos fenólicos y su caracterización por espectrometria de masas de alta resolución (LC-LTQ-Orbitrap-MS)

Abstract

La industria vitivinícola genera una gran cantidad de subproductos. Entre ellos el subproducto más abundante son los sarmientos de vid originados durante la temporada de poda. Los sarmientos de vid poseen una mezcla compleja de compuestos fenólicos los que incluyen ácidos fenólicos, flavonoides, y estilbenos, que a su vez están asociados con una amplia gama de beneficios para la salud. El perfil fenólico de los sarmientos es altamente dependiente del tipo de cultivar, la zona geográfica de cultivo, y de las condiciones de almacenamiento posteriores a la poda. Los procesos y sistemas de extracción también influyen fuertemente en el perfil de los compuestos fenólicos. Aunque existen numerosos estudios de recuperación e identificación de compuestos fenólicos obtenidos desde sarmientos de vid, muy pocos de ellos se han centrado en el estudio del escalamiento de los procesos de extracción y en el efecto sobre el perfil fenólico. Por otro lado, los compuestos fenólicos son reconocidos por ser inestables y sensibles a altas temperaturas, la luz, el pH y las enzimas oxidativas y degradantes. Estas variables afectan al perfil fenólico tanto en los procesos de producción como en la estabilidad de los productos finales. Una opción viable a escala industrial que permite solucionar estos problemas es la encapsulación de estos compuestos en ciclodextrinas, que les proporcionan una matriz protectora y les ayuda a preservar sus actividades biológicas. Por todas estas razones, esta tesis tiene por objetivo estudiar los cambios en el perfil fenólico de un extracto de sarmientos durante su producción y encapsulación, mediante cromatografía de líquidos acoplada a espectrometría de masas de alta resolución. La espectrometría de masas de alta resolución basada en LC-ESI-LTQ-Orbitrap-MS ha demostrado ser una poderosa herramienta de identificación y caracterización de compuestos fenólicos. El uso de este equipo nos permitió identificar nuevos compuestos en los extractos de sarmientos de vid producidos a escala de laboratorio. También fue útil para estudiar los cambios en el perfil fenólico durante la extracción a escala piloto y posterior encapsulación de estos compuestos en ciclodextrinas. Los resultados de esta tesis doctoral permitieron ampliar el conocimiento del perfil fenólico de los extractos de sarmientos de vid, analizar las diferencias de los extractos desde la extracción de laboratorio, a la extracción piloto hasta su posterior encapsulación en ciclodextrinas, permitiendo el desarrollo de un producto de alto valor agregado y con futuras aplicaciones en las industrias alimentaria y farmacéutica.

The wine industry produces many by-products. The most common by-product is the grape canes (or vine shoots) that are produced during the pruning season. Grape canes contain a complex mixture of phenolic compounds, including phenolic acids, flavonoids, and stilbenes, which in turn have been linked to several health benefits. The phenolic profile of grape canes is highly dependent on the variety, the geographical area of cultivation, and the storage conditions after pruning. Extraction methods and systems also strongly influence the profile of phenolic compounds. Although there are numerous studies on the extraction and identification of phenolic compounds from grape canes, very few of them have focused on the study of the scaling-up of the extraction process and the effects on the phenolic profile. On the other hand, phenolic compounds are known to be unstable and sensitive to high temperature, light, pH, and oxidative and degradative enzymes. These variables affect the phenolic profile both in the production processes and in the stability of the final products. A viable way to address these issues on an industrial scale is to encapsulate these compounds in cyclodextrins, which allows them to obtain a protective matrix and retain their biological activities. For all these reasons, this PhD aims to study the changes in the phenolic profile of a grape cane extract during its production and encapsulation using liquid chromatography coupled with high-resolution mass spectrometry. High-resolution mass spectrometry-based on LC-ESI-LTQ-Orbitrap-MS has proven to be a powerful tool for the identification and characterization of phenolic compounds. The use of this equipment allowed us to identify new compounds in extracts of grape canes. It was also useful to study the changes in phenolic profile during pilot-scale extraction and subsequent encapsulation of these compounds in cyclodextrins. The results of this PhD allowed to increase the knowledge of the phenolic profile of extracts from grape canes, to analyze the differences of the extracts from laboratory extraction to pilot extraction and their encapsulation in cyclodextrins, leading to the development of a product with high added value and with future applications in the food and pharmaceutical industries.