Aloe vera: técnicas de cultivo, métodos de procesado y aplicaciones en alimentación

Abstract

[eng] Aloe vera stands out for its beneficial properties, largely due to acemannan, its main bioactive compound, and the polysaccharides that make up its cell wall. However, it is relevant to consider that the composition and structure of these polysaccharides, as well as their inherent health benefits, are susceptible to changes caused by various factors such as cultivation conditions, processing procedures, and the incorporation of plant extracts into different food products.

In this context, the present Doctoral Thesis is based on three fundamental pillars. Firstly, it aims to evaluate the effects of abiotic stress on the main bioactive compounds present in Aloe vera gel. Secondly, it intends to study the main effects resulting from processing aimed at obtaining ingredients with specific functionalities, both from Aloe vera and Aloe ferox. Lastly, it seeks to assess the bioactive compound acemannan in the context of a wide variety of commercial beverages, where Aloe vera plays a primary role.

Regarding the studies on the impact of abiotic stress on the bioactive compounds of Aloe vera, the plants were subjected to different levels of humidity (high and low) and salinity (0, 20, 40, 60, and 80 mM NaCl). It was observed that induced stress not only increased the concentration of aloin but also of pectic and water-soluble polysaccharides, particularly acemannan. More detailed analyses revealed an increase in the acetylation of acemannan along with an increase in pectin esterification (>60%). A greater presence of type I rhamnogalacturonans in the cell wall structure was also identified, which enhanced the functional properties related to these bioactive compounds. Regarding the effects resulting from processing, the mucilages of Aloe ferox and Aloe vera were subjected to spray-drying at temperatures of 150, 160, and 170°C. Although the morphology of both spray-dried mucilages was similar, Aloe ferox exhibited better color preservation and an increase in both functional properties and antioxidant capacity. In terms of carbohydrate composition, a highly acetylated mannose-rich polysaccharide (>90%) was observed in Aloe ferox, which was predominant and exhibited chemical composition and structural characteristics similar to the characteristic acemannan polymer of Aloe vera, making it a new and promising functional ingredient.

Finally, the acemannan content and its degree of acetylation were evaluated in commercial beverages containing Aloe vera in varying concentrations (30-99.8%), according to their labeling. It was found that flavored beverages (Aloe vera gel <77%) had reduced levels of acemannan and mostly lacked acetylation. These beverages also contained significant amounts of other biopolymers probably due to the inclusion of additional ingredients. In contrast, in unflavored samples (Aloe vera gel ≥99.5%), the acemannan content ranged from 10 to 260 mg/100 g of fresh sample. However, only one of these samples exhibited a high degree of acetylation (>99%), while in the others, it was less than 35%, indicative of lower quality.

Overall, this study highlights the opportunity to maximize the production of bioactive compounds, particularly acemannan and pectins, with superior quality through the proper use of saline water in cultivation. It also points out the potential of Aloe ferox as a functional alternative to Aloe vera and the need for regulations, focused on the analysis of acemannan content and its degree of acetylation, to ensure the quality of Aloe vera-based food products present in the market.

[spa] El Aloe vera destaca por sus propiedades beneficiosas, en gran medida debido al acemanano, su principal compuesto bioactivo, y a los polisacáridos que conforman su pared celular. No obstante, es relevante considerar que la composición y estructura de estos polisacáridos, así como sus inherentes virtudes saludables, son susceptibles a cambios originados por diversos factores como las condiciones de cultivo, los procedimientos utilizados durante su procesamiento y la incorporación de extractos de la planta en distintos productos alimentarios.

En este marco, la presente Tesis Doctoral se basa sobre tres pilares fundamentales. En primer lugar, se propone evaluar los efectos del estrés abiótico sobre los principales compuestos bioactivos presentes en el gel de Aloe vera. En segundo término, pretende estudiar los principales efectos derivados del procesamiento orientado a la obtención de ingredientes con funcionalidades específicas, tanto del Aloe vera como del Aloe ferox. Finalmente, busca evaluar el compuesto bioactivo acemanano en el contexto de una amplia variedad de bebidas comerciales, en cuya formulación el Aloe vera asume un papel principal.

En relación a los estudios sobre el impacto del estrés abiótico en los compuestos bioactivos del Aloe vera, las plantas se sometieron a diferentes niveles de humedad (alto y bajo) y salinidad (0, 20, 40, 60 y 80 mM NaCl). Se observó como el estrés inducido incrementó no sólo la concentración de aloína sino también de los polisacáridos pécticos e hidrosolubles, particularmente el acemanano. Análisis más detallados revelaron un aumento en la acetilación del acemanano junto con un aumento en la esterificación de las pectinas (>60%). También se identificó una mayor presencia de ramnogalacturonanos tipo I en la estructura de la pared celular, lo cual aumentó las propiedades funcionales relacionadas con estos compuestos bioactivos.

En relación a los efectos derivados del procesamiento, los mucílagos de Aloe ferox y Aloe vera fueron sometidos a secado por atomización a temperaturas de 150, 160 y 170ºC. Aunque la morfología de ambos mucilagos secados por atomización fue similar, el Aloe ferox presentó una mejor conservación del color y un aumento tanto de las propiedades funcionales como de la capacidad antioxidante. En términos de la composición de los carbohidratos, se observó la presencia de un polisacárido rico en manosa altamente acetilado (>90%), predominante en el Aloe ferox, cuya composición química y características estructurales, son semejantes al polímero acemanano característico del Aloe vera, convirtiéndolo en un nuevo y prometedor ingrediente funcional.

Por último, se evaluó el contenido de acemanano y su grado de acetilación en bebidas comerciales que contenían Aloe vera en concentraciones variables (30-99.8%), de acuerdo con su etiquetado. Se encontró que las bebidas aromatizadas (gel de Aloe vera <77%) presentaban niveles reducidos de acemanano y en su mayoría carecían de acetilación. Estas bebidas también contenían cantidades considerables de otros biopolímeros debido a la inclusión de ingredientes adicionales. Por el contrario, en las muestras sin aromatizantes (gel de Aloe vera ≥99.5%) el contenido de acemanano osciló entre 10 y 260 mg/100 g de muestra fresca. Sin embargo, solo una de estas muestras presentó un alto grado de acetilación en su acemanano (>99%), mientras que en las demás fue inferior al 35%, indicativo de una menor calidad.

En conjunto, este estudio resalta la oportunidad de maximizar la producción de compuestos bioactivos, en particular acemanano y pectinas, con calidad superior mediante el uso adecuado de agua salina en el cultivo. También señala el potencial de Aloe ferox como alternativa funcional al Aloe vera y la necesidad de regulaciones, centradas en el análisis del contenido de acemanano y de su grado de acetilación, para asegurar la calidad de los productos alimentarios presentes en el mercado basados en el Aloe vera.

[cat] L'Aloe vera destaca per les seves propietats beneficioses, en gran part gràcies a l'acemanà, el seu principal compost bioactiu, i als polisacàrids que formen la seva paret cel·lular. Malgrat això, és rellevant considerar que la composició i l'estructura d'aquests polisacàrids, així com les seves virtuts saludables inherents, són susceptibles de canvis originats per diversos factors com les condicions de cultiu, els procediments utilitzats durant el seu processament i la incorporació d'extractes de la planta en diferents productes alimentaris.

En aquest context, la present Tesis Doctoral es basa en tres pilars fonamentals. En primer lloc, es proposa avaluar els efectes de l'estrès abiòtic sobre els principals compostos bioactius presents en el gel d'Aloe vera. En segon terme, pretén estudiar els principals efectes derivats del processament orientat a l'obtenció d'ingredients amb funcionalitats específiques, tant de l'Aloe vera com de l'Aloe ferox. Finalment, busca avaluar el compost bioactiu acemanà en el context d'una àmplia varietat de begudes comercials, en la formulació de les quals l'Aloe vera assumeix un paper principal.

Pel que fa als estudis sobre l'impacte de l'estrès abiòtic en els compostos bioactius de l'Aloe vera, les plantes es van sotmetre a diferents nivells d'humitat (alt i baix) i salinitat (0, 20, 40, 60 i 80 mM NaCl). Es va observar que l'estrès induït no només va augmentar la concentració d'aloïna sinó també dels polisacàrids pèctics i hidrosolubles, particularment l'acemanà. Anàlisis més detallats van revelar un augment en l'acetilació de l'acemanà juntament amb un augment en l'esterificació de les pectines (>60%). També es va identificar una major presència de ramnogalacturonans tipus I a l'estructura de la paret cel·lular, la qual cosa va augmentar les propietats funcionals relacionades amb aquests compostos bioactius.

Pel que fa als efectes derivats del processament, els mucílags d'Aloe ferox i Aloe vera es van sotmetre a assecat per atomització a temperatures de 150, 160 i 170 ºC. Tot i que la morfologia d'ambdós mucílags assecats per atomització va ser similar, l'Aloe ferox va presentar una millor conservació del color i un augment tant de les propietats funcionals com de la capacitat antioxidant. En termes de la composició dels carbohidrats, es va observar la presència d'un polisacàrid ric en manosa altament acetilat (>90%), predominant a l'Aloe ferox, la composició química i les característiques estructurals del qual són semblants al polímer acemanà característic de l'Aloe vera, convertint-lo en un nou i prometedor ingredient funcional.

Finalment, es va avaluar el contingut d'acemanà i el seu grau d'acetilació en begudes comercials que contenien Aloe vera en concentracions variables (30-99.8%), d'acord amb la seva etiqueta. Es va trobar que les begudes aromatitzades (gel d'Aloe vera <77%) presentaven nivells reduïts d'acemanà i en la seva majoria mancaven d'acetilació. Aquestes begudes també contenien quantitats considerables d'altres biopolímers probablement a causa de la inclusió d'ingredients addicionals. Per contra, en les mostres sense aromatitzants (gel d'Aloe vera ≥99.5%), el contingut d'acemanà va oscil·lar entre 10 i 260 mg/100 g de mostra fresca. Malgrat això, només una d'aquestes mostres va presentar un alt grau d'acetilació (>99%), mentre que en les altres va ser inferior al 35%, indicatiu d'una menor qualitat.

En conjunt, aquest estudi ressalta l'oportunitat de maximitzar la producció de compostos bioactius, en particular acemanà i pectines, amb qualitat superior mitjançant l'ús adequat d'aigua salina en el conreu. També assenyala el potencial de l'Aloe ferox com a alternativa funcional a l'Aloe vera i la necessitat de regulacions, centrades en l'anàlisi del contingut d'acemanà i del seu grau d'acetilació, per assegurar la qualitat dels productes alimentaris presents al mercat basats en l'Aloe vera.