Análisis comparativo entre jarabe de agave azul (Agave tequilana Weber var. azul) y otros jarabes naturales
Comparative analysis between blue agave syrup (Agave tequilana Weber var. azul) and other natural syrups
Erika Mellado-Mojica, Mercedes Gpe. López-Pérez*
Departamento de Biotecnología y Bioquímica. Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN. Unidad Irapuato. Km 9.6 Lib. Norte Carretera Irapuato-León. 36821. Irapuato, Guanajuato. México. *Autor responsable. (mlopez@ira.cinvestav.mx).
]]>Recibido: marzo, 2012.
Aprobado: abril, 2013.
Resumen
El jarabe de agave azul (Agave tequilana Weber var. azul) es la sustancia dulce natural producida por hidrólisis de los fructanos almacenados en la planta de maguey. Este endulzante se ha popularizado por su capacidad prebiótica e índice glucémico bajo respecto a otros jarabes y mieles naturales. Las marcas comerciales, distribuidores, producción y comercialización de estos jarabes han incrementado, por ello es conveniente conocer sus características físicas y químicas y contrastarlas con las de otros productos del mismo tipo. En el presente estudio se determinaron el contenido de sólidos solubles totales (SST) y de humedad, pH, perfil de carbohidratos y algunas características sensoriales de 29 muestras de jarabes de agave azul, maíz y caña, y miel de abeja. El jarabe de agave azul, en promedio tuvo SST equivalentes a 76 °Brix, 22 % de humedad (% H) y pH 4; en contraste la miel presentó el contenido mayor de SST (82 °Brix), el menor de humedad (16 % H) y pH (pH 3.7). La cromatografía en capa fina (TLC) y cromatografía de intercambio aniónico de alta resolución, acoplada a un detector de pulso amperométrico (HPAEC-PAD), mostró que el jarabe de agave azul contiene principalmente fructosa y fructooligosacáridos; los de maíz y caña y la miel contienen glucosa, sacarosa y maltooligosacáridos con perfiles diferenciables.
Palabras clave: Agave tequilana Weber var. azul, endulzante natural, fructooligosacáridos, jarabe de agave azul, perfil de carbohidratos, propiedades físicas y químicas.
Abstract
The blue agave syrup (Agave tequilana Weber var. azul) is the natural sweet substance produced by hydrolysis of fructans stored in the agave plant. This sweetener has become popular for its prebiotic capacity and low glycemic index compared to other natural syrups and honeys. The trademarks, distributors, production and commercialization of these syrups have increased; therefore, it is important to know their physical and chemical characteristics and contrast them with other products of the same type. In this study we determined the content of total soluble solids (TSS) and of humidity, pH, carbohydrate profile and some sensorial characteristics of 29 samples of blue agave and corn, sugarcane syrups, and honey. The blue agave syrup, on average, had TSS equivalent to 76 °Brix, 22 % humidity (% H) and pH 4; in contrast, honey showed the highest TSS content (82 °Brix), the lowest values of humidity (16 % H) and pH (pH 3.7). Thin-layer chromatography (TLC) and anion-exchange chromatography with high-performance coupled to a pulsed amperometric detector (HPAEC-PAD), showed that the blue agave syrups contains mainly fructose and fructooligosaccharides; those of corn, sugarcane, and honey contain glucose, sucrose and maltooligosaccharides with differentiated profiles.
]]> Key words: Agave tequilana Weber var. azul, natural sweetener, fructooligosaccharides, blue agave syrup, carbohydrate profile, physical and chemical properties.
INTRODUCCIÓN
Las plantas del género Agave almacenan fructanos (polímeros de fructosa) como principal carbohidrato de reserva (López et al., 2003; Mancilla-Margalli y López, 2006). En este género, Agave tequilana Weber var. azul sobresale como un cultivo con importancia agronómica en México por ser la materia prima principal para la elaboración de tequila (NOM, 2006), por la capacidad prebiótica de sus fructanos y su efecto sistémico en la salud (Urías-Silvas et al., 2008; Urías-Silva y López, 2009). Los fructanos de Agave sp. disminuyen los niveles de glucosa y colesterol sérico e incrementan la absorción de calcio en los huesos (Urías-Silvas et al., 2008; García-Vieyra y López, 2010). El gran número de marcas comerciales y distribuidores de jarabe de agave azul reflejan el incremento de su producción y aceptación como endulzante en México y otros países (NMX, 2008; Phillips et al., 2009). Según la Norma Mexicana NMX, 2008 (NMX-FF-110-SCFI-2008) el jarabe de agave azul es la sustancia dulce natural producida por hidrólisis de sus fructanos y no debe contener aditivos alimentarios, almidones, melazas, glucosa, dextrinas, fructosa u otros azúcares de otro origen. No obstante su popularidad, la literatura disponible acerca del jarabe de agave azul está relacionada con producción (Partida et al., 1998), diseño de estrategias biotecnológicas para ese fin (García-Aguirre et al., 2009), capacidad antibacteriana (Davidson y Ortiz de Montellano, 1983) y potencial como antioxidante (Phillips et al., 2009). Por tanto, es necesario conocer sus características físicas y químicas y los carbohidratos que contiene, lo que permitirá validar su autenticidad, calidad e impacto en la salud. El objetivo de este estudio fue determinar las propiedades físicas y químicas del jarabe de agave azul, identificar el tipo y abundancia de sus carbohidratos y compararlos con otros endulzantes naturales.
MATERIALES Y MÉTODOS
Estándares de carbohidratos
Para la identificar y cuantificar los mono y disacáridos se usaron estándares de glucosa, fructosa y sacarosa de Sigma-Aldrich (EE.UU.), los de los fructooligosacáridos (FOS) kestosa, nistosa y kestopentaosa fueron de Wako Pure Chemicals (Japón), y los de los maltooligosacáridos (MOS) de Supelco (EE.UU.).
Muestras analizadas de jarabes y miel
Se analizaron 29 productos adquiridos en supermercados de las ciudades de Arandas, Jalisco; Celaya, Guanajuato; Distrito Federal; Guadalajara, Jalisco; Irapuato, Guanajuato; Morelia, Michoacán; Oaxaca, Oaxaca; Tuxtla Gutiérrez, Chiapas; Veracruz, Veracruz; y Zacatecas, Zacatecas. El número de muestras y la nomenclatura fue la siguiente: 15 muestras de jarabe de agave azul (JA), 2 muestras de jarabe de maíz (JM), 2 muestras de jarabe de caña (JC) y 10 muestras de miel de abeja (MA). Previo a su análisis las muestras se homogenizaron durante 60 min con agitación a 500 rpm y 50 °C, se sonicaron 30 min, se enfriaron a temperatura ambiente (25 °C) y se almacenaron a 20 °C.
]]> Sólidos solubles totales y contenido de humedadLos SST (°Brix), la humedad (% H) y pH se cuantificaron según las especificaciones y métodos de la Norma Mexicana (NMX, 2008) para el producto denominado jarabe de agave azul elaborado con Agave tequilana Weber var. azul. Se evaluaron tres repeticiones de cada muestra.
El contenido de SST y de humedad se determinaron en un refractómetro Abbé Carl Zeiss 736008 (Jena, Alemania) en 200 mL de muestra; la lectura se obtuvo en °Brix y en la escala de índice de refacción. El porcentaje de humedad se calculó con la tabla de equivalencias de índice de refracción y contenido de humedad, descrita en la United States Standards for Grades of Extracted Honey (USDA, 1985[1]).
pH
El pH de las muestras se midió con un potenciómetro 3510 pHmeter Jenway (EE.UU.), en tres alícuotas de una solución con 10 g de jarabe en 75 mL de agua destilada libre de dióxido de carbono.
Color
El color de las muestras se determinó con la absorbancia a 560 nm en un espectrofotómetro Benchmark-Plus Microplate de Biorad (EE.UU.), de acuerdo con el protocolo descrito en United States Standards for Grades of Extracted Honey (USDA, 1985[1]). Se usó glicerol como blanco y el color se definió según la escala para miel de abeja.
Contenido de carbohidratos en los jarabes y mieles
Los carbohidratos se identificaron y cuantificaron con cromatografía en capa fina y cromatografía de intercambio aniónico de alta resolución, acoplada a un detector de pulso amperométrico.
Análisis por cromatografía en capa fina (TLC)
]]> Se aplicó 1 mL de las soluciones acuosas de los jarabes (100 mg mL -1) a las placas de silica gel con soporte de aluminio. Las placas de TLC se desarrollaron en un sistema de solventes butanol/propanol/agua (Kanaya et al., 1978) y la presencia de los carbohidratos se detectó con anilina/difenilamina/ácido fosfórico en acetona (Anderson et al., 2000).Análisis por cromatografía de intercambio aniónico de alta resolución acoplada a un detector de pulso amperométrico (HPAEC-PAD)
En los jarabes y miel se cuantificaron glucosa, fructosa y sacarosa mediante HPAEC-PAD con un cromatógrafo de iones Dionex ICS-3000 (USA), con una guarda-columna CarboPac PA-100 y columna CarboPac-PA100. Para el análisis se usaron 25 mL de las muestras diluidas (0.2 mg mL -1 con agua desionizada y se filtraron a través de una membrana de nylon de 0.45 mm). La separación de los carbohidratos se realizó con un gradiente de acetato de sodio (0-500 mM) en NaOH 150 mM, con un flujo de 0.8 mL min -1 y temperatura de columna de 25 °C. El potencial aplicado para la detección por pulso amperométrico para E1 (400 ms), E2 (20 ms), E3 (20 ms) y E4 (60 ms) fue +0.1, -2.0, +0.6 y -0.1 V (Mellado-Mojica y López, 2012).
RESULTADO Y DISCUSIÓN
Sólidos solubles totales, humedad y pH
Los jarabes de agave azul tuvieron el contenido promedio menor de SST (76.41 °Brix) y el mayor de humedad (22 % H) (Cuadro 1), el jarabe de maíz (77 °Brix y 21.5 % H) tuvo valores cercanos a los del jarabe de agave azul, y el jarabe de caña y la miel tuvieron el contenido de SST mayor y la humedad menor (79 °Brix/ 19 % H, y 82 °Brix/16 % H). Los valores de ambas características de los jarabes de agave azul estuvieron en el intervalo especificado por la Norma Mexicana para este producto; los valores máximos y mínimos se detectaron en las muestras JA4 y JA12, y los de esta última fueron menores a los de la Norma (NMX, 2008). Esto es relevante porque un jarabe de agave azul con contenido bajo de SST y alto de humedad es susceptible al desarrollo de patógenos y disminuirá su calidad (NMX, 2008).
El pH también difirió entre los endulzantes y fue ligeramente ácido (3.47 a 5.08). El pH promedio de los jarabes de agave azul fue 4, y el de las muestras JA1 y JA2 fue el mayor (4.4) y menor (3.69) de ese grupo. El pH del jarabe de agave azul indicado en la Norma es de 4 a 6; varias de las muestras analizadas no cumplieron con la normatividad pues su pH fue menor, pero sus valores coinciden con el reportado por López et al. (2011). Así, el pH del jarabe de agave azul más frecuente es cercano a 4.
Las mieles tuvieron el pH menor (3.72), los jarabes de agave azul (pH 3.97) y de maíz (pH 4.5) tuvieron valores intermedios y el de caña (pH 4.95) fue el mayor.
Los valores de SST, contenido de humedad y pH coincidieron con las especificaciones en la NNDSR (USDA, 2011[2]) para jarabes de maíz, y de caña, y la miel. Esto permite señalar que las tres características de los jarabes y miel son típicas de cada tipo y podrían validar la autenticidad y calidad de esos productos.
]]> ColorEl jarabe de agave azul y la miel presentaron la gama mayor de colores; en contraste, los jarabes de maíz y de caña tuvieron una tonalidad única (Cuadro 2). Por tanto, el color no es una variable adecuada para validar o identificar estos endulzantes.
Identificación y contenido de carbohidratos
Los carbohidratos, separados con TLC e identificados mediante estándares (Cuadro 3), de cada jarabe o miel son específicos, y diferentes entre los productos con origen diverso (Figura 1). La misma metodología mostró que los jarabes de agave azul contienen fructosa en abundancia y algunos contienen trazas de FOS DP≤4 (kestosa y nistosa), formados en la hidrólisis de los fructanos de A. tequilana Weber var. azul cuando se elabora el jarabe (García-Aguirre et al., 2009 y NMX, 2008). El jarabe de maíz y caña presentaron glucosa y MOS, y la presencia de sacarosa diferenció al jarabe de caña. La miel presentó glucosa, fructosa, maltosa, maltotriosa y un trisacárido de coloración rojiza cuyo factor de retardo (FR) estuvo entre los carbohidratos.
El análisis HPAEC-PAD mostró que glucosa, fructosa y sacarosa fueron azúcares comunes y los más abundantes en los endulzantes. Los cromatogramas (Figuras 2 y 3) mostraron patrones similares, como la presencia y abundancia de esos tres azúcares en las muestras de cada tipo (Figura 2A-2D) y diferentes entre los tipos de endulzantes (2E).
Mediante HPAEC-PAD (Figura 2A) se confirmó la abundancia de fructosa, la escasez de glucosa y ausencia aparente de sacarosa en los jarabes de agave azul. El jarabe de maíz presentó relación inversa de azúcares, respecto al de agave azul, ya que la glucosa fue más abundante que la fructosa (Figura 2B). La gran abundancia de sacarosa en el jarabe de caña permitió diferenciarlo del de maíz (Figura 2C); así, la presencia y abundancia del disacárido podría usarse para diferenciarlos. Lo anterior contrastó con la miel, pues presentó contenido similar de glucosa y fructosa, y ausencia de sacarosa (Figura 2D).
Los resultados confirman que la presencia o ausencia y abundancia de glucosa, fructosa y sacarosa (Figura 2E), puede ser una herramienta en el análisis de autenticidad de los jarabe de agave azul y usarse para identificar algunos adulterantes.
Mediante HPAEC-PAD se obtuvo el perfil (tipo y abundancia) de oligosacáridos de los jarabes y miel, se reconoció el perfil similar de ellos entre las muestras de cada tipo de jarabe o miel, y la diferencia entre los tipos (Figura 3). Los cromatogramas corresponden a una muestra representativa de las diversas muestras de cada tipo de jarabe de agave azul.
]]> Los oligosacáridos diferentes a sacarosa presentes en los jarabes de agave azul son conocidos como fructooligosacáridos, con DP<5, incluyeron 1-kestosa (K), neokestosa (NK) y nistosa (N) (Figura 3A). En contraste, los jarabes de maíz y caña presentaron maltooligosacáridos con un DP2 a DP9, y fueron más abundantes en el jarabe de maíz (Figura 3B-3C). También se confirmó la presencia de maltosa, maltotriosa y maltotetraosa en la miel y hubo otros carbohidratos diferentes a los incluidos como estándares en el estudio (Figura 3D). Además de los MOS identificados en la miel, se han reportado varios oligosacáridos, como erlosa, rafinosa, turanosa y laminariobiosa (Cotre et al., 2003; Megherbi et al., 2009; Alvarez-Suarez et al., 2010) y alguno de estos puede corresponder con los compuestos no identificados.El perfil de oligosacáridos del jarabe de agave azul fue único por la presencia de fructooligosacáridos (Figura 3E) y oligosacáridos diferentes a los de los otros jarabes y miel. Esto indica que mediante HPAEC-PAD es posible establecer diferencias inequívocas entre los endulzantes analizados, y reconocer su origen y calidad. HPAEC-PAD es una herramienta para identificar la presencia y tipo de otros jarabes que pudieran usarse como adulterantes de los jarabes de agave azul, por el tipo de los oligosacáridos.
El contenido de glucosa, fructosa y sacarosa fue similar entre las muestras del mismo tipo y diferente entre los tipos de jarabes y miel. Los resultados de los análisis cualitativos de TLC coincidieron con los de HPAEC-PAD (Figura 4).
El contenido de fructosa en los jarabes de agave azul fue mayor a 500 mg g -1 y el de glucosa en promedio es menor a > 150 mg g -1, en contraste con la fructosa formada por la hidrólisis de los fructanos en el género Agave (López et al., 2003), y en el jarabe de maíz la glucosa y los MOS derivan de la hidrólisis del almidón de maíz. En el jarabe de caña, la sacarosa es la más abundante (>300 mg g -1) y contrasta con la glucosa y fructosa (< 200 mg g -1). En la miel el contenido de glucosa es similar al de fructosa (320 y 370 mg g -1) y la sacarosa (40 mg g -1) y representa < 5 % de la muestra.
La relación fructosa/glucosa (relación F/G) es usada para determinar el dulzor en edulcorantes (Figura 4). Los jarabes de agave azul tuvieron los valores mayores de la relación F/G (> 5) respecto a los otros endulzantes, y el orden decreciente fue miel, jarabe de caña y jarabe de maíz.
CONCLUSIONES
Los jarabes de agave azul pueden ser diferenciados de otros edulcorantes por su contenido de SST, pH, tipo y contenido de carbohidratos. Las evaluaciones en este estudio son herramientas adecuadas para el estudio comparativo y de calidad del jarabe de agave azul y otros jarabes y mieles naturales
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