Evaluación del contenido de carotenos en diferentes variedades de yuca (Manihot esculenta Crantz)

y batata (Ipomea batatas L.)

Moralba Domínguez GarcíaRequisito para optar al título de Química

Contenido

1. Introducción

2. Objetivos

3. Metodología

4. Resultados y Discusión

5. Conclusiones

INTRODUCCION

Se clasifican en

carotenos y

xantofilas

Se clasifican en

carotenos y

xantofilas

Se oxida e isomeriza

fácilmente

Se oxida e isomeriza

fácilmente

Bloquea reacciones

mediadas por

radicales libres

Bloquea reacciones

mediadas por

radicales libres

Son lipofílicos e

insolubles en agua

Son lipofílicos e

insolubles en agua

Absorbe luzAbsorbe luz

CAROTENOIDESCAROTENOIDES

Se clasifican en

carotenos y

xantófilas

Se clasifican en

carotenos y

xantófilas

Se oxidan e

isomerizan

fácilmente

Se oxidan e

isomerizan

fácilmente

Bloquean las

reacciones de los

radicales libres

Bloquean las

reacciones de los

radicales libres

Son lipofílicos e

insolubles en agua

Son lipofílicos e

insolubles en agua

Absorben luz visibleAbsorben luz visible

CAROTENOIDESCAROTENOIDES

Vitamina A

Trans-β-caroteno

Retinol

DVA en el mundo

250.000.000 de niños

estan en riesgo de

padecerla.

Anualmente causa la

ceguera de 250.000-500.000, dos tercios de

estos mueren a los pocos

meses de quedarse ciegos

Yuca (Manihot esculenta Crantz)

Batata(Ipomea batatas L.)

Componente básico en la dieta de

más de 1000 millones de personas

Séptimo cultivo alimenticio en

producción en peso

SensibilidadSensibilidad

ExactitudExactitud

PrecisiónPrecisión

LinealidadLinealidad

Validación de métodos

analíticos

Validación de métodos

analíticos

OBJETIVOS

Objetivo GeneralEvaluar y comparar el contenido de carotenos en diferentes

variedades de yuca (Manihot esculenta Crantz) y batata (Ipomea

batatas L.).

Objetivos Específicos- Determinar el porcentaje de recuperación del proceso de

extracción de carotenos en yuca y batata.

- Validar estadísticamente dos metodologías para la cuantificación de trans-β-caroteno por HPLC en yuca y batata.

- Cuantificar el contenido de carotenos totales y de trans-β-caroteno en once variedades de yuca cultivadas en cuatro ambientes diferentes y el de cinco variedades de batata con sus diferentes productos procesados.

METODOLOGIA

Muestras de Yuca

• 11 Variedades

• 4 Localidades

• 3 Repeticiones biológicas

• 2 Cosechas (9 y 11 meses)

BajaArcilloso6,24,34,426,2300Villavicencio

MediaArcilloso7,36,17,223,01070S. Quilichao

AltaArcilloso53,13,57,223.81000Palmira

BajaArenoso3,73,96,227,230Barranquilla

(ppm)(%)(C)(m)

FertilidadTexturaP Mat.OrgpHTemp. Altura Localidad

Estudio Genotipo Ambiente - Programa de Mejoramiento de Yuca (CIAT)

Muestras de batata

RaízRaízRaíz

1 colada

2 panes

2 croquetas

2 harinas2 harinas3 harinas

CocciónCocciónCocción

3 repeticiones3 repeticiones3 repeticiones

5 variedades3 variedades3 variedades

Ensayo 3Ensayo 2Ensayo 1

Estudio de fortificación de alimentos - CLAYUCA

Extracción de raíces de yuca

Chavez, 2005

Pelado Pesado Homogenización

CentrifugaciónSeparaciónDetección

Extracción raíces de batata

Rodriguez-Amaya, 2004

Pelado Pesado Homogenización

Filtración

SeparaciónSecadoDetección

Porcentaje de recuperación durante la extracción

Proceso de extracción requerido para cada material vegetal

100% ×=µ

mXR

Cuantificación de trans-β-caroteno

Método Isocrático (A) Método Gradiente (B)

Flujo: 0.8 mL/min. Volumen de inyección: 20 µL. Detector VIS: 450 nm

Tf = 75 min.

0%

20%

40%

60%

80%

100%

To Tf

Por

cent

aje

(%)

MeOH MTE

Tf = 47 min.

0%

20%

40%

60%

80%

100%

To Tf

Por

cent

aje

(%)

MeOH MTE

Validación de la metodología para determinar trans-β-caroteno

- Linealidad

- Precisión:

19113Reproducibilidad (solo met. A)

1233Precisión intermedia del método

1133Precisión intermedia instrumental

1116Repetibilidad

LaboratoriosAnalistasDíasInyeccionesEnsayo

- Exactitud: Calculado a partir del porcentaje de

recuperación de curvas de adición estándar

- Sensibilidad:LD y LC, calculados a partir de dos métodos.

Método de bajas Método Miller

concentraciones

nb

syLD blbl 3+

=

nb

syLC blbl 10+

=

xyblLD syY /3+=

xyblLC syY /10+=

RESULTADOS Y

DISCUSION

Porcentaje de recuperación durante el proceso de extracción

7,78CV%

6,89DE

88,60Media

87,6121,7324,81

82,2514,2817,36

95,938,338,68

Recuperación (%)

Concentración hallada (µµµµg/g)

Concentración teórica (µµµµg/g)

Yuca

t calc: 2.54, t crit: 4.30 (α=0.05,n=3)

t calc < t crit

2,901CV%

2,849DE

98,220Media

94,97455,02557,937

99,38038,38538,625

100,30719,37219,312

Recuperación (%)

Concentración hallada (µµµµg/g)

Concentración teórica (µµµµg/g)

Batata

t calc: 1.06, t crit: 4.30 (α=0.05,n=3)

t calc < t crit

Validación de los métodos A y B

Linealidad del método AIntervalo: 4.0 a 97.0 µg/mL

y = 128.323 (± 0.663) x -19.512 (± 34.488)

r2 = 0.9994.0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0

Concentración trans-B-caroteno (ug/mL)

Áre

a tr

ans-

B-c

arot

eno

Linealidad del método BIntervalo: 4.7 a 42.3 µg/mL

y =124,594 (± 0,737) x -15,402 (± 18,411)

r2 : 0.9994.0.00

1000.00

2000.00

3000.00

4000.00

5000.00

6000.00

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0

Concentración trans-B-caroteno (ug/mL)

Áre

a tr

ans-

B-c

arot

eno

Método A

tcal < tcritgl=19, P = 0.052.0930.566Proporcionalidad

tcal > tcritgl=19, P = 0.052.093193.56Linealidad

Gcal < Gcritα=0.05, k=7, n=30.5612 0.5120 Cochran

Fcalc > FcritP=0.058.98x10-3337466.87Anova regresión

ConclusiónCondiciones de

tablasValor teórico

Valor calculado

Procedimiento estadistico

tcal < tcritgl=16, P = 0.052.1200.837Proporcionalidad

tcal > tcritgl=16, P = 0.052.120168.95Linealidad

Gcal < Gcritα=0.05, k=6, n=30.6160.560Cochran

Fcalc > FcritP=0.051.9 x10-2728545.30Anova regresión

ConclusiónCondiciones de

tablasValor teórico

Valor calculado

Procedimiento estadistico

Método B

-200

-100

0

100

200

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0

Concentración de trans-B-caroteno (ug/mL)

Res

idu

os-100

-50

0

50

100

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0

Concentración trans-B-caroteno (ug/mL)

Res

iduo

s

Precisión del método ARepetibilidad instrumental

1,61,59% CV

0,674,9DE

36,94713Media

36,546696

37,848285

36,346404

36,446513

37,347732

36,947151

Conc. (µµµµg/mL)

ÁreaInyección

Sensibilidad del método A

0.3770.113Miller

0.3220.256Bajas concentraciones

LC (µµµµg/mL)LD (µµµµg/mL)Método

0.1650.049Miller

0.2320.160Bajas concentraciones

LC (µg/mL)LD (µµµµg/mL)Método

Sensibilidad del método B

0.50.472% CV

0.115.6DE

26.63302.0Media

26.53284.06

26.63303.35

26.53292.04

26.73305.33

26.63299.02

26.83329.71

Conc. (µµµµg/mL)ÁreaInyección

Repetibilidad instrumental

Precisión del método B

Precisión del método B

Precisión intermedia instrumentalPrecisión intermedia instrumental

Precisión del método A

0,60,555% CV

0,337,7DE

53,16798Media

53,167883

52,7674923

52,767401

53,468353

53,2680222

5367841

53,668563

53,2681121

53,368191

Conc. (µµµµg/mL)

ÁreaInyecciónDía

0.30.272% CV

0.17.8DE

23.22872.0Media

23.12861.663

23.32883.5723

23.22873.441

23.22874.223

23.22869.5222

23.22871.691

23.32881.63

23.12860.1421

23.22870.581

Conc. (µµµµg/mL)

ÁreaInyecciónDía

Precisión intermedia del método A

47,119277,57

1,146,288957,513B

46,168962,37

1,4147,359198,16

1,945,668889,73A

47,009258,88

46,558977,03

2,046,759092,162B

45,098838,04

3,621,6745,098732,31

0,745,128844,472A

45,648800,96

45,108679,13

0,544,688665,821B

45,068667,55

4,8545,498957,47

7,244,898800,651A

39,837727,2

CV (%)CV (%)CV (%)Conc. (µµµµg/g)ÁreaDíaAnalista

Precisión intermedia del método B

109.52838.82

1.4110.232811.023

112.492807.23

107.422712.11

2.351.17108.72790.852

106.182728.35

111.932849.08

0.77113.682859.761

112.872847.85

CV (%)CV (%)Conc. (µµµµg/g)ÁreaDía

Reproducibilidad del método A

Resultados del estudio interlaboratorio de Harvestplus 2007, laboratorio CIAT=4

HPLC - Trans-beta-carotene

0

1

2

3

4

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20laboratory

co

ncen

trati

on

(u

g/g

)

HPLC - Trans-beta-carotene

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

laboratory

concentr

ation (ug/g

)

YucaCV: 1%

BatataCV: 2%

Exactitud del método A

3,420,883,03CV%

3,290,872,93DE

96,1598,7696,66Media

93,649,398,848,294,0410,26

94,944,6598,565,496,126,84

99,883,197,774,199,823,42

99,872,7

Recup.

(%)

Conc.

(ug/g)

Recup.

(%)

Conc.

(ug/g)

Recup.

(%)

Conc.

(ug/g)

Yuca 3Yuca 2Yuca 1

tcalc: 3.035, tcrít: 4.303 (n=3), tcalc < t crit

1,761,10,960,66(P=0.05)

120,21116,86126,64117,14128,32Pendiente

MediaYuca

3Yuca

2Yuca

1Curva patrón

Yucatcalc: 1.912, 2.815, y 2.249

tcrít: 4.303(n=3) y 3.182 (n=4), tcal < tcrít

Gcalc: 0.426, 0.398, y 0.380

Gcrít: 0.871 (n=3) y 0.768 (n=4), Gcalc < Gcrít

Batatatcalc: 0.054, 2.799, y 3.008

tcrít: 3.182 (n=4), tcalc< tcrít.

Gcalc: 0.364, 0.261, y 0.356

Gcrít:0.678 (n=4), Gcalc < Gcrít

2,733,9912,50CV%

2,623,7612,46DE

95,8994,4299,66Media

94,2114,0392,259,85108,737,31

93,2610,5298,347,39106,265,48

98,917,0196,794,92102,253,66

97,203,5190,322,4681,411,83

Recup.

(%)

Conc.

(ug/g)

Recup.

(%)

Conc.

(ug/g)

Recup

(%)

Conc.

(ug/g)

Batata 3Batata 2Batata 1

3,096,231,390,66(P=0.05)

129,44118,25120,24149,84128,32Pendiente

MediaBatata

3Batata

2Batata

1Curva patrón

tcalc: 0.142, tcrít: 4.303 (n=3), tcalc< tcrít

Exactitud del método B

Yucatcalc: 1.925, tcrít: 3.182 (n=4),

tcalc< tcrít

Gcalc: 0.276, Gcrít: 0.768(n=4)

Gcalc < Gcrít

4.954CV%

5.191DE

104.77Media

106.92118.8

107.18914.1

107.9579.4

97.0124.7

Recup. (%)Conc. (µg/g)

1.12CV%

1.14DE

101.42Media

101.6917.3

101.1712.97

102.778.65

100.034.32

Recup. (%)Conc. (µg/g)

Batata

tcalc: 0.258, tcrit: 3.182 (n=4),

tcalc< tcrít

Gcalc: 0.255, Gcrít: 0.678(n=4)

Gcalc < Gcrít

Método A vs. Método B

Muestras de YucaPrimera cosechaConcentración de carotenos totales: 0.27 - 9.22 µg/g

Concentración de trans-β-caroteno: 0.12 - 4.91 µg/g

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

CM

2177-2

CM

4919

HMC-1 MBRA

1251

MBRA

502

MBRA

517

MCOL

2199

MCOL

2279

MCOL

2436

MCOL

2489

MPER

297

Con

cent

raci

ón c

arot

enos

.

tota

les (u

g/g

MF)

Barranquilla Villavicencio Palmira S.Quilichao

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

CM

2177-2

CM

4919

HMC-1 MBRA

1251

MBRA

502

MBRA

517

MCOL

2199

MCOL

2279

MCOL

2436

MCOL

2489

MPER

297

Con

cent

raci

ón tra

ns-B

-

caro

teno

(ug

/g M

F)

Barranquilla Villavicencio Palmira S.Quilichao

Segunda cosechaConcentración de carotenos totales: 0.47 - 10.47 µg/g

Concentración de trans-β-caroteno: 0.21 - 4.39 µg/g

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

CM

2177-2

CM 4919 HMC-1 MBRA

1251

MBRA

502

MBRA

517

MCOL

2199

MCOL

2279

MCOL

2436

MCOL

2489

MPER

297

Con

cent

raci

ón c

arot

enos

.

tota

les

(ug/

g M

F)

Barranquilla Villavicencio Palmira S. Quilichao

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

CM

2177-2

CM

4919

HMC-1 MBRA

1251

MBRA

502

MBRA

517

MCOL

2199

MCOL

2279

MCOL

2436

MCOL

2489

MPER

297

Con

centr

ació

n tr

ans

B-

caro

teno

(ug/

g M

F)

Barranquilla Villavicencio Palmira S.Quilichao

No existe una interacción significativa genotipo por ambiente, las diferencias

se deben principalmente a la variedad

F = V + A + GxA

Carotenos totales = 81.97 % + 5.04 % + 10,49 %

Trans-β-caroteno = 59.79 % + 9.85 % + 22.18 %

DHMC-1CHMC-1

DCM 2172-2CCM 2172-2

CMBRA 502BMPER 297

BCMCOL 2279BMBRA 502

BMCOL 2436AMCOL 2279

AMPER 297AMCOL 2436

Trans-β-carotenoCarotenos totales

Muestras BatataEnsayo 1Orden de calidad nutricional con respecto a la variedad 440016: batata cocida > colada = croquetas M2 = pan M2 > croquetas M1 > pan M1.

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

Raiz Cocción Harina H. Prec HP Ext Coladas Croq M1 Croq M2 Pan M1 Pan M2

Con

cent

raci

ón c

arot

enos

.

tota

les (u

g/gM

F)

440050 440016 440396

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

Raiz Cocción Harina H. Prec HP Ext Colada Croq M1 Croq M2 Pan M1 Pan M2

Con

cent

raci

ón tr

ans-

B--

caro

teno

(ug/

g M

F)

440050 440016 440396

Ensayo 2La variedad 440016 es significativamente mayor a las demás y no existe

diferencia significativa entre la harina y la harina precocida.

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

Raíz Cocción Harina Har. Prec Raíz Cocción Harina Har. Prec

Carotenos totales trans-B-caroteno

Con

cent

raci

ón (

ug/g

MF

)

440016 440050 440396

Ensayo 3La variedad 440287 y la harina precocida son significativamente mayores a

las demás.

Las variedades evaluadas en el ensayo 2 (440016, 440050, 440396) mostraron

mayores contenidos que las variedades evaluadas en el ensayo 3.

0.00

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

Raíz Cocción Harina Har. Prec. Raíz Cocción Harina Har. Prec.

Carotenos totales trans-B-caroteno

Con

cent

raci

ón (

ug/g

MF

)

440016 440050 440396 440286 440287

Isomerización cis-transEl proceso de cocción, isomeriza el trans-β-caroteno aumentando el contenido

del isómero 13-cis-β-caroteno por causa del calor.

Perfil cromatográfico de batata fresca y cocida

Identificación de picos: 1. 13-cis-β-Caroteno, 2. trans-β-Caroteno

Batata fresca Batata cocida

CONCLUSIONES

♣ El porcentaje de recuperación del proceso de extracción de carotenos

en yuca es de 88.60 % y el de batata es de 98.22 %.

LD: 0.160 µg/mL

LC: 0.232 µg/mL

LD: 0.256 µg/mL

LC: 0.322 µg/mLSensibilidad

cerca 100%cerca 100%Exactitud

CV < 5%CV < 5%Precisión

√√Linealidad

Método BMétodo AParámetro

♣ La implementación del método B logró aumentar el número de

muestras evaluadas/día en HPLC a un menor costo.

♣ Las variedades de yuca evaluadas, no presentan una significativa

interacción genotipo por ambiente, sus diferencias se deben

principalmente a la variedad.

♣ Orden de calidad nutricional con respecto a la variedad 440016 de

batata es: batata cocida > colada = croquetas M2 = pan M2 > croquetas

M1 > pan M1.

♣ La variedad 440287 de batata presenta los mayores contenidos de

carotenos dentro del grupo evaluado.

♣ La harina precocida posee mayor contenido de carotenos totales, pero

similar contenido de trans-β-caroteno que la harina cruda.

♣ La cocción de la raíz fresca de batata disminuye la concentración de

trans-β-caroteno, aumentando el contenido del isómero 13-cis-β-

caroteno, pero disminuyendo su potencial como pro-vitamina A.

Agradecimientos

- Alba Lucía Chávez

- Harold Acosta Z.

- Yacenia Morillo

- Teresa Sánchez

- Sonia Gallego

- Hernán Ceballos

- Bernardo Ospina

- Universidad del Valle

- CIAT

Muchas Gracias!e-mail: picocerca@yahoo.com