Polyphenol content in Solanum lycopersicum under the action of a static magnetic field

Albys E. Ferrer Dubois,^I Yilan Fung Boix,^I Liliana M. Gómez Luna,^I Ann Cuypers^II

^ICentro Nacional de Electromagnetismo Aplicado. Universidad de Oriente, ave Las Américas s/n. Santiago de Cuba, Cuba. CP 90400. GP 4078.
^IICentro de Ciencias Ambientales. Universidad de Hasselt. Bélgica.

RESUMEN

Los polifenoles contribuyen a las propiedades antioxidantes de S. lycopersicum L. (tomate); planta en la cual se han evidenciado los efectos positivos de los campos magnéticos (CM) en la germinación y la productividad. De manera que fue necesario estudiar el contenido de polifenoles en frutos de tomate provenientes de plantas irrigadas con agua tratada con campo magnético estático (CME) a 150 mT. Se utilizó un diseño experimental completamente aleatorizado, donde las plantas control se irrigaron con agua normal y las plantas del segundo tratamiento se irrigaron con CME a 150 mT. A partir de los frutos maduros se prepararon extractos acuosos, etanólicos y con mezcla Folch (cloroformo:metanol, 2:1). Se cuantificaron los polifenoles totales por el método de Folin- Ciocalteu y se identificaron con la Cromatografía Líquida de Alta Resolución (HPLC) siglas en Inglés. Se realizó un ANOVA de Clasificación Simple y la Comparación de Múltiples Rangos con Diferencia Mínima Significativa. Los extractos acuosos presentaron un mayor contenido de polifenoles con relación a los etanólicos y a los elaborados con la mezcla Folch, con diferencias estadísticamente significativas. Todos los extractos procedentes de los frutos que recibieron el riego con agua tratada con CME mostraron una mayor cantidad de polifenoles. En los extractos acuosos elaborados a partir de frutos irrigados con CME, el contenido de polifenoles fue 1,25 veces mayor con relación a los extractos acuosos del tratamiento control. Se identificaron los polifenoles rutina, quercetina y ácido gálico, de los cuales se ha reportado su contribución significativa en la capacidad antioxidante de S. lycopersicum L.

Palabras clave: ácido gálico, HPLC, quercetina, rutina, tomate.

ABSTRACT

Polyphenols contribute to antioxidant properties of L. (tomato); plant in which they have demonstrated positive effects of magnetic fields (MF) on germination and productivity. So it was necessary to study the content of polyphenols in tomato fruits from plants irrigated with water treated with static magnetic field (SMF) to 150 mT. A completely randomized experimental design, where the control plants were irrigated with normal water and secondary treatment plants were irrigated with SMF to 150 mT was used. From ripe fruits aqueous ethanolic extracts and Folch mixture (chloroform:methanol, 2:1) were prepared. Total polyphenols were measured by the Folin - Ciocalteu and identified with high performance liquid chromatography (HPLC). Simple classification ANOVA and multiple range comparison with least significant difference were performed. Aqueous extracts had a higher content of polyphenols relative to the ethanol and made with the Folch mixture, with statistically significant differences. All extracts from fruits receiving irrigation with treated water with SMF showed most polyphenols. In aqueous extracts prepared from fruit irrigated with SMF, the polyphenol content was 1,25 times higher compared to the control treatment aqueous extracts. Polyphenols rutin, quercetin and gallic acid were identified, of which has been reported significant contribution in the antioxidant capacity of S. lycopersicum L.

Key words: gallic acid, HPLC, quercetin, rutin, tomato.

INTRODUCCIÓN

MATERIALES Y MÉTODOS

Una etapa del trabajo se realizó en el Centro Nacional de Electromagnetismo Aplicado (CNEA), en Santiago de Cuba. Se empleó la especie tomate (Solanum lycopersicum L.), híbrido Aegean. Las semillas presentaron buen estado fitosanitario y las suministró el Laboratorio Provincial de Semillas del Ministerio de la Agricultura (MINAG), en Santiago de Cuba, Cuba. Las plantas fueron cultivadas en condiciones semicontroladas en la casa de cultivo protegido “Veguita”. Las características del sustrato cumplían con los requerimientos planteados por el Ministerio de la Agricultura y las atenciones culturales fueron las normadas para la especie. Un espécimen se depositó en el Centro Oriental de Ecosistemas y Biodiversidad (BIOECO), de Santiago de Cuba, con el registro: BSC 21509.

El riego localizado se efectúo por microjet aéreo y por goteo, en dependencia a la fase de cultivo en que se encontraran las plantas.

Se utilizó un diseño experimental completamente aleatorizado con dos tratamientos y tres réplicas. Las plantas del primer tratamiento (control) fueron irrigadas con agua normal y en el segundo tratamiento se cultivaron con el riego de un agua tratada con un CME de 150 mT. Fueron seleccionados al azar diez frutos maduros por cada tratamiento.

Los frutos fueron secados en una estufa (MWL-200, VEB, Alemania) a 60 ⁰C por 72 h. Luego se pulverizaron en un molino eléctrico (IKA MHD 2000, China). Las operaciones realizadas facilitaron la extracción de los principios activos y se realizaron según la Norma Ramal de Salud Pública 310/91 (17). ]]>
Los extractos acuosos se elaboraron a 100 mg mL^-1 por infusiones en agua destilada. Se enfriaron y luego se centrifugaron durante diez minutos a 2000 rpm en una centrifuga (Centribio, MLW T24D, Alemania). El sobrenadante se filtró con un papel Whatman No. 4 y un filtro Millipore de 0,45 µm. Los extractos etanólicos se prepararon a partir de 100 mg mL^-1 del polvo de S. lycopersicum L. con etanol (70 %). Las mezclas se maceraron a temperatura ambiente en la oscuridad por siete días, con agitación periódica y posteriormente fueron concentradas hasta sequedad en un Rotoevaporador (Heidotpin 4011).

Los extractos concentrados se resuspendieron en agua bidestilada, se centrifugaron y los sobrenadantes se filtraron de igual forma que en el extracto acuoso. Para preparar los extractos con mezcla Folch, el polvo de S. lycopersicum se mezcló con una solución que contenía cloroformo y metanol (2:1, v/v).

En la Tabla I se muestra una descripción de los extractos utilizados. En cada extracto se determinó el contenido de polifenoles totales de acuerdo al método establecido (18). Los extractos se mezclaron con 0,2 mL del reactivo Folin-Ciocalteu (1N) y posteriormente se adicionaron 0,4 mL de carbonato de sodio (7,5 %).

La mezcla de la reacción se mantuvo a 45 ⁰C por 40 minutos. Se midió la absorbancia a una longitud de onda (Λ) de 765 nm en un espectrofotómetro (1650PC: uv-visible Shimadzu). Se realizó una curva de calibración con ácido gálico estándar (2,5-20 μg mL^-1)
y las concentraciones se expresaron como mg de polifenoles totales por gramo de masa seca (mgPFT g masa seca).
]]> Para identificar algunos polifenoles se realizó la Cromatografía Líquida de Alta Resolución (HPLC, Shimadzu) con una columna Teknokroma Tracer Extrasil Cromasil (C18, ODS2 5 µm). La fase móvil estuvo constituida por tres eluyentes: A (agua y ácido acético, 99:1, v/v), B (acetonitrilo) y C (agua, acetonitrilo y ácido acético, 67:32:1, v/v/v). El volumen de inyección fue 20 μL con un flujo de 0,8 mLmin^-1.

La identificación de los polifenoles se realizó con una longitud de onda ultravioleta de 330 nm. Los picos cromatográficos fueron confirmados por comparación de su tiempo de retención (tr) con los obtenidos en los patrones comerciales de referencia estándar. Se identificaron los polifenoles rutina, quercetina y ácido gálico. Todas las operaciones cromatográficas se realizaron a temperatura ambiente y por triplicado.

Para el procesamiento estadístico se utilizó el test de Kolmogorov–Smirnov para comprobar la normalidad de las distribuciones. Para determinar las diferencias entre los tratamientos se realizó un Análisis de Varianza de Clasificación Simple y la Prueba de Comparación de Múltiples Rangos Diferencia Mínima Significativa (LSD) de Fisher.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Todos los extractos procedentes de los frutos que recibieron el riego con agua tratada con CME mostraron un contenido más alto de polifenoles. Entre los seis extractos analizados, los extractos acuosos presentaron un mayor contenido de polifenoles con relación a los extractos etanólicos y a los elaborados con la mezcla Folch. (Tabla II).

De forma general, el extracto acuoso preparado a partir de frutos tratados con CME tuvo diferencias estadísticamente significativas con relación a los otros extractos para un 95 % de confiabilidad. Los polifenoles son muy solubles en agua y por eso el solvente acuoso facilitó una mejor extracción de estos metabolitos. En el extracto acuoso provenientes de frutos irrigados con CME a 150 mT el contenido de polifenoles fue 1,25 veces mayor con respecto a los extractos acuosos del tratamiento control. Los mayores valores de polifenoles obtenidos son ligeramente superiores a los reportados en otras investigaciones (19, 20, 21). Se plantea que S. lycopersicum L. contiene cantidades importantes de compuestos antioxidantes con altos niveles de actividad biológica (2, 22, 23, 24). Puede considerarse que el agua tratada con CME, al llegar a las células de las plantas de S. lycopersicum L. produjo una alteración en el potencial de la membrana celular, causando cambios en su polarización y permeabilidad.
]]> Se ha reportado que el tratamiento magnético del agua produce cambios en las propiedades físico- químicas del agua, principalmente en los puentes de hidrógeno, la polaridad, la tensión superficial, conductividad, pH y solubilidad de las sales (25, 26, 27). En la literatura se plantean las modificaciones que el tratamiento magnético causa en las moléculas de agua (28, 29). Se ha demostrado que el agua después de atravesar un CM adquiere una estructura más homogénea. Por tal motivo la absorción de nutrientes se incrementa después del empleo de agua tratada magnéticamente, al producirse una mayor entrada de estos elementos a través de los poros o canales de la membrana celular, por una mejor orientación de los iones. Estas modificaciones pueden alterar las características de las membranas celulares y la reproducción celular, entre otros procesos (30). Consecuentemente, puede considerarse que el CM consiguió inducir un aumento en los procesos metabólicos y la actividad enzimática de los frutos de S. lycopersicum L. con los sucesivos cambios moleculares y celulares, que contribuyeron a un incremento de los polifenoles. Se ha reportado que las inducciones cercanas a 1T, como la experimentada en esta investigación, no ofrecen toxicidad al hombre ni al medio ambiente (31, 32), por lo que las plantas expuestas a este tratamiento físico son inocuas.

Diversos investigadores han experimentado la acción de los campos magnéticos y eléctricos en el contenido de polifenoles de varias especies vegetales. Plántulas de Zea mays (maíz) aumentaron este grupo de metabolitos cuando fueron irradiadas con CEM
durante su crecimiento (33). En Cicer arietinum L. (garbanzo) se obtuvo un efecto favorable en los fenoles totales luego de la irrigación de las plantas con un CM (34). Resultados similares fueron observados en plantas de Vicia faba L. (habichuela) (35),
Triticum spp. (trigo), Pisum sativum (guisante), Linum y Lens culinaris (lenteja) (36). La exposición a un CEM de baja frecuencia incrementó los niveles de fenoles en plantas de Satureja (37). Se ha demostrado que el CEM puede activar las funciones celulares y bioquímicas para mejorar la generación de compuestos bioactivos (16, 38), por lo tanto en esta investigación se corroboran de forma general estos resultados.

En los seis extractos preparados se identificaron los polifenoles rutina, quercetina y ácido gálico empleando HPLC (Tabla III). A pesar de la aplicación del CME, en las plantas se evidenció la presencia de los tres polifenoles en los frutos. Se puede considerar que la acción de este agente físico no tuvo incidencia negativa en la síntesis de estos metabolitos secundarios. Específicamente la rutina y la quercetina son flavonoides y el ácido gálico, es un ácido fenólico; de los cuales se ha demostrado su actividad antioxidante en varias plantas (39, 40). En S. lycopersicum L. estos polifenoles tienen una contribución significativa en la capacidad antioxidante total en sus frutos y en su aporte nutricional (21, 41, 42).

Varios artículos reportan los beneficios de los polifenoles de S. lycopersicum L. para la salud humana (22, 24), los cuales pueden favorecerse con la aplicación de los CM. Se han obtenido altas concentraciones de quercitina, carotenoides, ácido ascórbico, además del licopeno con la influencia de CEM (43) y CME (44). Estos resultados pudieran relacionarse con los reportes sobre el aumento de la capacidad antioxidante en esta especie (45, 46).
]]> Con las evidencias obtenidas se denota la importancia de la aplicación del riego con un CME de 150 mT en el cultivo de S. lycopersicum L. para favorecer la síntesis de polifenoles. Teniendo en cuenta estas potencialidades se podría incidir favorablemente en una mayor cantidad de estos metabolitos y a su vez en su acción farmacológica en la defensa antioxidante del organismo humano.

CONCLUSIONES

El contenido de polifenoles en los extractos fue dependiente del tratamiento magnético y del solvente utilizado para la extracción. El empleo de una inducción magnética de 150 mT en el agua de riego puede aumentar 1,25 veces la síntesis de polifenoles en frutos de S. lycopersicum. L. Se identificaron los polifenoles rutina, quercetina y ácido gálico, lo cual evidenció que el CME de 150 mT no tuvo influencia negativa en la existencia de estos polifenoles. Se avala el empleo de esta planta como un potente nutraceútico y la aplicación del CME como una alternativa para potenciar su contenido de polifenoles.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen el soporte financiero recibido por el Proyecto VLIR-IUC UO de Bélgica y Cuba. Se agradece también al Centro de Ciencias Ambientales de la Universidad de Hasselt, en Bélgica y al Centro Nacional de Electromagnetismo Aplicado (CNEA) de la Universidad de Oriente, en Cuba.

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Recibido: 15 de mayo de 2015
Aceptado: 29 de enero de 2016

Albys E. Ferrer Dubois, Centro Nacional de Electromagnetismo Aplicado. Universidad de Oriente, ave Las Américas s/n. Santiago de Cuba, Cuba. CP 90400. GP 4078. Email: albysf@gmail.com