1 Laboratorio de Investigación Química y Farmacológica de Productos Naturales, Facultad de Química, Universidad Autónoma de Querétaro, Cerro de las Campanas S/N, 76010 Керетаро, QRO, Мексико

opuntia

2 Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Querétaro, Carretera a Chichimequillas s/n, 76140 Керетаро, QRO, Мексико

3 FES-Cuautitlán, Universidad Nacional Autónoma de México, Laboratorio de Procesos de Transformación y Tecnologías Emergentes en Alimentos, Km 2.5 Carretera Cuautitlán-Teoloyucan, San Sebastián Xhala, 54714 Cuautitlán Izcalli, MEX, Мексико

4 Departamento de Nanotecnología, Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada, Universidad Nacional Autónoma de México, Campus Juriquilla, AP 1-1010, 7600 Керетаро, QRO, Мексико

5 Departamento de Ingeniería Molecular de Materiales, Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada, Universidad Nacional Autónoma de México, Campus Juriquilla, AP 1-1010, 7600 Керетаро, QRO, Мексико

6 Facultad de Ciencias Naturales, Universidad Autónoma de Querétaro, Avenida de las Ciencias S/N, 76230 Керетаро, QRO, Мексико

Резюме

Анализи на калциеви съединения в кладоди, разтворими диетични фибри (SDF) и неразтворими диетични фибри (IDF) на Opuntia ficus indica се отчитат. Характеризирането на калциевите съединения се извършва чрез използване на сканираща електронна микроскопия, енергодисперсна спектрометрия, рентгенова дифракция и инфрачервена спектроскопия. За количествено определяне на общия калций и калциевите съединения са използвани атомна абсорбционна спектроскопия и титриметрични методи. Във всички проби са идентифицирани Whewellite (CaC2O4 · H2O), weddellite (CaC2O4 · (H2O) 2.375) и калцит (CaCO3). Значителни разлики (

) в общото съдържание на калций са открити между пробите. Съдържанието на CaC2O4 · H2O в кладодите и IDF е значително по-високо () в сравнение с това, наблюдавано при SDF, докато минималната концентрация на CaCO3 е открита в IDF по отношение на съдържанието на CaCO3, наблюдавано в кладодите и SDF. Освен това, моларното съотношение оксалат: Са 2+ във всички проби се променя в диапазона от 0,03 до 0,23. Тези резултати потвърждават, че бионаличността на калций в O. ficus indica модифицира според разпределението на калциевите съединения.

1. Въведение

В Мексико 21% от хората над 20 години имат недостиг на прием на калций. Съдържанието на калций в мексиканската диета покрива само 50% от препоръчителния дневен прием (1200 mg/ден) [1]. Дефицитът на калций причинява заболявания на костната система, тоест остеопороза, която е обществено здравен проблем, поради факта, че това заболяване е сред осемте водещи причини за болнична заболеваемост с преобладаване от 8% сред мексиканското население [2]. Поради тази причина се засилва интересът към наблюдение и увеличаване на консумацията на диетичен калций. Освен това напоследък здравните специалисти предприемат действия по въпроса [3].

Освен това е доказано, че високата бионаличност на калция от диетата подобрява здравето на костите [4], въпреки че калцият се разпределя в различни храни като мляко и млечни храни, които осигуряват повече от 80% калций в човешката диета. Освен това бионаличността на калций в млякото и млечните храни е значителна и поради това, минералната абсорбция е свързана с промотори на абсорбция като лактоза, наред с други фактори [5]. В развиващите се страни приемът на калций от млечни продукти е ограничен от високите разходи за тези храни, както и от проблемите, свързани с непоносимостта към лактоза [6]. Тези факти ограничават консумацията на животински продукти, което води до намаляване на калция в диетата. Следователно Мексико и страните от Централна Америка зависят от никстамализираните продукти като основен източник на калций в диетата си [7]. Поради това е необходимо да се предложат алтернативни източници на калций, за да се подобри дневният прием на този минерал. Opuntia ficus indica кладодите (подложки) представляват потенциален източник на калций в човешката диета, поради факта, че съдържанието на калций в подложките се увеличава с нарастващия етап [8, 9].

McConn и Nakata [10] наблюдават намаляване на наличността на калций в кактуса на бодлива круша, използвайки инвитро анализ; това се дължи отчасти на присъствието на кристали калциев оксалат. Освен това Contreras-Padilla et al. [11] съобщава, че концентрацията на оксалат в O. ficus indica в различни фази на зрялост изглежда има циклична тенденция, която може да се определи от наличието на калциево съдържание в почвата, нуждите на растението по време на активен растеж и сезонните и екологичните условия.

От друга страна, няколко изследвания показват наличието на калциеви съединения в слузните клетки и клетъчните стени на Opuntia ficus indica [12, 13]. Няма обаче предходен доклад за разпределението на тези съединения, извлечени от матрицата на O. ficus indica с цел увеличаване на бионаличността на калций от тези Cactaceae.

Целта на настоящото изследване е да характеризира разпределението на калциевите съединения в разтворими и неразтворими диетични фибри, извлечени от O. ficus indica кладоди в късен етап на зреене (400 g тегло), за да бъде в основата на потенциала на този кактус като източник на калций за подпомагане образуването на костна маса. Тези открития ще насърчат използването на прах от O. ficus indica, без търговска стойност, поради факта, че този кактус не се консумира като зеленчук, който може да се използва като хранителна добавка с достъпна цена за увеличаване на приема на калций в мексиканското население.

2. Материали и методи

2.1. Проби

Opuntia ficus indica кладодите са култивирани в експериментално поле в Силао, Гуанахуато (Ранчо Лос Лоренц), Мексико, с органични торове и събрани през пролетта на 2014 г. O. ficus indica кладодите от 400 g (100 дни от етапа на зреене) се измиват с дестилирана вода и тръните се отстраняват ръчно. Тогава, O. ficus indica кладодите се дехидратират чрез изсушаване на резени на кладода (2 × 2 cm) в силова въздушна фурна (BG модел E102). Процесът на дехидратация се провежда при 50 ° С в продължение на 70 минути, като всеки съд съдържа 5 kg O. ficus indica филийки. Сухият материал се смила с помощта на чукова мелница (PULVEX 200, DF, Мексико), снабдена с 0,8 mm екран.

2.2. Химикали и реактиви

Етилов алкохол (95% v/v) реактивен клас, солна киселина за анализ, ултрачиста азотна киселина и дестилирана вода са получени от J. T. Baker (DF, Мексико). Диетичният комплект Total Fiber (TDF-1100 A) е закупен от Sigma (Сейнт Луис, Мисури, САЩ), както и стандартите за оксалова киселина и калиев бромид.

2.3. Екстракция на разтворими и неразтворими диетични фибри от O. ficus indica

Изсушеният материал се смесва с дестилирана вода (4% w/w). Тази суспензия се хомогенизира с помощта на смесител (IKA-WERKE, Mod. Eurostar BSC.S1) (450 об/мин за 20 минути). Впоследствие суспензията се оставя да престои четири часа, за да се осигури хидратация на твърдите вещества. След това суспензията се поставя в захранващия резервоар на дискова центрофуга (DIDACTA Italia, Mod. TAG1/d), която работи при 450 об/мин. Скоростта на центрофугата се увеличава постепенно, докато достигне 7000 оборота в минута. След това захранващият клапан на центрофугата се отваря, за да позволи потока на разтворими твърди вещества през гравитационните пръстени и горния бункер на оборудването, докато неразтворимите твърди вещества (неразтворими фибри) се задържат в купата на центрофугата. Неразтворимите диетични фибри се дехидратират в тефлонови тигани при 80 kPa и 40 ° C във вакуумна фурна (Barnstead International, Mod. 3618) в продължение на 35 минути, до съдържание на влажност 4% (w/w). Възстановените разтворими твърди вещества се смесват с етилов алкохол при 95% (v/v) в съотношение 1: 2 v/v. Тази суспензия се подлага на вакуумно филтриране при 4 kPa за отстраняване на излишната вода и алкохол, за да се получат разтворимите диетични фибри. Накрая, тази утайка се дехидратира при същите условия, както преди.

2.4. Разделяне на оксалатни кристали

Приготвят се суспензии от изсушен материал (кладоди, разтворими диетични фибри и неразтворими диетични фибри) и дестилирана вода (4% тегл./Тегл.). Тези суспензии са обработени, както е съобщено от Malainine et al. [14].

2.5. Химическа характеристика
2.5.1. Общо, разтворимо и неразтворимо съдържание на диетични фибри в дехидратирани кладоди от O. ficus indica

Общите диетични фибри, разтворими диетични фибри (SDF) и неразтворими диетични фибри (IDF) в пробите се анализират съгласно методите 991.42 и 993.19 [15], съответно, с помощта на комплект диетични фибри.

2.5.2. Характеризиране на калциевите съединения в кладодите, разтворимите и неразтворимите диетични фибри от O. ficus indica чрез сканираща електронна микроскопия (SEM) и енергийно-дисперсионна спектрометрия (EDS)

Морфологията на калциевите съединения се анализира в сканираща електронна микроскопия (Jeol JSM 6060LV, Япония). Преди анализа пробите бяха фиксирани върху алуминиев държач за проби с въглеродна лента и изсушени при условия на критична точка в система за подготовка на Cryo-SEM (Quorum Technologies, Mod. PP30105, UK), работеща с течен CO2. Впоследствие монтираните проби бяха разпръснати със злато. Микрокомпозиционният анализ на пробите се извършва с помощта на енергиен дисперсионен спектрометър (INCA x-sight), предоставен със софтуер (Oxford Instrument, UK). Всяка проба беше обърната, за да се премести фокусното положение на микроскопа. Освен това бяха взети повърхностни изгледи на изолирани проби, за да се получат микроснимките. Условията на анализа бяха висок вакуум, 20 KV напрежение на електронно ускорение и вторичен електронен режим. Освен това се наблюдават стандарти за чисти съединения със сравнителни цели.

2.5.3. Характеризиране на калциевите съединения в кладодите, разтворимите и неразтворимите диетични фибри от O. ficus indica чрез рентгенова дифракция

Преди анализ пробите се калцинират в пещ (Nabertherm, Mod. LP 330, GER) при 168 ° C, за да се разложи органичното вещество и да се предотврати образуването на нови минерални съединения или да се избегне разпадането на калциевите съединения, често присъстващи в Opuntioideae подсемейство, както беше съобщено по-рано [14, 16–18]. Пробите се смилат до фин прах и се прекарват през 150 μm екран. След това прахообразните проби се опаковат плътно в алуминиев държач за проби. Дифракционните модели на рентгеновите лъчи на пробите са записани на дифрактометър (Rigaku Miniflex), работещ при 35 kV и 15 mA, с CuKα дължина на вълната на излъчване от

А. Измерванията бяха получени от 10 до 70 ° на 2θ скала с размер на стъпката 0,05 °. За анализа на пробите е използван софтуер за анализ на спектъра (Materials Data Inc. Jade V 5.0).

2.5.4. Характеризиране на калциевите съединения в кладодите, разтворимите и неразтворимите диетични фибри от O. ficus indica чрез инфрачервен (IR) анализ

IR спектрите на дехидратирани проби от O. ficus indica кладоди, SDF и IDF са записани на спектрофотометър IR-Bruker Vector 33 в спектралния диапазон между 4000 и 400 cm -1, като се използва KBr пелетна техника (4 mg от прахообразната проба, диспергирана в 100 mg KBr).

2.5.5. Общо съдържание на калций и оксалат в кладодите, разтворимите и неразтворимите диетични фибри от O. ficus indica Кладоди

Общото съдържание на калций и оксалат се определя съгласно AOAC Официален метод 983.27 и 974.24, съответно [15]. Концентрацията на оксалат беше измерена с атомна абсорбция с двоен лъч (Analyst 300 Perkin Elmer), снабдена с деутериева лампа, коректор на фона и куха катодна лампа. Работните параметри за калций бяха куха катодна лампа с дължина на вълната 422,7 nm, 70 psi ацетилен, азотен оксид като окислител и отвор на отвора 0,7 mm и за оксалати 12 psi сух въздух при 70 psi ацетилен с дължина на вълната от 422,7 nm, 10 mA ток на лампата и ширина на процепа от 0,7 nm.

2.5.6. Съдържание на калциев карбонат в кладоди, разтворими и неразтворими диетични фибри от O. ficus indica

Съдържанието на калциев карбонат в пробите се анализира чрез обемен анализ съгласно AOAC [19].

2.6. Статистически анализ

Три проби бяха използвани за всеки препарат и всички анализи бяха проведени в три екземпляра. Резултатите са изразени като средни стойности и стандартно отклонение (SD). Резултатите бяха анализирани с помощта на еднопосочен дисперсионен анализ (ANOVA), последван от тест на Tukey’s с

и използвайки процедурата Statgraphics (Graphics Software System, Manugistics, Inc., САЩ).

3. Резултати и дискусия

3.1. Съдържание на разтворими и неразтворими диетични фибри

Съдържанието на SDF и IDF в пробите беше

и%, съответно. Тези резултати се различават от тези, докладвани от Hernández-Urbiola et al. [9]. Тези автори установяват, че в подложките за нопал на 100-дневна възраст (приблизително 400 g тегло), съдържанието на SDF и IDF е съответно 8 и 52%. Хранителният профил на кладодите от различни реколти и региони варира поради факта, че този профил зависи от факторите на околната среда, т.е. едафични фактори на мястото на отглеждане, сезона и възрастта на растението [8, 20]. По-високо съдържание на IDF по отношение на SDF се дължи на процеса на лигнификация, където полифенолният полимерен лигнин се образува поради узряването на кладодите. Напротив, млади Опунция в кладодите липсва лигнин [21]. Увеличението на влакната в кладодите включва главно целулоза и хемицелулози [22]; тези съединения заедно с лигнин представляват IDF [23]. Общо съдържание на диетични фибри (TDF) в O. ficus indica в настоящото проучване е по-висока от стойностите на TDF в кактус круша (плод), съобщени от Jiménez-Aguilar et al. [24].

3.2. SEM и EDS анализ