Evaluación agronómica de compuestos bioactivos y perfil genético de la alcaparra (Capparis spinosa L.)

Abstract

La especie Capparis spinosa L. es una mata leñosa, rastrera y muy resistente a la sequía que se cultiva en la cuenca mediterránea. En España es muy común utilizar como alimento distintas partes aéreas como los caparrones, botones florales y tallos tiernos, que se pueden consumir en encurtido o salmuera. Se han realizado muy pocos estudios sobre los cambios en las propiedades fisicoquímicas y funcionales entre los distintos estados de desarrollo. Los caparrones tienen tres estados de desarrollo según su diámetro; ‘Finos’; ‘Medianos’ y ‘Gruesos’ y los botones de alcaparra cuentan con seis estados de desarrollo; ‘Nompareilles’; ‘Surfines’; ‘Capucines’; ‘Capotes’; ‘Finas’ y ‘Gruesas’. En esta Tesis Doctoral se realizó por primera vez un estudio comparativo sobre la evolución de parámetros físicos, químicos, nutritivos y compuestos bioactivos de caparrones y alcaparras de distintos cultivares de diferentes zonas geográficas de España. Uno de los objetivos del presente trabajo fue estudiar el desarrollo del contenido de fenoles, flavonoides y flavonoles totales, que fueron muy altos en todas las etapas del desarrollo, tanto de los frutos como de las alcaparras, aunque mayores en los botones florales. También se determinaron los valores de AAT obtenidos por los métodos DPPH·, ABTS+ y FRAP, así como la AAT-H y AAT-L. También se determinó el contenido en proteínas y azúcares. Los botones florales tendían a disminuir los valores del contenido antioxidante a medida que se desarrollaban y aumentaban de tamaño. Los tallos tiernos mostraron valores muy elevados de AAT. Asimismo, en la presente investigación se analizaron los componentes potenciales de promoción de la salud de los botones florales de la alcaparra en sus seis estados de desarrollo. Los compuestos polifenólicos (flavonoles, ácidos hidroxicinámicos, flavan-3-ols) se identificaron mediante cromatografía líquida-espectrofotómetro de masas/espectrofotómetro de masas de tiempo de vuelo cuádruplo (LC-qTOF-MS/MS) y se cuantificaron mediante cromatografía líquida de ultra rendimiento-detector de fluorescencia de matriz de fotodiodos (UPLC-PDA-FL). Además, se examinaron las propiedades antioxidantes (ABTS+, FRAP y ORAC), el potencial antidiabético (α-amilasa y α-glucosidasa) y la actividad antienvejecimiento (acetilcolinesterasa y butirilcolinesterasa) de las yemas. Los compuestos fenólicos totales en la alcaparra investigada variaron y dependieron del genotipo y la etapa de crecimiento de las yemas florales de alcaparra. Entre las seis etapas de crecimiento diferentes, la denominada ‘Nonpareilles’ se caracterizó por un contenido significativamente más alto de polifenoles que las cinco etapas restantes. Los flavonoles en las yemas florales de alcaparras representaron una mezcla de diferentes derivados de quercetina, kaempferol, miricetina e isorhamnetina glicosilados, que representan el 38-67%, 15-36%, 4-7% y 0,8-3%, respectivamente, de flavonoles totales. De las seis etapas de crecimiento investigadas, las ‘Nonpareilles’ acumularon las mayores cantidades de compuestos bioactivos que se correlacionaron con propiedades antioxidantes y antidiabéticas, y fueron BuChE más potentes que los inhibidores de AChE, por lo tanto, muestran que las propiedades antioxidantes y nutricionales de las alcaparras son mejores cuanto más pequeñas son. La presente Tesis Doctoral presentó por primera vez perfiles volátiles completos de cuatro partes aéreas de alcaparras (Capparis spinosa L.) del sureste de España. Los compuestos volátiles en hojas y tallos de alcaparras (juntos), flores, yemas de flores y frutos de dos cultivares se identificaron y cuantificaron mediante microextracción en fase sólida de espacio de cabeza y cromatografía de gases, con un detector de espectrometría de masa. El compuesto predominante fue el isotiocianato de metilo, seguido de nerolidol, trans-2-hexenal y nonanal jugando papeles clave en las flores, hojas y yemas de las flores, respectivamente. Los dos cultivares estudiados tenían los mismos compuestos volátiles, pero a concentraciones muy diferentes, aunque los dos cultivares estudiados se cultivan en las mismas condiciones climáticas y agronómicas. No hay trabajos previos publicados sobre las diferencias en compuestos bioquímicos y funcionales entre las subespecies spinosa y rupestris, y en esta Tesis Doctoral se han analizado los compuestos funcionales de tápenas de 24 cultivares pertenecientes a ambas subespecies, con la finalidad de estudiar si se puede sustituir el cultivo de la subespecie spinosa por la rupestris sin perder las propiedades funcionales de las tápenas, ya que la rupestris no presenta espinas. Dado que la alcaparra es un arbusto xerofítico perenne común con una notable adaptabilidad a ambientes hostiles, y dadas las excelentes propiedades de estos frutos y tápenas, podría considerarse una especie de gran interés para su cultivo, tanto por su resiliencia frente al cambio climático, como por sus numerosos beneficios para la salud. Por estas razones debería fomentarse un mayor consumo de alcaparras en la dieta y, por tanto, su mayor cultivo

The Capparis spinosa L. species is a woody, creeping and highly drought-resistant plant grown in the Mediterranean basin. In Spain it is very common to use as food different aerial parts such as capers, flower buds and tender stems, it can be consumed in pickle or brine. Very few studies have been carried out on the changes in the physicochemical and functional properties between the different stages of development. Caper fruits have three stages of development according to their diameter: 'Fine', ‘Medium’ and ‘Thick’ and, the caper buttons have six stages of development; 'Nompareilles'; 'Surfines'; 'Capucines'; 'Capes'; 'Fine' and 'Thick'. In this Doctoral Thesis, a comparative study was carried out for the first time on the evolution of physical, chemical, nutritive and bioactive compounds in different cultivars from different geographical areas of Spain. One of the objectives of this work was to study the development of the content of total phenols, flavonoids and flavonols, which were very high in all stages of development of both fruits and capers, although higher in flower buds. The TAA values obtained by the DPPH·, ABTS+ and FRAP method, as well as the TAA-H and TAA-L, were also determined. The protein and sugar content were also determined. Flower buds tended to decrease in content values as they developed and increased in size. The tender stems showed very high values of TAA. Likewise, in the present investigation, the potential health-promoting components of caper flower buds in their six stages of development were analysed. Polyphenol compounds (flavanols, hydroxycinnamic acids, flavan-3-ols) were identified by liquid chromatography, quadrupole time of flight, liquid chromatography-quadrupole time – of – flight – mass spectrofotometer/ mass spectrophotometer (LC-qTOF-MS/MS) and quantified by ultra-performance liquid chromatography-photodiode array-fluorescence detector (UPLC-PDA-FL). Furthermore, the antioxidant properties (ABTS+, FRAP and ORAC), the antidiabetic potential (α-amylase and α- glucosidase) and the anti-aging activity (acetylcholinesterase and butyrylcholinesterase) of the flower buds were examined. The total phenolic compounds in the investigated caper varied and depended on the genotype and growth stage of the caper flowers buds. Among the six different growth stages, the so-called 'Nompareilles' was characterized by a significantly higher content of polyphenols than the remaining five stages. The flavanols in caper flower buds represented a mixture of different glycosylated quercetin, kaempferol, myricetin and isorhamnetin derivatives, representing 38-67%, 15-36%, 4-7% and 0.8-3%, respectively, of total flavanols. Of the six growth stages investigated, 'Nompareilles' accumulated the highest amounts of bioactive compounds that were correlated with antioxidant and antidiabetic properties, and were BuChE more potent than AChE inhibitors, therefore showing that antioxidant and nutritional properties of flower buds are better the smaller. The Doctoral Thesis presented for the first time complete volatile profiles of four aerial parts of capers from south-eastern Spain. Volatile compounds in caper leaves and stems (together), flowers, flower buds, and fruits of two cultivars were identified and quantified by headspace solid-phase microextraction and gas chromatography with a mass spectrometric detector. The predominant compound was methyl isothiocyanate, followed by nerolidol, trans-2-hexenal and nonanal playing key roles in flowers, leaves and flower buds, respectively. The two cultivars studied had the same volatile compounds, but at very different concentrations, although the two cultivars studied were grown under the same climatic and agronomic conditions. There are no previous works published on the differences in biochemical and functional compounds between the spinosa and rupestris subspecies, so in this Doctoral Thesis the functional compounds of 24 cultivars belonging to both subspecies have been analyzed, in order to study if it can be substituting the subspecies spinosa for the rupestris without losing the functional properties of capers, since the rupestris do not have spines. Given that the caper is a common perennial xerophytic shrub with a remarkable adaptability to hostile environments, and given the excellent properties of these fruits, it could be considered a species of great interest for its cultivation, both for its resilience against climate change, and for its numerous health benefits. Therefore, increased consumption of capers in the diet and their cultivation should be encouraged