Saccharum

officinarum L.

(Caña de azúcar, Sugarcane)

Rodrigo Tomé Martín 13 de febrero de 2008

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INTRODUCCIÓN.- Bases de datos consultadas: ISI Web of knowledge Agrícola Pascal Revistas consultadas: Journal of chromatography Phytochemistry Palabras clave: Saccharum officinarum Sugarcane Flavonoids Sugarcane waxes Descripción Saccharum officinarum: Clase: Monocotyledoneae Orden: Glumiflorales Familia: Gramineae Género: Saccharum Especie: officinarum Esta especie proviene del sureste asiático. Fue llevada a la Península Ibérica por los árabes, donde se cultivaba en la costa de Málaga y Granada. Posteriormente los europeos llevaron la planta, primero a las islas Canarias, y luego a las Indias Occidentales abandonándose su cultivo en la Península Ibérica. Tras el descubrimiento de América se llevó la caña de azúcar a Latinoamérica, donde todavía hoy en día se industrializa y se fabrica azúcar para el consumo mundial, siendo Brasil el mayor productor del mundo.

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Por tanto, la caña de azúcar es un cultivo de zona tropical o subtropical. Requiere agua y suelos adecuados para crecer bien. Asimila muy bien la radiación solar.

El jugo de su tronco es la principal fuente de azúcar. El proceso, a grandes rasgos es sencillo: Una vez cosechada la caña, se la lleva a unas cuchillas desmenuzadoras donde se obtiene su jugo. Éste se pasa por una serie de filtros, se clarifica y cuece al vacío. Por último se concentra, y se cristaliza el azúcar del jugo. Una vez cristalizado el azúcar, se le extrae el agua restante quedando así el azúcar blanco usado en cocina. El azúcar crudo se refina para remover todas las impurezas y dejar la sacarosa lo más pura posible. Uno de los procesos llevados a cabo consiste en añadir ácido fosfórico y sacarato de calcio para que formen fosfato de calcio que se precipita y arrastra las impurezas. OBJETIVOS.-

A. FLAVONOIDES:

1.- Analizar las hojas de Saccharum officinarum natural y transgénico, e identificar por cromatografía HPLC (High Performance Liquid Chromatography) y TLC (Thin-layer Cromatography) los flavonoides presentes en ellas.

2.- Realizar un estudio cualitativo de los metoxiflavonoides presentes en esta especie (hojas y residuos de fibra) a través de un cromatógrafo de líquidos unido a otro de Masas.

3.- Analizar los jugos de la caña de azúcar e identificar los compuestos fenólicos que se hallen en ellos, por HPLC.

B. CERAS: Estudiar la composición de las ceras presentes en dicha especie por

Cromatografía de Gases y de Masas.

C. ESTEROIDES: Estudiar los ketosteroides existentes en Saccharum officinarum por Cromatografía de Masas y RMN del Hidrógeno.

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METODOLOGÍA.- A.- Flavonoides.- 1.- Flavonoides en hojas: Todo el material vegetal fue obtenido en una plantación de Sao Martinho (Brasil), fue secado antes de la extracción a 40ºC hasta alcanzar peso constante. Los jugos comerciales de la caña de azúcar se obtuvieron en Sao Carlos (Brasil) y fueron inmediatamente congelados y almacenados antes de su preparación. Los extractos de las hojas se realizaron a través de maceración ultrasónica de 1g de hojas secas de saccharum con una solución de 20mL al 1:1 de metanol / agua, durante 1.5min a temperatura ambiente. El extracto se filtró y evaporó hasta 2mL en un rotovapor, seguido de otras fases filtrantes. Todo se analizó por triplicado. Para preparar los extractos de los jugos comerciales, 10mL de caña de azúcar fueron mezclados con 10mL de metanol durante 1.5min a temperatura ambiente. El producto resultante fue filtrado, mezclado con 2mL de agua y evaporado en un rotovapor hasta 2mL. Mediante la cromatografía en capa fina (TLC), los extractos de flavonoides fueron analizados usando platos comerciales de gel de sílice y etil acetato / ácido fórmico / agua en proporción 6:1:1 como eluyente. La cromatografía HPLC fue llevada a cabo en un sistema LC-10A (Shimadzu, Japón) consistente en una cromatografía líquida unida a un Detector de Diodo en Línea (DAD) controlado informáticamente. 2.- Metoxiflavonoides en hojas y residuos: Las hojas de Saccharum fueron obtenidas de una plantación comercial en Araraquara (Brasil), mientras que los residuos fibrosos (restos tras la molienda, en inglés Bagasse) fueron aportados por la molinera de azúcar de Sao Martinho (Brasil). Todo el material vegetal fue secado antes de la extracción a 40ºC hasta peso constante. La extracción de las hojas se realizó a través de maceración ultrasónica de 1g de material con una solución de 20mL al 1:1 de metanol / agua, durante 1.5min a temperatura ambiente. El extracto se filtró y evaporó hasta 2mL en un rotovapor. Los análisis se realizaron utilizando un cromatógrafo líquido (UV-DAD) HP1100 con una columna C18 (Waters Symmetry) eludida con un gradiente lineal de acetonitrilo, agua (0.2%) y ácido fórmico. La espectrometría de masas se realizó directamente después de la UV-DAD mediante un espectrómetro de masas Finningan MAT.

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3.- Compuestos fenólicos en jugos: El material utilizado fue zumo de caña de azúcar fresca obtenida del Mercado Central de Sao Paulo (Brasil), transportada bajo refrigeración, filtrada y diluida en proporción 1:2 con HCl y agua desionizada. Las muestras obtenidas por HPLC fueron tratadas con Amberlita XAD2. Los compuestos fenólicos se recuperaron por elución con tres partes (cada una de 500mL) de metanol y amoniaco en proporciones 99.5 a 0.5. Los eluyentes obtenidos se pusieron juntos y se concentraron hasta eliminar el disolvente en un Rotovapor RE 120. Se tomó una alícuota del concentrado obtenido y fue disuelta de nuevo en metanol y filtrada para el análisis por HPLC. B.- Ceras.- El estudio de la composición de las ceras de la caña de azúcar se llevó a cabo mediante el análisis por CG – CM de residuos de una destilería local de Ron en Guadalupe. Fueron filtrados y secados a 50ºC en horno. La mezcla de ceras crudas fue extraída en un aparato soxhlet, utilizando ciclohexano a temperatura ambiente hasta obtener una profunda coloración del disolvente, unas 20h aproximadamente. El extracto fue concentrado a bajas presiones, volviendo a producirse la extracción en un aparato del tipo soxhlet mediante disolventes de polaridades decrecientes (MeOH, Acetona, Isooctano) Fig (8):

Fig (8)

Fig (8)

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C.- Esteroides.- La metodología empleada fue similar a la utilizada en el Apartado B) para el estudio de las Ceras. RESULTADOS.- A.- Flavonoides.- 1.- Flavonoides en hojas: Los análisis por TLC revelaron la presencia de varios flavonoides en las hojas y jugos. Dados los valores del Rf se sugirió la existencia de C-glicósidos como vitexina, orientina y otros flavonoides. Los resultados obtenidos mediante HPLC se recogen en las siguientes figuras: fig(1) y fig(2):

Fig(1) Donde se puede observar que los flavonoides identificados han sido:

- Tricin-4´-o-éter-7-o-glucopiranósido - Tricin-4´-o-éter - Diosmetin-8-c-glicósido - Schaftósido - Isoschaftósido - Vitexina

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- 4´-5´-dimetil-luteolin-8-c-glicósido

Fig(2)

La cromatografía HPLC-DAD mostró que no había diferencias cualitativas entre los flavonoides encontrados en las plantas naturales y en las transgénicas, como se aprecia en la fig(3):

Fig(3) Algunas diferencias se pueden observar en el contenido de flavonoides individuales, pero debido a la baja cantidad de algunos de los componentes identificados y la presencia de otros picos de flavonoides no completamente identificados, la comparación estadística se hizo utilizando los datos de flavonoides totales.

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2.- Metoxiflavonoides en hojas y residuos: Un total de siete flavonoides fueron identificados por el método anteriormente descrito. Se detallan a continuación en la fig (4), donde podemos observar que los compuestos obtenidos fueron:

- Tricin-4´-o-éter-7-o-glucopiranósido - Tricin-7-o-rhamnosilgalactorónido - Tricin-4´-o-éter

- Diosmetin-8-c-glicósido arabinósido - Diosmetin-8-c-glicósido

Fig (4) Los respectivos cromatogramas de masas de estos compuestos fueron:

Fig (5)

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3.- Compuestos fenólicos en jugos: Los compuestos de la caña de azúcar identificados por HPLC mostraron la presencia de flavonoides (apigenina, luteolina y derivados de la tricina), ácidos fenólicos (principalmente cafeico, sinápico e isómeros del ácido clorogénico). Fig (6)

Fig (6)

De los flavonoides encontrados, la mayor concentración corresponde de los derivados de la tricina, contando aproximadamente el 10% del total del contenido en polifenoles. Fig (7)

Fig (7)

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B.- Ceras.- Cada fracción fue analizada por Cromatografía en Capa Fina (TLC) y después se realizó una cromatografía en columnas de gel de sílice. Las composiciones de cada fracción fueron: Fig (9)

Fig (9) La composición en alcanos, alcoholes y ácidos grasos en % fue: Fig(10)

Fig(10)

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C.- Esteroides.-

Algunos de los compuestos identificados en este experimento, por CM, fueron: fig(11)

fig(11) CONCLUSIONES.- A.- Flavonoides.- 1.- Flavonoides en hojas: El proceso descrito (HPLC-DAD) permite hacer una separación eficiente de los flavonoides de Saccharum, sin necesidad de usar métodos más caros. Debido al considerable contenido de flavonoides encontrados en el jugo de la caña de azúcar, se puede pensar en el uso potencial de esta especie como recurso dietético de flavonoides.

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2.- Metoxiflavonoides en hojas y residuos: La combinación de los datos obtenidos por cromatografía de líquidos y de masas nos ha permitido obtener la estructura de siete metoxiflavonoides de Saccharum officinarum (de los cuales con anterioridad a este artículo sólo se conocía uno) en extractos complejos, usando cantidades reducidas de material vegetal. 3.- Compuestos fenólicos en jugos: En el zumo de Saccharum officinarum se pueden encontrar distintos compuestos polifenólicos, entre ellos flavonoides y ácidos fenólicos. De éstos, la mayor concentración corresponde a los derivados de la tricina, con un 10% del total. B.- Ceras.- Las propiedades físicas y químicas de las ceras determinan sus aplicaciones en la industria. Los compuestos descubiertos en este artículo ofrecen la posibilidad de usar Saccharum officinarum en la industria farmacéutica o cosmética. C.- Esteroides.- Por primera vez se han encontrado esteroides con 6 oxígenos en la cera de la caña de azúcar. Generalmente esta familia de compuestos estaba presente en plantas acuáticas.

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Bibliografía.- R. Colombo, J. H. Yariwake, E. F. Queiroz, K. Ndjoko, K. Hostettmann ON-line identification of sugarcane (Saccharum officinarum L.) methoxuglavones by liquid chromatography-UV detection using post-column derivatization and liquid chromatography-mass spectrometry Journal of Chromatography (2005), 1082, 51-59 R. Colombo, F. M. Lanças, J. H. Yariwake Determination of flavonoids in cultivated sugarcane leaves, bagasse, juice and in transgenic sugarcane by liquid chromatography-UV detection Journal of Chromatography (2006). 1103, 118-124 JOAQUIM MAURICIO DUARTE-ALMEIDA, ALEXIS VIDAL NOVOA, ADYARY FALLARERO LINARES, FRANCO M LAJOLO Y MARIA INÉS GENOVESE. Antioxidant Activity of Phenolics Compounds From Sugar Cane (Saccharum officinarum L.) Juice Plant Foods for Human Nutrition (2006 ). 61: 187–192, 2006. Gladys Nuissiera, Paul Bourgeoisa, Micheline Grignon-Dubois, PatrickPardon , Marie Hélène Lescure Composition of sugarcane waxes in rum factory wastes Phytochemistry (2002) 61: 721–726 Patricia Georgesa,S, Muriel Sylvestrea, Heinz Rueggerb, Paul Bourgeoisa Ketosteroids and hydroxyketosteroids, minor metabolites of sugarcane wax Steroids ( 2006 ) 71: 647–652