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Polifenoles: “fruto” oculto del castaño

FRANCISCO FUENTE-MAQUEDA. Área de Cultivos Hortofrutícolas y Forestales. Programa Forestal. franciscof@serida.org
LUCÍA RODRÍGUEZ PÉREZ. Área de Cultivos Hortofrutícolas y Forestales. Programa Forestal. luciar@serida.org
ISABEL FEITO DÍAZ. Área de Cultivos Hortofrutícolas y Forestales. Programa Forestal. ifeito@serida.org

 


El castaño en Asturias

La extensión del castaño (Castanea sativa Mill.) en España es de unas 440.000 ha, según el 4º Inventario Forestal Nacional (AIEF, 2012), y aunque se distribuye por casi todo el territorio español, destaca en el noroeste peninsular. La expansión del Imperio Romano promovió el cultivo del castaño en España, pero no lo introdujo como especie. Estudios recientes constataron su existencia anterior a la romanización, ya que se encontraron restos en las hogueras de cuevas prehistóricas y restos de polen que así lo confirmaron, siendo el área cantábrica, y en particular Asturias, uno de los principales refugios climáticos del castaño hace más de 20.000 años (Roces-Díaz et al., 2018).

Asturias presenta un 72,6 % de bosques y áreas forestales de la superficie del suelo, frente al 54,7 % de media nacional (DGCEAMN, 2017). Dentro de este potencial forestal asturiano, el 57,4 % (770.549,93 ha) corresponde a monte de arbolado denso, con un 85,8 % formado por especies frondosas, de las cuales C. sativa está presente en 80.560,05 ha, lo que supone el 7,6 % de la superficie de Asturias y el 49,5 % de los castañares de España (AIEF, 2012).

En Asturias, esta especie tiene el valor añadido de su fuerte integración social, tanto paisajística como cultural, haciendo que el castaño sea una especie de suma importancia para esta región. Su rentabilidad económica en nuestra comunidad autónoma ha ido cambiando con el tiempo en función de la evolución industrial. Durante el siglo XVIII y parte del XIX, la castaña fue un recurso alimenticio para la población asturiana, tanto para alimentar a las personas como a su ganado. La aparición de cultivos emergentes durante el siglo XIX redujo el consumo de castaña, pero el uso del castaño como materia prima mantuvo su importancia. La madera de castaño comparte protagonismo con su fruto. El empleo de madera de castaño en la construcción de pequeñas edificaciones (hórreos, cuadras y cobertizos) también fue uno de los mayores usos que se le dio a esta especie. La demanda internacional de madera en el siglo XVIII supone una oportunidad para la industria naval, que Asturias aprovechó hasta el siglo XX, cuando el desarrollo de las industrias minera y siderometalúrgica conllevó la reducción en la demanda de madera para el sector naval (Suárez-Valdés & Cano, 2018). Otras alternativas de aprovechamiento del castaño en Asturias fueron la minería, que recurrió al castaño para entibar sus galerías, o el curtido de pieles. A mediados del siglo XX, se establece en Grado la empresa Extractos y Curtientes del Norte de España S.A. (Figura 1), dependiente de la catalana Extractos Curtientes y Productos Químicos S.A., que, debido a la reconversión industrial de los países productores de materias primas, que pasaron a obtener ellos mismos los extractos vegetales, decide instalarse en zonas donde pueda aprovisionarse de materias primas, como era Asturias. La competencia del mercado internacional de extractos, la aplicación de productos más rentables y el uso generalizado de materiales sintéticos en detrimento del cuero, hacen que esta industria no acabe el siglo.

  


Figura 1. Cartel anunciador de la inauguración de la fábrica dedicada a la extracción de extractos de madera destinados al curtido de pieles, perteneciente a la empresa Extractos y Curtientes del Norte de España S.A., ubicada en Grado (Asturias). Imagen tomada de Asturias. En blanco y negro.
https://www.facebook.com/111102905614305/photos/a.113396052051657/480249795366279/?__tn__=%2CO*F


Actualmente, en Asturias, el principal aprovechamiento del castaño se centra en su madera, existiendo empresas dedicadas a la gestión forestal, primera transformación, comercialización de su madera y segunda transformación. Algunas de estas empresas atesoran una gran experiencia en el sector maderero, siendo, en algún caso, referente mundial en cuanto a comercialización de esta especie. Por el contrario, el aprovechamiento de la castaña asturiana se reduce a pocas y pequeñas empresas con potencial de crecimiento e innovación, como ocurre con aquellas cuya actividad principal es la elaboración de harina de castaña.

La producción de fruto se asocia a cultivares seleccionados localmente que se injertaban tradicionalmente sobre patrones de semilla. Actualmente también es frecuente el uso de patrones clonales con diferentes resistencias a enfermedades o más tolerantes al estrés abiótico. En las nuevas plantaciones, o para el reinjerto de plantas adultas, se hace necesario seleccionar adecuadamente los cultivares para lograr producciones de calidad. El SERIDA promovió la inclusión de 11 cultivares asturianos tradicionales (‘Bacoa’, ‘Chamberga’, ‘Doriga’, ‘Grúa’, ‘Llanisca’, ‘Miguelina’, ‘Navexa’, ‘Pelona’, ‘Rapuca’, ‘Valduna’ y ‘Vaquera’) en el Registro de Variedades Comerciales (Orden APM/207/2017), como resultado de la prospección e identificación de cultivares asturianos llevadas a cabo con anterioridad.

El escaso aprovechamiento de la castaña en Asturias es una de las razones que llevó a promover, en el Proyecto de Investigación del 2011 “Perfiles fenólicos en Castanea sativa Mill. y su interés desde el monte a la industria” (RTA2011-00135-00-00), la caracterización del perfil fenólico de la castaña asturiana, dado que los compuestos fenólicos son considerados de gran relevancia en la ciencia de los alimentos modernos, destacando, además de su papel en la calidad e inocuidad, su significativa contribución al sabor, color y estabilidad, siendo cada vez más reconocidos sus beneficios en la salud humana (Del Bo et al., 2019).
 


La castaña en la alimentación

El principal uso de la castaña es su consumo en fresco para alimentación humana y animal. No obstante, para la alimentación humana, se encuentra en auge su trasformación, como harina o elaborados a partir del fruto en distintas texturas (marron glacé, en almíbar, mermeladas o cremas), lo que favorece el establecimiento de cultivos con este fin a partir de los cultivares de fruto. El interés de la harina de castaña se debe a que sus propiedades organolépticas confieren a aquellos alimentos que se elaboran con ella unos sabores y aromas diferentes a los proporcionados por otros tipos de harinas. Además, la ausencia de gluten hace que pueda ser consumida por personas celíacas, lo que le confiere un valor añadido a tener muy en cuenta.

Respecto a la alimentación animal con castañas, aprovechamiento tradicional en Asturias que cayó en desuso, parece oportuno ponerla en valor asociada a la recuperación de nuestra raza autóctona “Gochu Asturcelta”, dando así salida a aquellas castañas que no son usadas en la alimentación humana, generalmente por su peor calidad, y que incluye el destrío de los cultivares y las castañas de árboles no injertados. El SERIDA ha participado en el proyecto de investigación “Sostenibilidad de sistemas silvopastorales de frondosas caducifolias iberoatlánticas con razas autóctonas de cerdo en régimen extensivo” (RTA2014-00051-04), en el que se valoró la cría en extensivo del Gochu Asturcelta en castañares (Figura 2), observando la influencia positiva que tenía su incorporación en la alimentación sobre la calidad de la carne. Esta alimentación con castañas ya es una característica diferencial en otras razas de cerdos comercializadas en Asturias, pero procedentes de otras comunidades autónomas. Un ejemplo del impacto económico que esta actividad puede llegar a tener es la compra de 4,7 millones de kilos de castaña para alimentar a cerdos que la mayor cooperativa agroalimentaria de España realizó en 2019 en Galicia, cuya generación de riqueza se estimó en 7,1 millones de euros para la población rural gallega.

 


Figura 2. Gochu Asturcelta en extensivo en castañar de Vegadeo (Asturias).



Los polifenoles

Los polifenoles son un tipo de compuestos presentes en las plantas, y cuyas propiedades antioxidantes hacen que la ingesta sea beneficiosa para la salud, especialmente sobre el sistema cardiovascular: poseen efecto vasodilatador, mejoran el perfil lipídico, atenúan la oxidación de las lipoproteínas de baja densidad y también presentan actividad antiinflamatoria (Ruskovska et al., 2020). Desde el punto de vista de la fisiología del vegetal, constituyen una parte importante del llamado metabolismo secundario de las plantas, diferenciando los que se sintetizan durante el desarrollo normal de la planta y los que se sintetizan en respuesta al medio. Sus propiedades son utilizadas por las plantas para varios fines: repelentes/disuasorios frente a herbívoros, filtros de la radiación ultravioleta, protectores estructurales o inhibidores del desarrollo de otras especies vegetales o animales (Singh et al., 2021).

Existe una gran cantidad de compuestos fenólicos, que van desde los más simples, formados por adición de pequeños sustituyentes, hasta complejas estructuras, creadas por la reacción de diferentes unidades estructurales, como los taninos. Las numerosas investigaciones llevadas a cabo sobre estos compuestos están ampliando su conocimiento e importancia en la vida humana. El aumento exponencial del número de publicaciones científicas a nivel internacional que incluyen la palabra phenolic (fenólico) recogidas en las principales bases de datos, da una idea del interés por estos compuestos (Figura 3). Las principales áreas de investigación en las que se publican estos trabajos dan idea de su carácter básico y aplicado: Química, Biología Molecular, Ciencias Vegetales, Alimentación, Farmacología, Ingeniería y Ecología (WOS, 2021).

 


Figura 3. Número de publicaciones científicas internacionales que incluyen la palabra phenolic. Fuente: Web of Science (WOS, 2021).
 


Caracterización fenólica de la castaña

El perfil fenólico se determinó sobre castañas procedentes de monte bajo (castañar en Vegadeo) y castañas de 2 cultivares tradicionales (variedades ‘Chamberga’ y ‘Parede’). El castañar seleccionado para recoger las castañas de monte bajo tendría una calidad intermedia/baja. En Asturias, la mayoría de castañares son de calidad 2 y 3 dentro de las 4 clases establecidas por Menéndez-Miguélez et al. (2016) para una edad de referencia de 20 años y en base a la altura dominante, que determina el índice de sitio, parámetro de interés en aprovechamiento maderero. Las variedades de castañas elegidas, ‘Chamberga’ y ‘Parede’, se seleccionaron por ser 2 de las más populares en Asturias, posiblemente debido a su amplia distribución, fácil pelado y sabor dulce.

La caracterización fenólica se realizó en las 2 cubiertas (cáscara y tegumento) y en el grano. Los análisis que se realizaron fueron: fenoles totales, taninos condensados y taninos hidrolizables, diferenciando estos últimos en galotaninos y elagitaninos.

La enorme complejidad del metabolismo fenólico hace difícil unificar y estandarizar metodologías de análisis para los diferentes materiales vegetales. Optimizar la eficiencia de extracción, manteniendo la integridad de los compuestos, es difícil, ya que se trata de cuantificar compuestos que se encuentran en los tejidos interaccionando con otros, lo que se conoce analíticamente como matrices complejas. Aunque se trabaje con una sola especie, unificar la metodología extractiva es complejo, pues nada tienen que ver los extractos procedentes de un tejido de protección, como las cubiertas de la semilla, con un tejido de reserva rico en nutrientes, como el grano. En este sentido, tras una exhaustiva revisión bibliográfica, se seleccionaron aquellos métodos que, a priori, eran más idóneos, lo que permitió optimizar una metodología sencilla y eficiente (Fuente-Maqueda et al., 2020). Con esta metodología, los compuestos de interés se extraen de los tejidos mediante mezcla hidroalcohólica en los que la solubilidad de los mismos es máxima y la de los interferentes mínima.

La conservación y el procesado de los tejidos que analizamos también es fundamental para conseguir una máxima eficiencia. Por esto, salvo para los puntos en que es imprescindible incrementar la temperatura, como en el pelado del grano, el resto del procedimiento se realiza a la mínima temperatura posible. La molienda de los tejidos es otro paso determinante, pues es necesario adaptarla para maximizar la extracción fenólica. En unos casos, el alto contenido en fibra es lo que dificulta la homogeneidad de la muestra molida, como en las cubiertas. En otros casos, la presencia de alto contenido en compuestos de reserva (almidón o grasas) limita la extracción, como en el grano. Así, para una mejor conservación y mayor homogenización de la muestra, la molienda se realiza criogénicamente (en nitrógeno líquido, a -196 ºC), lo que permite preservar las características funcionales de los compuestos en evaluación.

Tras la extracción inicial, se hace necesario eliminar el solvente orgánico empleado (evaporación) y los interferentes que acompañan a las biomoléculas de interés mediante mezclas de solventes apropiadas (purificación). Los extractos obtenidos se concentran para que estén en cantidades que permitan la cuantificación de los compuestos a analizar. El contenido fenólico total se determinó mediante el ensayo de Folin-Ciocalteu, los taninos condensados con el ensayo de la vainillina, y los taninos hidrolizables se cuantificaron por cromatografía líquida de alta resolución (HPLC).

En la Figura 4 se muestran los resultados correspondientes a los pesos medios de las castañas y tejidos que se analizaron, el contenido fenólico total en las distintas partes y la estima de la cantidad de polifenoles que aportaría cada fracción en base al peso que representan en el total de la castaña. Para el peso medio y la materia seca (40,7 %) de la castaña fresca y el peso seco de los diferentes tejidos, los datos que se muestran son valores medios de las castañas ‘Chamberga’, ‘Parede’ y de varias parcelas de monte bajo (Vegadeo, Allande, Caso y Riosa). Los datos de los fenoles totales son valores medios de las castañas de los 2 cultivares y las de monte bajo de Vegadeo. El mayor contenido fenólico se encuentra en el tegumento. Por el contrario, el grano es el tejido que menor contenido fenólico presenta. Los resultados expresados por gramo de peso seco de cada tejido muestran las mayores diferencias. Sin embargo, al estimar el reparto fenólico en la castaña en fresco, el aporte del tegumento se reduce, aunque continúa siendo el mayor, y se incrementa el aporte del grano, debido a que en peso representa la fracción más importante. La cáscara se sitúa intermedia en ambas representaciones.
 


Figura 4. Contenido fenólico total en los distintos tejidos de la castaña. EAG: equivalentes de ácido gálico. ps: peso seco.


Grano

A pesar del aparente bajo contenido fenólico en el grano de la castaña, en comparación con los otros 2 tejidos (cáscara y tegumento), los valores obtenidos son superiores a los que presentan otros granos usados para la elaboración de harinas. En general, la harina más consumida es la elaborada con trigo. Sánchez (2016) analizó el contenido polifenólico en 4 variedades de trigo, obteniendo un contenido medio para harinas blancas (sólo grano) de 0,43 mg EAG g-1. Para harinas integrales (sin descascarillar), el valor medio en polifenoles ascendió hasta 1,83 mg EAG g-1. Considerando harinas sin gluten, la más usada es la de maíz. Salinas-Moreno et al. (2007) analizaron fenoles totales en grano crudo de 10 tipos de muestras de maíz, diferenciando pericarpio (cáscara) y el endospermo (grano). Los rangos que obtuvieron fueron 0,50-0,85 mg EAG gps-1 en el grano y 1,53-2,48 mg EAG gps-1 en la cáscara.

Los datos obtenidos en el análisis realizado en los distintos tipos de castaña (Figura 5) muestran que el contenido fenólico total que presenta el grano difiere en las distintas procedencias: monte bajo de los concejos de Allande, Caso y Vegadeo, y entre variedades: ‘Chamberga’ y ‘Parede’, siendo claramente superior en la castaña que denominaríamos silvestre, no injertada, lo que podría hacerlas idóneas para la obtención de harinas, al menos, en lo que respecta al aporte en polifenoles.



Figura 5. Fenoles Totales (mg equivalentes de ácido gálico/g de peso seco) en el grano de las castañas de C. sativa procedentes de monte bajo (concejos de Allande, Caso y Vegadeo) y de las variedades ‘Chamberga’ y ‘Parede’.

 

El contenido polifenólico en el grano de las castañas es claramente superior al descrito para trigo y maíz, incluso en las que menos aportan. Además, considerar la elaboración de harinas integrales de castaña, incluyendo en estas el tegumento, podría ser una alternativa que aportaría un mayor contenido polifenólico. Según los valores medios para fenoles totales (mg EAG gps-1) mostrados en la Figura 4, y considerando el porcentaje en seco que suponen el grano y el tegumento en la castaña, se estima que el contenido fenólico total que llegaría a tener una harina integral de castaña formada por grano y tegumento, en las proporciones en peso en que se encuentran en el fruto, sería de 15,1 mg EAG gps-1. Esta opción debería valorarse organolépticamente para intentar encontrar el equilibrio adecuado que establezca un contenido polifenólico (y de fibra) beneficioso para la salud, a la vez que resulte agradable al paladar.

El contenido en taninos condensados e hidrolizables del grano de las castañas de monte bajo (Vegadeo) y las variedades ‘Chamberga’ y ‘Parede’ se muestra en la Figura 6. Este tipo de polifenoles se encuentra en cantidades muy bajas en este tejido, mostrando valores algo más altos en las castañas de monte bajo, especialmente en los taninos condensados. En alimentación, el contenido tánico es importante, ya que la interacción de algunos de estos compuestos con otras moléculas de los alimentos, como proteínas y polisacáridos, y con proteínas salivales se vinculan a la astringencia y amargor (Soares et al., 2020).


Figura 6. Contenido en Taninos Condensados y Taninos Hidrolizables (Galotaninos y Elagitaninos) en el grano de las castañas de monte bajo (MB) de Vegadeo y las variedades ‘Chamberga’ (Ch) y ‘Parede’ (P). EC: equivalentes de catequina. GM: galato de metilo. AE: ácido elágico. ps: peso seco.

 

 
Cáscara y tegumento

La concentración de residuos en cualquier actividad transformadora se puede convertir en un problema de gestión. La cáscara y el tegumento en las industrias que elaboran productos con las castañas se convierten en residuos no siempre aprovechados. El contenido polifenólico que aportan estos 2 tejidos (Figura 4), puede ser un punto de partida interesante para su revalorización a través del aprovechamiento en la obtención de biomoléculas (polifenoles), como otros investigadores también promueven (Vella et al., 2018; Tu et al., 2021).

La caracterización fenólica de estos tejidos en las castañas de monte bajo (Vegadeo) y las variedades ‘Chamberga’ y ‘Parede’ se muestra en la Figura 7. Al contrario de lo obtenido en el grano, para las cubiertas se observa mayor contenido polifenólico en las castañas de variedades, destacando el contenido en galotaninos del tegumento. El contenido en taninos condensados también resulta notable, tanto en las variedades como en las castañas de monte bajo.

Cuando consumimos castañas, nuestra preferencia es el grano limpio (sin cubiertas), ya que además de la diferente textura que tienen las cubiertas, el sabor también se modifica. En general, el retirar el tegumento del grano suele ser por el amargor/astringencia que esta parte proporciona por su contenido tánico, especialmente en galotaninos y en menor medida taninos condensados. Para los cerdos, menos exigentes en cuanto a la textura de lo ingerido, si están bien alimentados, desechan la cubierta exterior o cáscara (decortican) (Ciordia et al., 2018). La poca palatabilidad de la cáscara puede ser el motivo de rechazo de esta parte, pero también debido a los taninos que presenta, principalmente condensados, lo que posiblemente la haga más astringente y amarga.




Figura 7. Caracterización fenólica de la cáscara y tegumento de las castañas de monte bajo (MB) de Vegadeo y las variedades ‘Chamberga’ (Ch) y ‘Parede’ (P). EAG: equivalentes de ácido gálico. EC: equivalentes de catequina. GM: galato de metilo. AE: ácido elágico. ps: peso seco.

 


Bioeconomía circular del sector de la castañicultura

Berbel & Borrego-Marín (2021) describen la bioeconomía circular (BEC) como un nuevo sector que integra los conceptos de bioeconomía y economía circular con la vocación de representar un modelo económico sostenible económica, social y ambientalmente. La BEC engloba la mejora del uso de los recursos y la ecoeficiencia, la reducción de la huella de carbono, la reducción de la demanda de carbono fósil y la valorización de los residuos. En la última década, la BEC está apareciendo en la agenda política cada vez con más intensidad, incluyéndola en las distintas planificaciones en materia de bioeconomía.

La castaña y su entorno productivo pueden ser un claro ejemplo de BEC. La bioeconomía está representada por el cultivo específico de las distintas variedades de castaña, fácilmente adaptable a los requerimientos de la agricultura ecológica, y los castaños silvestres del monte bajo, que son uno de los máximos exponentes del crecimiento y desarrollo natural de una especie. La circularidad de esta economía se aplicaría a los residuos generados en el procesado del fruto, mayoritariamente cáscara y tegumento, que se podrían aprovechar para la extracción de biomoléculas, que serían materias activas para otras industrias.

La cantidad de cáscara y tegumento generada como residuo en seco se sitúa en torno al 22 % de la castaña, porcentaje variable y dependiente del tipo de castaña y del año de recolección, como podemos ver en la Tabla 1. En esta tabla también se recoge el peso total por castaña, el número de frutos por kg y la humedad de la castaña en fresco, datos que nos permiten constatar que, además de la importante variabilidad en cuanto a tamaño y reparto de las fracciones, tampoco se puede asumir una relación entre tamaño de la castaña y porcentaje de cubierta.
 

Tabla 1. Caracteres descriptivos de las castañas de monte bajo (Vegadeo) y variedades (‘Chamberga’ y ‘Parede’) muestreadas en 2 años consecutivos.


El potencial fenólico de la cáscara y el tegumento abren la puerta a multitud de aplicaciones de este tipo de compuestos extraíbles de estos tejidos. Además de los clásicos usos de estos compuestos en el curtido de pieles o tonelería, o aquellos más actuales centrados en su potencial como quelantes, algunos ejemplos innovadores de su papel sobre la salud que se están estudiando actualmente son: prevenir y reducir los síntomas de algunas enfermedades, como la diabetes (Sun et al., 2020) o la degeneración macular asociada a la edad (Cornebise et al. 2020), su potencial antimicrobiano (Álvarez-Martínez et al., 2021) o la inhibición in vitro de la principal actividad proteasa del COVID-19 (Zhu & Xie, 2020).


Conclusión

El contenido polifenólico de la castaña proporciona un valor añadido a este fruto promoviendo su aprovechamiento integral. A nivel alimentario, mostrando un contenido polifenólico en grano superior al que aportan trigo o maíz, principales materias primas para la elaboración de harinas. Y, en cuanto al aprovechamiento de residuos, el elevado contenido polifenólico de cascara y tegumento los hace ser una importante fuente de biomoléculas con una gran variedad de propiedades fisicoquímicas y biológicas (antioxidantes, antimicrobianas, antifúngicas, quelantes o protectoras frente a la radiación UV) idóneos para diversos sectores demandantes de compuestos de este tipo.


Agradecimientos

Este trabajo fue posible gracias al proyecto “Perfiles fenólicos en Castanea sativa Mill. y su interés desde el monte a la industria” (RTA2011-00135-00-00), que fue subvencionado a través del Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA) del Ministerio de Ciencia e Innovación de España y cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER). Queremos agradecer a los investigadores Marta Ciordia y Alejandro Argamentería su colaboración en este objetivo del proyecto. Así mismo agradecemos también la ayuda de los compañeros del Programa Forestal del SERIDA, que aportaron parte de su tiempo: Juan Carlos Hernández, en la recogida de las castañas, y Antonio Fernández, en la molienda de las muestras.


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Ficha Bibliográfica
TítuloPolifenoles: “fruto” oculto del castaño
Autor/esFRANCISCO FUENTE-MAQUEDA. Área de Cultivos Hortofrutícolas y Forestales. Programa Forestal. franciscof@serida.org
LUCÍA RODRÍGUEZ PÉREZ. Área de Cultivos Hortofrutícolas y Forestales. Programa Forestal. luciar@serida.org
ISABEL FEITO DÍAZ. Área de Cultivos Hortofrutícolas y Forestales. Programa Forestal. ifeito@serida.org
Año Publicación2021
Área

Cultivos Hortofrutícolas y Forestales.
Programa Forestal.

Revista/SerieTecnología Agroalimentaria. Boletín informativo del SERIDA. Número 25
ReferenciaPágs. 11-20
Formato
Depósito LegalAS 2617/1995
ISSN1135-6030
ISBN
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