Estudio del metabolismo y biodisponibilidad de las flavanonas de zumo de naranja y el efecto de los tratamientos tecnológicos y biotecnológicos para mejorar la absorción

Abstract

El objetivo principal de la Tesis Doctoral ha sido conocer de qué forma los tratamientos tecnológicos de elaboración de zumos de naranja afectan a la biodisponibilidad y metabolismo de las flavanonas y de otros compuestos fitoquímicos presentes en dichos zumos. Para conseguirlo, se establecieron los siguientes objetivos secundarios: 1. Determinar la variabilidad entre individuos en la absorción, metabolismo y excreción de las flavanonas de los cítricos y de qué forma le afecta el procesado de los zumos. 2. Conocer si se pueden emplear estrategias de micronización, encapsulación e hidrólisis para mejorar la biodisponibilidad y evitar la variabilidad entre individuos. 3. Establecer una metodología robusta de metabolómica no dirigida para identificar nuevos biomarcadores urinarios de consumo de zumos cítricos relacionados con procesos de elaboración mediante diferentes tecnologías y confirmar y cuantificar mediante metabolómica dirigida dichos biomarcadores urinarios de consumo de zumos cítricos. Para alcanzar estos objetivos, se ha optimizado una metodología analítica por HPLC-DAD-MS-MS tras la ingesta del zumo de naranja y se ha realizado un estudio de metabolómica no dirigida mediante UPLC-Q-TOF para evaluar biomarcadores de ingesta de zumo de naranja en orina y el potencial efecto del procesado sobre los mismos. Un aspecto fundamental para estudiar la variabilidad entre individuos, ha sido la estratificación de los voluntarios atendiendo al porcentaje de excreción en orina, recogida durante 24 horas, de metabolitos de hesperetina. Los resultados obtenidos concluyeron que: 1. La estratificación de los voluntarios para la excreción de las flavanonas debe considerarse en estudios futuros para evaluar la biodisponibilidad y los efectos en la salud de las flavanonas de cítricos. 2. Los altos excretores de flavanonas tienen la microbiota y los transportadores intestinales necesarios para absorberlas y excretarlas de forma eficiente tras la ingesta de zumo de naranja y pueden beneficiarse más de las mejoras aplicadas en la solubilidad y accesibilidad de las flavanonas que los bajos excretores. 3. El nivel de excreción que un voluntario tiene debido a su microbiota es más relevante que los tratamientos tecnológicos de cara a la absorción de flavanonas y, por tanto, de cara a la respuesta biológica potencial de un individuo determinado tras la ingesta de zumo de naranja o preparados nutracéuticos que contengan flavanonas. 4. Se ha optimizado una metodología analítica por HPLC-DAD-MS-MS de flavanonas y otros metabolitos presentes en orina tras la ingesta del zumo de naranja. 5. La micronización y la encapsulación mejoran la biodisponibilidad de las flavanonas en los individuos con una microbiota adecuada, con las ramnosidasas necesarias, para romper los rutinósidos de hesperetina y permitir su absorción. 6. La hidrólisis enzimática durante la elaboración del alimento, produciendo la aglicona, es útil para mejorar la absorción de flavanonas en todos los individuos, tengan o no la microbiota apropiada, pues ya no se necesita la actividad ramnosidasa, y los bajos excretores pueden alcanzar niveles similares a los altos excretores. 7. La metabolómica no dirigida identificó biomarcadores urinarios capaces de discriminar entre la ingesta de zumos de naranja recién exprimidos a mano y zumos procesados industrialmente. 8. Se han confirmado biomarcadores del consumo de zumo de naranja descritos en trabajos previos y se han identificado nuevos biomarcadores no descritos hasta ahora, como los metabolitos de polimetoxiflavonas. 9. No hay una correlación entre los niveles de excreción de flavanonas y de polimetoxiflavonas, lo que indica que las diferencias en el metabolismo de la microbiota intestinal podrían estar detrás de la variabilidad interindividual.

The main objective of the Doctoral Thesis has been to find out how technological treatments for the production of orange juice affect the bioavailability and metabolism of flavanones and other phytochemical compounds present in said juices. To achieve this, the following secondary objectives were established: 1. To determine the variability between individuals in the absorption, metabolism and excretion of citrus flavanones and how it is affected by the processing of juices. 2. Know if micronization, encapsulation and hydrolysis strategies can be used to improve bioavailability and avoid variability between individuals. 3. Establish a robust non-targeted metabolomics methodology to identify new urinary biomarkers of citrus juice consumption related to production processes using different technologies and confirm and quantify these urinary biomarkers of citrus juice consumption by targeted metabolomics. To achieve these objectives, an analytical methodology has been optimized by HPLC-DAD-MS-MS after the ingestion of orange juice and a non-targeted metabolomics study has been carried out by means of UPLC-Q-TOF to evaluate biomarkers of orange juice ingestion in urine and the potential effect of processing on them. A fundamental aspect to study the variability between individuals has been the stratification of the volunteers according to the percentage of excretion in urine, collected during 24 hours, of hesperetin metabolites. The results obtained concluded that: 1. Stratification of volunteers for flavanone excretion should be considered in future studies to assess the bioavailability and health effects of citrus flavanones. 2. High flavanone excretors have the gut microbiota and transporters needed to absorb and excrete them efficiently after orange juice ingestion and may benefit more from improvements in flavanone solubility and accessibility than low excretors. 3. The level of excretion that a volunteer has due to their microbiota is more relevant than technological treatments in terms of flavanone absorption and, therefore, in terms of the potential biological response of a given individual after ingesting orange juice or nutraceutical preparations containing flavanones. 4. An analytical methodology has been optimized by HPLC-DAD-MS-MS of flavanones and other metabolites present in urine after the ingestion of orange juice. 5. Micronization and encapsulation improve the bioavailability of flavanones in individuals with an adequate microbiota, with the necessary rhamnosidases, to break down hesperetin rutinosides and allow their absorption. 6. Enzymatic hydrolysis during feed processing, producing the aglycone, is useful to improve the absorption of flavanones in all individuals, whether or not they have the appropriate microbiota, since rhamnosidase activity is no longer needed, and low excretors can reach similar levels to the high excretors. 7. Non-targeted metabolomics identified urinary biomarkers capable of discriminating between intake of freshly hand-squeezed orange juice and industrially processed juice. 8. Biomarkers of orange juice consumption described in previous works have been confirmed and new biomarkers not described until now have been identified, such as polymethoxyflavone metabolites. 9. There is no correlation between flavanone and polymethoxyflavone excretion levels, indicating that differences in gut microbiota metabolism could be behind inter-individual variability.