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1 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO Facultad de Química “CROMATOGRAFÍA DE LÍQUIDOS ACOPLADA A MASAS (LC-MS) COMO UNA HERRAMIENTA PARA EL ANÁLISIS DE LA MIEL” TRABAJO MONOGRÁFICO DE ACTUALIZACIÓN QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE QUÍMICA FARMACÉUTICA BIÓLOGA PRESENTA AHUMADA SÁNCHEZ JENNYFER CIUDAD UNIVERSITARIA, CDMX 2019 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. 2 JURADO ASIGNADO: PRESIDENTE: Dra. Rachel Mata Essayag VOCAL: Dr. José Fausto Rivero Cruz SECRETARIO: Dra. Mabel Clara Fragoso Serrano 1° SUPLENTE: Dr. Mario Alberto Figueroa Saldivar 2° SUPLENTE: Dra. Berenice Ovalle Magallanes SITIO DONDE SE DESARROLLÓ EL TEMA: Laboratorio 111, Conjunto E, Facultad de Química, UNAM ASESOR DEL TEMA: José Fausto Rivero Cruz SUSTENTANTE (S): Jennyfer Ahumada Sánchez 3 AGRADECIMIENTOS A la Facultad de Química de la Universidad Nacional Autónoma de México por permitirme realizar mis estudios de Licenciatura en Química Farmacéutica Bióloga. Al Dr. José Fausto Rivero Cruz por todo su apoyo incondicional, asesoría y su valioso tiempo que brindo para culminar este trabajo. A los miembros del jurado por la revisión de este trabajo. Al PAIP 5000-9138 por el apoyo financiero otrogado al Dr. José Fausto Rivero Cruz 4 ÍNDICE LISTA DE ABREVIATURAS ..................................................................................................................................5 1. INTRODUCCIÓN .................................................................................................................................................7 2. OBJETIVO GENERAL ........................................................................................................................................9 3. ANTECEDENTES ............................................................................................................................................ 10 3.1 CROMATOGRAFÍA DE LÍQUIDOS DE ALTA EFICIENCIA (HPLC) ............................................................... 10 3.2 CROMATOGRAFÍA DE LÍQUIDOS ACOPLADA A MASAS (CL-EM) ............................................................. 12 3.3 HISTORIA ........................................................................................................................................ 15 3.4 LA MIEL ........................................................................................................................................... 17 3.5 FORMACIÓN DE LA MIEL .................................................................................................................... 19 3.6 PROPIEDADES QUÍMICAS Y FÍSICAS DE LA MIEL ................................................................................... 20 3.6.1 Carbohidratos .............................................................................................................................................. 21 3.6.2 Agua .............................................................................................................................................................. 22 3.6.3 Enzimas ........................................................................................................................................................ 22 3.6.4 Proteínas y aminoácidos ........................................................................................................................... 22 3.6.5 pH y conductividad ..................................................................................................................................... 23 3.6.6 Color ............................................................................................................................................................. 23 3.6.7 Densidad ...................................................................................................................................................... 23 3.6.8 Higroscopicidad ........................................................................................................................................... 24 3.6.9 Fluidez y viscosidad ................................................................................................................................... 24 3.7 ANTIOXIDANTES DE LA MIEL .............................................................................................................. 24 3.8 TIPOS DE MIEL ................................................................................................................................. 27 3.9 COMPUESTOS TÓXICOS PRESENTES EN LA MIEL ................................................................................. 27 3.10 USOS DE LA MIEL ........................................................................................................................... 31 3.11 PROBLEMAS DE ADULTERACIÓN EN LA MIEL ..................................................................................... 33 4. MARCO LEGISLATIVO ................................................................................................................................... 34 5. ANÁLISIS DE CONTAMINANTES EN LA MIEL MEDIANTE LA TÉCNICA CL-EM ............................. 35 5.1 ANTIBIÓTICOS PRESENTES EN LA MIEL ............................................................................................... 35 5.2 PESTICIDAS EN LA MIEL .................................................................................................................... 45 5.3 METABOLITOS TÓXICOS EN MIEL ....................................................................................................... 52 6. CONCLUSIONES ............................................................................................................................................. 55 7. ANEXO I ............................................................................................................................................................ 56 8. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS: ............................................................................................................. 57 5 Lista de Abreviaturas Abreviatura AEA AG AHD AMOZ ANN AOZ AP DCH DHA EA EAEN GC-MS GLS GSH GTX HCD HMF LC-MS MGO PCA PLS PsEAEN SDM SDT SDX SDZ SFN SGN SIG SMR SMX Terminología Anhidroeritromicina A Aminoglucósidos 1-aminohidantoina 3-amino-5-metil-morfolin-2-oxazolidinona Modelado de redes neuronales artificiales 3-amino-2-oxazolidinona Alcaloides de pirrolizidina Diclohexilamina Dihidroxiacetona Eritromicina A Eritromicina A enol eter Cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas Glucosinolatos Glutatión reducido citosólico Grayanotoxinas Apósito hidrocoloide 5-hidroximetilfurfural Cromatografía de líquidos acoplada a espectrometría de masas Metilglioxal Principal análisis de componentes Regresión de mínimos cuadrados parciales PseudoeritromicinaA enol eter Sulfameriazida SMNM sulfamonometoxina Sulfadimetoxina Suladoxina Sulfadiazina Sulforafanos Sulfaguanidina Sistema de información geográfica Sulfamerazina Sulfametoxazol 6 SMZ SNL SOD SOX STZ VLDL Sulfametiazol Sulfanilamida Superóxido dismutasa Sulfaquinoxalina Sulfatiazol Lipoproteínas de baja densidad 7 1. Introducción La miel es una sustancia dulce natural que es producida por abejas (Apis mellifera, familia: Apidae) a partir del néctar de flores o de secreciones de partes vivas de plantas, e incluso de excreciones de insectos chupadores que las abejas recolectan y transforman mediante una combinación con sustancias específicas propias. Este producto es depositado en celdas para ser deshidratado y madurado. Ha sido utilizada por los seres humanos desde hace casi 5500 años. La mayoría de las civilizaciones antiguas, incluyendo a los griegos, chinos, egipcios, romanos, mayas y babilonios consumían miel con fines nutricionales y por sus propiedades medicinales. Estas culturas la utilizaban para curar, conservar y embalsamar. También se usaba como un impuesto o tributo de los pueblos conquistados y como ofrenda a los dioses. Este producto natural es uno de los más apreciados y valorados desde hace miles de años, usándose en la medicina nutricional y como un tratamiento alternativo para afecciones clínicas, desde la curación de una herida hasta el tratamiento del cáncer. Tiene gran utilidad para el tratamiento de enfermedades oculares, asma, infecciones de garganta, tuberculosis, fatiga, hepatitis, estreñimiento, cicatrización de úlceras, entre otras. La composición química de la miel varía según su origen floral, el medio ambiente donde se encuentre y sus condiciones geográficas. Contiene más de 180 compuestos incluyendo azúcares naturales como (glucosa y fructosa), agua, aminoácidos, enzimas, antioxidantes y otros componentes como vitaminas, minerales y fitoquímicos.1 Los azúcares son los componentes mayoritarios de la miel y son considerados como los responsables de las propiedades sensoriales y fisicoquímicas dentro de la industria alimentaria. Químicamente incluye un 80 % de monosacáridos, 3-5 % de disacáridos, 17-20 % agua y una amplia gama de otros constituyentes en porciones menores como minerales, entre ellos el calcio, cobre, hierro, magnesio, fósforo y potasio, también contiene proteínas, vitaminas y fitoquímicos. En estudios previos se ha encontrado que estos componentes poseen 8 propiedades antioxidantes, antimicrobianas, antinflamatorias, antiproliferativas, anticancerígenas y antimetastáticos.2 La calidad de la miel se basa en su pureza y originalidad. La pureza se determina por sus propiedades fisicoquímicas y la originalidad depende de varios factores, como su origen botánico, geográfico y entomológico. La calidad puede verse afectada por los tipos de abejas, la presencia de insectos chupadores, su ubicación, condiciones climáticas, etapa de maduración, así como las condiciones de procesamiento y almacenamiento. Estos cambios en conjunto pueden afectar su consistencia, color, sabor y aroma.3 La adulteración en la miel se realiza mediante la adición de edulcorantes como azúcar de caña refinada, azúcar de remolacha y jarabe de maíz. De acuerdo con los estándares internacionales a la miel, no se le debe adicionar o quitar ningún componente en particular.4 Los problemas relacionados con la detección de adulteración consisten en adiciones de edulcorantes de bajo costo como: jarabes invertidos o jarabes de inulina con un alto contenido de fructosa, para este tipo de adiciones su detección y proceso no es fácil. Por las razones antes expuestas, las cromatografías de gases (CG) y de líquidos (CL) acopladas a la espectrometría de masas (EM) se han utilizado simultáneamente para analizar los azúcares en la miel.5 El desarrollo tecnológico de instrumentación en la CL-EM ha llevado a mejoras significativas de rendimiento y sensibilidad, permitiendo un análisis de alto rendimiento de muestras complejas. Esta metodología permite obtener información sobre los constituyentes individuales y es altamente versátil, además de ser una herramienta analítica, permite el análisis de componentes traza, mezclas complejas, así como el desarrollo de huellas dactilares de la miel.6 9 2. Objetivo General Conocer los avances recientes en los análisis de la pureza, adulteración y contaminantes presentes en las mieles de distinto origen geográfico y/o floral utilizando la cromatografía de líquidos acoplada a espectrometría de masas. 10 3. Antecedentes 3.1 Cromatografía de líquidos de alta eficiencia (HPLC) A comienzos del siglo XX el botánico ruso Michael Tswett, describió la separación de pigmentos de hojas verdes empleando una columna de carbonato de calcio utilizando el término “cromatografía” para describir las zonas coloreadas que se movían hacia abajo en la columna. A partir de ese momento, el desarrollo de esta técnica de separación ha sido constante. En la Figura 1 se muestran las partes principales de un HPLC. Son técnicas muy versátiles que permiten la separación de distintos analitos de una mezcla que puede ser muy compleja. Se basa en la distribución selectiva de los solutos entre una fase móvil (gaseosa, líquida o un fluido supercrítico) y una fase estacionaria líquida o sólida. La cromatografía de líquidos (fase móvil líquida), su fase estacionaria sólida se trata de sólidos finamente divididos (con una gran superficie específica). → Cromatografía de adsorción: la fase estacionaria sólida retiene a los solutos por un doble efecto de adsorción física y química teniendo fuerzas implicadas del tipo fuerzas de Van der Waals. → Cromatografía de intercambio iónico: el sólido retiene a los solutos debido a la ayuda de atracciones electrostáticas donde la fase estacionaria sólida lleva en la superficie cargas fijas y de esta forma retener contraiones móviles que pueden intercambiarse por iones de la fase móvil. → Cromatografía de exclusión: la fase estacionaria es un material poroso que retiene a las moléculas en función de su tamaño y se puede denominar también como cromatografía de filtración sobre geles o de permeabilidad en geles (GPC). Fase estacionaria líquida: → Cromatografía de reparto: la fase estacionaria se trata de un líquido inmovilizado sobre un material inerte sólido que tiene como función actuar de 11 soporte. → Cromatografía de afinidad: la fase estacionaria se trata generalmente de un polímero de tipo líquido inmovilizado sobre un sólido inerte mediante enlaces covalentes. Para ambos casos con distinta fase estacionaria se debe a equilibrios de distribución de los solutos entre las fases móviles y la fase estacionaria que están controlados por la variedad de solubilidad de estas en las fases presentes. La técnica de HPLC por sus siglas en inglés (Cromatografía líquida de alta eficiencia), es una metodología altamente eficiente que tiene una gran resolución para un amplio rango de compuestos orgánicos, por este motivo es muy empleada en análisis ambientales. Las diferentes combinaciones de fases estacionarias y fases móviles determinan la separación y los tiempos de retención en la columna de los compuestos. A la salida de la columna, el eluato pasa por un detector que responde a la presencia de los distintos analitos y desarrolla una señal que es proporcional a la cantidad de muestra. Esta señal se grafica en función del tiempo demandado para la aparición de dicha señal. Un detector común por su versatilidad es aquel basado en la absorción de la radiación UV por los analitos eluidos. La fase móvil es un disolvente o mezcla de disolventes y la fase estacionaria un sólido que interactúa con las sustanciasque se desean separar (cromatografía líquido-sólido), o bien un líquido inmiscible con la fase móvil, depositado en la superficie de un sólido (cromatografía líquido-líquido). Para llevar a cabo un desarrollo y validación de algún método evaluador de parámetros analíticos es un desafío muy crucial, tanto para el tratamiento previo de muestra, la fase móvil, la composición y el flujo, así como los parámetros posteriores que surgen para optimizar las técnicas cromatográficas de tal forma lograr mejores resultados y una evaluación correcta para la eficiencia de la extracción de analitos.55 12 Figura 1. Componentes principales de un equipo de HPLC (Sagar Aryal, 2018) 3.2 Cromatografía de líquidos acoplada a masas (CL-EM) Los métodos de acoplamiento combinan las capacidades de separación de la cromatografía con las de detección cuantitativa y cualitativa de los métodos espectrales tales como infrarrojo, resonancia magnética nuclear y masas, entre otros. A estas técnicas se les denomina en ocasiones técnicas hifenadas. En los primeros métodos de esta categoría los eluyentes de la columna cromatográfica se recogían como fracciones separadas en una trampa fría, se usaba un detector no selectivo ni destructivo para la identificación de su presencia. Posteriormente, se investigaba la composición de cada fracción por espectroscopia de resonancia magnética nuclear, infrarroja, masas o con medidas electroanalíticas. Una importante limitación de esta aproximación era la pequeña cantidad (usualmente de micromoles) de soluto contenida en las fracciones. Sin embargo, hoy en día muchos métodos hifenados monitorizan el efluente de la columna cromatográfica de manera continua, con métodos espectroscópicos dando como resultado una combinación de dos técnicas, que basadas en principios distintos, permiten lograr una enorme selectividad. La cromatografía de líquidos es una técnica de separación comúnmente utilizada para llevar acabo su determinación en matrices alimentarias mientras que a 13 diferencia de la cromatografía de gases no requiere una etapa de derivatización previa a su inyección en el sistema cromatográfico. Si se combina la cromatografía de líquidos con la espectrometría de masas el resultado será más favorable dando una elevada selectividad y sensibilidad. Es muy efectiva en la separación de compuestos no volátiles e inestables térmicamente. El detector más ampliamente usado es el de absorción al UV, el cual dependiendo del modo en el que se emplee, puede considerarse como específico o general.56 Hasta hace dos décadas, no se disponía de una interfase apropiada de CL-EM debido a que este acoplamiento no era considerado natural, ya que no sólo los analitos han de ser ionizados, sino que también se requiere la vaporización de la fase móvil. Se ha resuelto este problema con las fuentes de ionización a presión atmosférica Atmospheric Pressure Ionization (API), los cuales han convertido CL- EM en un método ideal y ampliamente usado por su gran especificidad, sensibilidad y eficiencia.57 Las interfases más comúnmente usadas para está técnica son la ESI, APCI y APPI. En especial con ESI y APCI se han desarrollado estrategias analíticas usadas en una gran variedad de aplicaciones, como el análisis ambiental, desarrollo de productos en la industria farmacéutica e incluso el análisis de residuos de drogas veterinarias, así como la caracterización de productos naturales y caracterizar biomoléculas como péptidos, proteínas, oligosacáridos, lípidos y oligonucleótidos.58 Los primeros trabajos que utilizaron métodos CL-EM para análisis de muestras emplearon fuentes de ionización por termopulverización (TSP).59 Posteriormente, el TSP fue desplazado por técnicas de ionización a presión atmosférica (API), que incluyen el electro pulverización o electrospray (ESI) y la ionización química a presión atmósferica (APCI).60 La principal diferencia entre las dos fuentes de ionización radica en el mecanismo de ionización. En ESI, los iones preformados en la fase líquida son desolvatados y evaporados en cambio en APCI la ionización se produce en fase gas debido a reacciones ion-molécula entre el plasma generado a partir de la fase móvil y los analitos. APCI también permite trabajar sin pérdida de sensiblidad y se ve menos afectada por componentes iónicos presentes en la matriz, 14 pero debido a su elevada temperatura de trabajo limita su aplicación a sustancias no termolábiles.61 La cromatografía combinada en línea junto con espectrometría de masas (EM) es una de las metodologías analíticas mucho más sensibles y selectivas, el acoplamiento de la cromatografía de gases y la espectrometría de masas es ampliamente usada para el análisis de alimentos. La CL-EM permite identificar estructuras moleculares, sus instrumentos más simples son los del tipo cuadrupolo (Q) y la trampa de iones (IT) debido a su bajo costo y una buena eficiencia para la cuantificación. Por otro lado, la espectrometría de masas en tándem (MS/MS), proporciona información de estructuras moleculares y además permite aumentar la selectividad, identifica y cuantifica en presencia de compuestos que coeluyen. Los espectrómetros de masas de tiempo de vuelo (TOF-MS) acoplado a CL tienen varias ventajas ya que consiguen la detección casi simultánea de todos los iones a evaluar dando una elevada sensibilidad del espectro en general.62 La cromatografía de líquidos acoplada a espectrometría de masas tiene como fin proporcionar patrones de fragmentación que permiten la identificación inequívoca de analitos presentes en miel. La necesidad de utilizar este tipo de método rápido y universal es lograr cubrir un número de compuestos por debajo de los niveles requeridos por la legislación del país y de tal forma llevar a cabo el desarrollo de diferentes técnicas de extracción, sin embargo, es importante la preparación de muestras eficientes para el uso de este método. Cabe señalar que la selección de la muestra más adecuada se realiza en función del tipo de matriz y compuestos bajo análisis. Los analizadores de masas para CL-EM se consideran como el corazón del espectrómetro de masas, la capacidad de estos instrumentos se caracteriza por su rango de masas, resolución de masa, eficiencia de transmisión de iones, exactitud de masas, rango dinámico de linealidad, velocidad de barrido y sensibilidad por ejemplo los instrumentos de cuadrupolo simple usualmente están limitados a medir especies intactas generadas por la fuente de ionización, traduciéndolo en una pérdida de selectividad. Ha sido de los más usados en las últimas décadas porque es relativamente barato, robusto.64 15 En general, la química dentro de los alimentos en la actualidad surge como un campo amplio con distintos objetivos e importantes aspectos dentro de la ciencia. La mayoría de las muestras que se desean analizar por métodos instrumentales de separación son demasiado complejas o están demasiado diluidas e incluso pueden ser incompatibles con el sistema cromatográfico lo cual no permite una introducción directa.63 3.3 Historia A lo largo de la historia, tanto las abejas como la miel se han hecho presentes una gran diversidad de mitos y aspectos filosóficos. La dulzura de la miel, desde tiempos antiguos se ha descrito con una gran elocuencia, mientras que las características de la sociedad y el comportamiento de las abejas han sido identificadas durante mucho tiempo con las nuestras. Una hembra dominante sigue siendo una abeja reina en el lenguaje común, cuando trabajamos duro estamos tan ocupados como una abeja o como una colmena de la industria.8,10 Las pinturas rupestres en la Cueva de la Araña (Figura 2), en Biocorp Valencia, datan de 7.000 años a.C, muestran como un hombre está recolectando miel, demostrándose desde entonces que los primeros pobladoresde está región descubrieron los beneficios de la miel. 7 Figura 2. Cueva de la Araña, pobladores recogiendo miel de un enjambre silvestre (Lee, 1983). 16 Según el Papiro de Tebas, escrito en 1870 a. C., los egipcios alimentaban y cuidaban a sus hijos con miel, para ellos provenía de las lágrimas del Dios Ra y formaba parte de todas las ofrendas religiosas del Egipto faraónico. En la tumba del faraón Tutankamón fueron encontradas, en 1922 en perfectas condiciones, varias vasijas con miel a pesar de los 33 siglos transcurridos. De acuerdo al antiguo tratado médico Papiro Ebers (1550 a.C.), se usaba con resultados efectivos en forma tópica en curación de heridas, para el tratamiento de dolor abdominal y como un ungüento para la piel seca, heridas, quemaduras, irritación y enfermedades oculares.8 Además de los egipcios, los griegos, romanos y chinos la establecieron como un remedio tópico antiséptico para heridas, irritación y úlceras. En China se usó para prevenir cicatrices, remoción de pecas y mejorar la apariencia de la piel en general, así como en tratamiento contra la inflamación de los ojos, afecciones de la garganta y boca e incluso para remover helmintos. Aristóteles creía que el consumo de miel prolongaba la vida, Dioscórides, el médico, farmacólogo y botánico griego que compiló “De materia Médica”, la fuente clásica de terminología botánica moderna y texto líder farmacológico hasta el siglo XV, declaró que la miel podía utilizarse como tratamiento para enfermedades estomacales, heridas infectadas, inflamación de oído, hemorroides y para detener la tos. En la antigua Roma la miel tenía un importante papel en su gastronomía, así como en la conservación de sus alimentos, vegetales y frutas que se sumergían en miel para su preservación.7,8 En la mitología griega, es el alimento de los dioses del Olimpo, símbolo de conocimiento y de sabiduría, reservada para los elegidos, los iniciados, los seres de excepción, en este mundo como en el otro. El emperador romano, Augusto, preguntó a su amigo Asinio Pollión Romilis a que atribuía él su longevidad y su estado saludable y él respondió que como era su costumbre “aceite por fuera y miel por dentro”. Los médicos la utilizaron para ayudar a sus pacientes a adormecerse. La llamada luna de miel tiene su origen en la costumbre romana de que la madre de la novia, dejaba cada noche en la alcoba nupcial a disposición de los recién casados, una vasija con miel para “reponer energías”.9 17 En 594 a. C., en Atenas se aprobó la ley que estipulaba que las poblaciones de abejas debían colocarse a una distancia de 300 pies. La miel del ático era considerada la mejor, siendo coronada en los festines realizados en las poblaciones. En grandes civilizaciones se ha encontrado que el uso de la miel es importante como una fuente de alimento además como un símbolo religioso, espiritual y terapéutico. En la civilización egipcia se ha encontrado evidencia de su uso en momificación, como un agente emulsificante de pinturas y ofrenda para los muertos y de esta forma asegurar el sustento en el más allá. En el antiguo Egipto era considerada un lujo y los faraones la utilizaban en la celebración del matrimonio, mientras que los recién casados tomaban hidromiel durante un mes después de la boda para asegurar suerte y felicidad.10 La perfección de la miel, la convierte en un elemento principal de numerosos rituales religiosos. Entre los incas y los aztecas en América, desempeñó un gran papel en las ceremonias y los rituales de iniciación y de purificación. En la región tropical de México la miel era el principal producto de la colmena, la cual se utilizaba en la gastronomía, medicamentos y ritos. Debido a que su contenido de agua es mayor a la miel producida por la abeja europea, su fermentación era más fácil, factor que permitió el desarrollo de bebidas como el balché y el xtabentún. En el siglo XVI el médico indígena Martín de la Cruz estableció, en el Códice de la Cruz Badiano, las bases para el empleo de la miel en la elaboración de medicamentos para diversas afecciones.11 En un experimento realizado en 1971 se demostró que trozos de pescado, riñón, hígado y otros tejidos de origen animal, cubiertos con miel, conservaron su frescura a temperatura ambiente durante 4 años, mientras que los trozos cubiertos con “miel artificial” comenzaron a descomponerse al quinto y octavo día.12 3.4 La miel La miel es una sustancia dulce natural que es producida por abejas (Apis mellifera, familia: Apidae) a partir del néctar de flores o de secreciones de partes vivas de plantas e incluso de excreciones de insectos chupadores que las abejas recolectan y posteriormente transforman realizando una combinación con sustancias 18 específicas propias. Estás posteriormente son depositadas, deshidratadas y almacenadas en el panal generando su maduración. Las abejas son seres esenciales que contribuyen a la conservación de los ecosistemas y al bienestar de los seres humanos, polinizando las plantas silvestres y al aumentar la productividad de los cultivos. Las especies de abejas con y sin aguijón producen sustancias con un alto valor en el mercado como la cera, propóleo y principalmente la miel, la cual representa una importante contribución económica para muchos países en el mundo.13 Las abejas producen la miel a partir del néctar o de secreciones azucaradas. El néctar segregado por las plantas, se encuentran en la flor, estos nectarios son ubicados en lugares estratégicos con el fin de que los insectos atrapen granos de polen y de tal forma garantizar su polinización. 14 En las últimas décadas se ha incrementado la preocupación por la desaparición de las abejas y a su vez la extinción local de plantas polinizadas por estos insectos. A este fenómeno se le ha denominado como el “síndrome del declive o colapso de las abejas” que, aunado a las pérdidas de colonias de Apis mellifera en regiones de Europa (Inglaterra y Holanda) y Estados Unidos, se ha hecho evidente la necesidad de realizar estudios más profundos respecto a la biología de estos insectos, sobre todo con abejas solitarias y meliponinos. 15 La miel se ha consumido por su alto valor nutritivo y contribución a la salud humana. Su producción anual en el mundo es de aproximadamente 1.2 millones de toneladas, lo cual representa aproximadamente el 1 % del total en producción de azúcares. Es de gran importancia conocer su origen geográfico y botánico debido a la legislación específica, permitiendo avualar su procedencia y demanda existente dentro del mercado comercial.13 La Unión Europea es el mayor importador de miel, así el consumo en países como Italia, Francia, Inglaterra, Dinamarca y Portugal varía de 0.3 a 0.4 Kg; en países como Alemania, Austria, Suiza, Hungría y Grecia de 1 a 1.8 Kg; mientras que, para Canadá, Estados Unidos y Australia el promedio de consumo se encuentra de 0.6 a 0.8 Kg por año. La miel importada de China o Sudamérica usualmente presenta 19 precios más bajos, en China han ocurrido diversos incidentes de fraude, siendo el país con mayor señalamiento de adulteración.16 En otros países como en México la apicultura comenzó entre 1580 y 1350 a. C., con la introducción de la abeja italiana posterior a la llegada de los españoles junto con el uso de marcos móviles para actividades apícolas modernas. En 1950, la apicultura mexicana y la comercialización se desarrolló aún más, basándose en abejas europeas. Con relación a las exportaciones, México ocupa el tercer lugar a nivel mundial y tiene 1.9 millones de colmenas con una plantilla de 45 mil apicultores a nivel nacional. México tiene una amplia variedad de mieles, debido a sus diversos climas y flora, resultando en distintos tipos de mieles uniflorales y multiflorales.17 El Sistema de Información Geográfica(SIG), realiza investigaciones en fisicoquímica las cuales incluyen parámetros de la miel necesarios para determinar su área porcentual, creación de mapas sobre idoneidad por su disponibilidad geográfica y floral. Estos mapas son de ayuda en la estadística y presentación de datos. Este sistema tiene como función generar información sobre aquellas mieles que carecen de características, realizando la integración de un mapa nacional para la calidad de miel y poder obtener las características de área geográfica de su origen. Este producto natural puede encontrarse con distintas variaciones bajo la influencia de su maduración, su proceso, el néctar, los compuestos añadidos, cambios y condiciones climáticas como la luz solar y la humedad.18, 19 3.5 Formación de la miel Las abejas recolectan su miel por medio de dos fuentes principales: la ligamaza (gotas de miel) y del néctar. El néctar es secretado en la flor que contiene alrededor del 95 % de azúcares y el resto son aminoácidos (0.05 %), minerales (0.02-0.45 %), pequeñas cantidades de ácidos orgánicos, vitaminas. La concentración de azúcar depende de diferentes factores como la temperatura, el suelo y la humedad, cuando la humedad es mayor la cantidad de néctar también es mayor pero la concentración de azúcar es menor. Las temperaturas óptimas de la producción de néctar son de 10 a 30 °C, los vientos fuertes disminuyen su secreción, cuanto mayor es la cantidad de azúcar de una planta, más visitada es por las abejas.20 20 La ligamaza es el producto de secreción de los insectos chupadores de plantas (hemípteros), los cuales perforan el follaje u otras partes de la planta y se alimentan de la savia. La savia ingerida pasa a través del intestino del insecto y el excedente se excreta en forma de gotitas de miel, que son recolectadas por las abejas. Este producto es una solución con una concentración variable de azúcar (5-60 %), que contiene principalmente sacarosa, oligosacáridos, aminoácidos, proteínas, minerales, ácidos y vitaminas.21 Las abejas recolectan las soluciones azucaradas que tienen a su disposición cerca de la colmena y tienen cierta predilección por especies botánicas. Las abejas pecoreadoras, absorben con su lengua el néctar de las flores que visitan o los mielatos, los introducen en su buche y vuelven a la colmena para regurgitarlos. Posteriormente, los vuelven a absorber o los pasan a otras abejas, incorporando así enzimas adicionales (diastasa y glucosidasa) y continuando con la transformación iniciada en el buche de la abeja recolectora. Durante este proceso también se incorpora la enzima invertasa, que ayuda a transformar el néctar o las secreciones de las plantas en miel. Los líquidos azucarados depositados en el panal siguen deshidratándose y experimentado transformaciones bioquímicas. Las abejas ventiladoras con el movimiento de sus alas producen corrientes de aire, introduciendo del exterior aire seco y eliminando del interior el húmedo consiguen rebajar el porcentaje de humedad hasta llegar a un 16-20 %, grado de maduración que tiene la miel cuando las abejas obreras operculan (sellar la celda con una fina capa de cera). Es en este momento cuando la miel está lista para ser recogida del panal por los apicultores.22 3.6 Propiedades químicas y físicas de la miel La calidad de cualquier tipo de miel se basa en su pureza y en su originalidad. La pureza es determinada por sus propiedades fisicoquímicas, mientras que la originalidad depende de varios factores como el origen botánico, geográfico y entomológico. En la literatura se han reportado distintas prácticas fraudulentas en la producción de la miel de abejas sin aguijón para poder satisfacer la creciente demanda por parte de los consumidores. Este problema es similar a los que se 21 tienen con las mieles de Apis, donde se han encontrado numerosos problemas en términos de pureza y originalidad de las mieles.23 Con la finalidad de detectar estos problemas se han desarrollado distintos métodos para su análisis: el perfil de azúcares utilizando cromatografía, análisis fisicoquímicos y sensoriales. Por estas razones, actualmente se han incrementado las investigaciones conducentes a determinar las propiedades químicas y físicas de la miel.24 La miel presenta muchas actividades biológicas y es utilizada eficazmente para el tratamiento de numerosas enfermedades, por ejemplo: gastrointestinales, de la piel, cáncer, del corazón e incluso la degeneración neurológica. Además de ser una muy buena fuente de energía, contiene principalmente carbohidratos y agua, así como pequeñas cantidades de ácidos orgánicos, vitaminas, minerales, flavonoides y enzimas.25 Las propiedades físicas y químicas de la miel se han hecho más aplicables como un proceso de certificación con el propósito de lograr una certificación correcta y sanitaria en muestras de miel. Las vitaminas y minerales están presentes en una cantidad muy pequeña con particularidad el hierro y cobre que son los responsables de sus propiedades redox y el potasio siendo el más abundante. También contiene trazas de niacina, calcio, riboflavina, magnesio y zinc. La miel oscura es la más rica en minerales entre todos los tipos de miel.26 3.6.1 Carbohidratos Los carbohidratos son los principales componentes en la miel, siendo mayoritarios los monosacáridos (fructosa y glucosa), que representan casi el 80 %. En menor proporción se encuentran los disacáridos (sacarosa y maltosa). Otros disacáridos y oligosacáridos como erlosa, turanosa, melecitosa también se encuentran con frecuencia. El porcentaje de sacarosa de una miel puede depender no solo de su procedencia botánica sino también de su estado de maduración. Aquella miel que es extraída del panal antes de su madurez, puede tener un exceso de sacarosa, y niveles superiores a los establecidos por la legislación.27 La relación entre la fructosa y glucosa en la miel condiciona la capacidad y la velocidad para cristalizar azúcares en estado líquido es bastante inestable y tiene una tendencia natural a cristalizar. La fructosa al ser más soluble en agua 22 permanece fluida, siendo la glucosa la que cristaliza debido a su menor solubilidad.28 3.6.2 Agua El contenido de agua depende del origen botánico de la miel, las condiciones climáticas, la temporada de producción, la manipulación humana y las condiciones de almacenamiento. Bajos porcentajes de agua dificultan la manejabilidad de la miel, por el contrario, altos porcentajes pueden propiciar efectos como es la fermentación. Si una miel llega a la industria con un alto contenido en agua, propiciado bien por la climatología anual o por una extracción prematura del panal, existe el riesgo de que posteriormente en el almacenamiento pueda fermentar por la acción de las levaduras osmófilas. Aunque esto no ocasiona ningún peligro de salud para el consumidor, invalidará el producto para su comercialización, con la consecuente pérdida económica para la industria (tiempo y dinero).29 3.6.3 Enzimas Las enzimas son los componentes minoritarios de la miel. Algunas son introducidas por las abejas procedentes de su tracto gastrointestinal y otras del néctar o mielatos.30 Las enzimas transforman los azúcares del néctar o de los mielatos, algunas de ellas como las diastasas, son enzimas transformadoras de almidón que proceden tanto de la abeja como del néctar. Por otra parte, la invertasa es la encargada de desdoblar a la sacarosa en fructosa y glucosa.31 La glucosa oxidasa, de origen animal, actúa sobre la glucosa para producir ácido glucónico y peróxido de hidrógeno. Este compuesto actúa como antibacteriano protegiendo a la miel hasta que esté madura. Otras enzimas como la fosfatasa ácida y la catalasa se encuentran también presentes en las mieles.32 3.6.4 Proteínas y aminoácidos La concentración de proteínas yaminoácidos varía dependiendo de las propiedades botánicas, el origen geográfico y del tiempo de almacenamiento. Las abejas también agregan distintas enzimas durante el proceso de maduración lo que indica la 23 determinación colorimétrica del contenido de proteína en las muestras de miel, se puede utilizar el método de Lowry como técnica para la identificación de ellas.33 3.6.5 pH y conductividad Algunos de los parámetros fisicoquímicos más relevante de las mieles son el pH y la conductividad. La miel es ligeramente ácida con un pH promedio de 3.9. Aquellas con origen tropical se caracterizan generalmente por tener menor acidez debido al contenido de agua. Cuando tiene valores de pH < 3.24 indica un inadecuado almacenamiento o presencia de impurezas. El pH no sólo es importante durante el proceso de extracción, sino que también afecta a la textura, estabilidad y vida útil de la miel. La conductividad eléctrica es otro de los factores importantes para determinar las características físicas de la miel y se considera una medida fisicoquímica importante para la autenticación de mieles uniflorales.34 3.6.6 Color Una característica importante para clasificar la miel es el color y esto se realiza de acuerdo con estándares. El color puede tener una amplia gama de tonos, desde un amarillo claro a ámbar, ámbar oscuro y negro; en casos muy extremos a veces verde o rojo apareciendo ciertos matices. Esta característica como otras depende de su origen botánico, ya que permite realizar su clasificación monofloral. La miel se puede oscurecer con el tiempo y otros cambios en el color pueden ser resultado de las intervenciones del apicultor y las distintas formas de conservación, entre ellos: el uso de panales viejos, contacto con metales y la exposición a temperaturas altas o a la luz.35 3.6.7 Densidad La densidad de la miel es expresada como la gravedad específica, es mayor que la densidad del agua en aproximadamente un 50 % y también depende del contenido de agua. Debido a la variación de densidad a veces es posible observar una clara estratificación de la miel en grandes tanques de almacenamiento. El alto contenido de agua (menos densa) de la miel se asienta sobre la miel más densa y seca.32 24 3.6.8 Higroscopicidad La miel es fuertemente higroscópica, la miel normal con un contenido de agua de 18.3 % o menos absorberá humedad del aire a una humedad relativa superior al 60 %, es importante mantenerla cerrada cuando se almacena en un lugar húmedo. Además, bajo condiciones de clima húmedo las abejas tienen dificultades para mantener la humedad a niveles seguros.32 3.6.9 Fluidez y viscosidad La viscosidad de la miel depende del contenido del agua y de la temperatura. La miel con mayor contenido de agua fluye más rápido que la que posee una cantidad más baja. La temperatura es un factor muy importante que influye en gran medida en la viscosidad de la miel. A temperatura ambiente (20°C), la viscosidad de la mayoría de las mieles no es lo suficiente alta como para permitir una buena fluidez y una fácil cosecha.36 3.7 Antioxidantes de la miel La actividad antioxidante que presentan las mieles naturales depende en gran medida de la composición química como de compuestos fenólicos, flavonoides, enzimas, ácidos orgánicos, aminoácidos, productos de reacción de Maillard, ácido ascórbico y carotenoides siendo los compuestos fenólicos o polifenoles los más importantes que se encuentran en la miel, la concentración total de fenoles depende de su fuente vegetal.37 El contenido de compuestos fenólicos suele ser más bajo en miel de color claro en comparación a mieles oscuras. La presencia de niveles altos de polifenoles en miel puede contribuir a un color más oscuro. Por otro lado, los flavonoides son compuestos fenólicos de bajo peso molecular que son fundamentales para el aroma y las propiedades antioxidantes de la miel.38 Los flavonoides son los principales componentes funcionales de la miel y pueden contribuir significativamente a su actividad antioxidante total y efectos benéficos en la salud humana. Uno de los beneficios potenciales de los flavonoides es estabilizar las membranas celulares, reduciendo la peroxidación lipídica y eliminando los 25 radicales libres. Además de tener La capacidad de proteger los glóbulos rojos contra el glutatión reducido citosólico (GSH), principal antioxidante de bajo peso molecular, los cuales protegen las células al convertir las especies reactivas de oxígeno en menos moléculas nocivas y el agotamiento del superóxido dismutasa (SOD), la quercetina (flavonoide más abundante en la miel monofloral cubana) y la acumulación en globulos rojos humanos para determinar la capacidad de este flavonoide para atravesar la membrana del eritrocito y de esta forma proteger la célula contra la oxidación.39 Los antioxidantes son agentes que contrarrestan el deterioro causado por oxidantes como el O2, OH-, superóxido y/o radicales peroxido lipídicos. Enfermedades como el cáncer, la síntesis de mutágenos, el envejecimiento, la aterosclerosis y otras enfermedades crónicas degenerativas persistentes son susceptibles al estrés oxidativo. Las células exhiben sistemas de defensa contra el daño oxidativo, el cual consiste en radicales libres y otros agentes protectores oxidativos como: la catalasa, superóxido dismutasa, peroxidasa, ácido ascórbico, tocoferol y polifenoles. La miel debido a su fuerte actividad antioxidante contribuye a la prevención de varios trastornos crónicos y agudos como la inflamación, alergias, trastornos trombóticos, diabetes, cardiovasculares, cáncer y otros. Los mecanismos propuestos mediante su efecto antioxidante incluyen el secuestro de radicales libres, la donación de hidrógeno, la quelación de iones metálicos y su acción como sustrato de los flavonoides para hidroxilo y superóxido.45 A continuación en la Tabla 1 se muestra el análisis de ciertos antioxidantes encontrados en distintas muestras de miel. 26 Tabla 1. Antioxidantes identificados en muestras de miel. Técnica Compuestos reportados Fase estacionaria Fase móvil Origen geográfico/floral Referencia HPCL- LC/MS Compuestos fenólicos: floroglucinol, ácido vaníllico, ácido caféico, ácido siríngico, ácido p-curámico, ácido ferúlico, quercetina, kaemferol- 7-O-ramnósido, camferol, isoramnetina, 8- metoxikaempferol C18 LiChroCART (15 cm × 4.6 mm) A: agua /ácido fórmico (99:1) B: metanol/isopr opanol (90:10) Cuba (121) LC- MS/MS DPPH; 2,2-difenil-1- pircrilhidrazilo ODS-3 FAST (100 mm × 2 mm, 3 μm) A: 0.1 % ácido fórmico B: acetonitrilo Italia (122) LC- MS/MS Compuestos fenólicos Gemini C18 (150 mm × 4.6 mm, 3 μm) A: 0.2 M ácido fosfórico B: acetonitrilo (90:10) Mediterráneo (123) LC- MS/MS Luteolina, camferol, miricetina, ramnetina, quercetina, rutina, quercitrina, naringenina, naringina, hesperidina, genisteína, ácido gallico, ácido protocatequico, p-HBA, ácido vanilíco, ácido trans-cinámico, ácido ferúlico, ácido cafeico, ácido p-coumarico, ácido sinápico C18 (100 mm × 2.1 mm, 2.6 μm) A: 8 mM ácido fórmico (pH 2.8) B: acetonitrilo Europa (124) LC- MS/MS Nonilfenol etoxilato y octilfenol etoxilato Shim-Pack XR- ODS (100 mm × 2.0 mm) A: agua B: acetonitrilo/m eta-nol (90/10) contenido en 2 mmol/L formiato de amonio y 0.01 % ácido fórmico Arizona California, Iowa, Michigan, Minnesota, Pensilvania y Vermont (125) LC- MS/MS Compuestos fenólicos C18 (100 mm × 2.1 mm, 3 μm) A: agua con 0.1 % ácido fórmico B: acetonitrilo con 0.1 % ácido fórmico Mimosa scabrella Benth (126) 27 3.8 Tipos de miel La miel orgánica es producida por apiarios con apicultura orgánica certificada. La composiciónde este tipo de miel es la misma que de la miel natural, su única diferencia es que no debe contener residuos tóxicos de plaguicidas utilizados en agricultura y apicultura. Además, puede ser designada por el nombre de la región geográfica o topográfica, si la miel fue producida exclusivamente dentro del área referida en la designación, por su fuente floral o vegetal, si proviene en su totalidad o principalmente de esa fuente en particular y tiene las propiedades organolépticas, fisicoquímicas y microscópicas correspondientes a su origen. En general hay dos tipos de miel: de flor y mielada. Debido a las diferentes proporciones de las posibles fuentes, el néctar y/o mielada provienen de una gran variedad de plantas, ninguna miel es completamente igual a la otra. Las mieles uniflorales (monoflorales) son consideradas como la clase más valiosa de miel, y las denominaciones botánicas se emplean ampliamente en el mercado europeo, logrando precios más altos que en mezclas de miel. No es fácil definir una miel como monofloral, ya que no existe una referencia de mieles puras monoflorales, puesto que las abejas pecorean siempre en diferentes especies botánicas incluso cuando hay una especie predominante. Ciertos tipos de mieles pueden ser producidas en varios países con diferentes niveles de unifloralidad. El enfoque clásico para verificar la denominación botánica de la miel tiene en cuenta tres metodologías complementarias: el análisis sensorial, el físico-químico y el melisopalinológico.40 3.9 Compuestos tóxicos presentes en la miel Los etoxilatos de nonilfenol y octilfenol, son los principales tóxicos en los agroquímicos. En la miel se han identificado en concentraciones que van desde 26 ppb a 10.239 ppb y las concentraciones de octilfenol son 10 veces menores en polen y cera.87 Las grayanotoxinas (GTX) son un grupo de compuestos químicos que se encuentran de forma natural en las plantas de la familia Eriaceous, existen más de 60 grayanotoxinas relacionadas. Se ha descrito que las GTX I y GTX II son las más tóxicas, debido a un aumento en la permeabilidad de membrana a iones de sodio. 28 Estos vegetales se encuentran en diferentes países como Estados Unidos, Brasil, España, Portugal, Turquía, Nepal y Japón. Las especies tóxicas de Rhododendron, son nativas del mar negro de Turquía y se utilizan comúnmente para diversos problemas de salud, como resfriados, edemas y dolores. La miel que es producida por estas flores se conoce como “miel loca”, que es usada en la medicina popular para tratar gastritis, úlceras, hiperglucemia, hipertensión, artritis, impotencia sexual y mejora el rendimiento. El consumo de este tipo de miel causa intoxicaciones en humanos, la severidad de sus síntomas puede variar desde poco leves a potencialmente mortales dependiendo de la cantidad consumida.141, 89 Otros compuestos naturales tóxicos son los alcaloides pirrolizidinicos (PA), los cuales se han encontrado aproximadamente en el 3 % de todas las plantas con flores. Estos presentan un anillo de necina insaturado y un ácido necico e incluyen retronecina, helitridina, platinina y otonecina. Pueden estar presentes como bases libres o como N-óxidos (PANO), que son más frecuentes en las plantas y mamíferos, ambas formas son carcinógenas y genotóxicas después de un consumo agudo a largo plazo. Estos metabolitos secundarios pueden causar hepatotoxicidad en humanos y se consumen a través del uso de plantas como alimento, con fines medicinales o como contaminantes de cultivos agrícolas y alimentarios.66, 67 Las plantas productoras de PA son forrajeadas por abejas y/o crecen en los sistemas agrícolas, son de gran importancia debido a la ocurrencia de incidentes de intoxicación aguda y su posible vínculo con enfermedades crónicas.145 En la Tabla 2 se resumen los distintos compuestos químicos que han sido reportados a partir de análisis por CL-EM en diferentes muestras de miel. 29 Tabla 2. Compuestos tóxicos reportados en distintas muestras de miel en el mundo. Técnica Compuestos reportados Fase estacionaria Fase móvil Origen geográfico/floral Referencia LC- MS/MS Grayanotoxinas I, II y III Kinetex bifenil (100 mm × 2.1 mm, 2.6 μm) A: 1 % ácido acético en agua B: 1 % de ácido acético en metanol Región de Turquía (89) LC- MS/MS Grayanotoxina I Kinetex bifenil (100 mm × 2.1 mm) A: 1 % ácido acético en agua B: 1% de ácido acético en metanol Corea del Sur (137) LC- MS/MS Alcaloides pirrolizidinicos Acquity CSH C18 (150 mm × 2.1mm, 1.7 μm) A: acetonitrilo/agua (80/20) B: MPB Hong Kong (138) LC- MS/MS Echimidina, heliotrina, lasiocarpina, licopsamina, monocrotalina, retrorsina, senecionina, senecifillina, heliotrina- N-óxido, monocrotalina-N-óxido, retrorsina-N-óxido, senecionina-N-óxido, senecifilina-N-óxido C 18 (15 cm) A: agua y acetonitrilo B: metanol en ácido fórmico Alemania (139) LC- MS/MS Alcaloides: 1,2- dehidropirrolizidina y PA-N-óxido (PANO) Synergi Polar R-P (150 mm × 2.0 mm, 4 μm) A: metanol en 0.1 % ácido fórmico B: 5 mmol/L formiato de amonio Familia de plantas: Asteraceae, Apocinaceae, Fabaceae y Boraginaceae (140) LC- MS/MS Grayanotoxinas I y III Kinetex (100 mm × 2.1 mm, 2.6 μm) A: agua B: metanol en 0.1 % de ácido acético Estados Unidos, Brasil, España, Portugal, Turquía, Nepal y Japón (141) 30 Tabla 2. Compuestos tóxicos reportados en distintas muestras de miel en el mundo (continuación). Técnica Compuestos reportados Fase estacionaria Fase móvil Origen geográfico/floral Referencia LC- MS/MS Intermedina, licopsamina, jacobina, retrorsina, heliotrina, senecifillina, senecionina, echimidina, senkirkina, lasiocarpina Gemini 3 μm NX- C18 (150 mm × 4.6 mm) A: 0.2 % ácido fórmico en agua B: una mezcla de metanol y acetonitrilo (1:1) Polonia (142) LC- HRMS Alcaloides de pirrolizidina y alcaloides de tropano Ascentis Express C8 (150 mm × 3 mm, 2.7 mm) A: 0.1 % ácido fórmico en agua B: metanol/acetonitrilo (1:1) Robinia pseudoacacia (Italia) (144) LC- MS/MS Fitohormonas XR-ODS III (75mm × 2.0 mm) A: 0.1 % FA B: acetonitrilo China (150) HPCL LC/ESI- MS/MS Aflatoxina B1 y G1 ACQUITY UPLC BEH C18 RP (50 mm× 2.1 mm, 1.7 μm) A: 0.1 % ácido fórmico en metanol B: 0.1 % ácido fórmico en agua Milli Q B. dothidea (151) LC- MS/MS Crotalina, licopsamina, jacobina, retrorsina, heliotrina, trichodesmina, otosenina, senecifilina, senecionina, echimidina, senkirkina aQ C18 (150 mm × 2.1 mm, 3 μm) A: 0.05 % ácido fórmico en agua B: acetonitrilo Senecio jacobea (67) 31 3.10 Usos de la miel Los distintos tipos de miel exhiben actividades sustancialmente diferentes, en gran parte gracias a las fuentes nutritivas que contienen. Comenzando por la quimioprevención que se define como el uso de sustancias naturales o sintéticas, que permiten reducir el riesgo de desarrollar o recurrir el cáncer. Se ha demostrado que la miel puede ser un agente potencial quimiopreventivo. El H2O2 desempeña una doble función en el desarrollo del cáncer, altos niveles de peróxido de hidrógeno producidos por un cáncer somático, las células son responsables de sus propias alteraciones y pueden ser esenciales para el progreso del cáncer. Por otro lado, el H2O2 puede inducir selectivamente la apoptosis en células cancerosas y en gran parte median la actividad de varios anticancerígenos usados comúnmente en la práctica clínica.41, 42 La miel como un producto natural ha captado la atención de distintos investigadores siendo un complemento para la medicina alternativa. Ha sido estudiada contra diversas dolenciasen animales y modelos para humanos. Presenta un amplio espectro de propiedades terapéuticas, como antiinflamatorios, antibacterianos, antimutagénicos, acelera la curación de heridas eliminando tejido necrótico y mejora la fase de remodelación inhibiendo el crecimiento bacteriano, antidiabéticos, antiviral, antifúngico y efectos antitumorales, reduce la inflamación crónica, mejora la cicatrización de úlceras y el estado inmune. Su actividad anticancerígena ha sido demostrada contra varios tipos de cáncer: mama, colorrectal, renal, próstata, endometrio, cervical y oral. Además, reduce los efectos tóxicos sobre la espermatogénesis y el nivel de testosterona, en mujeres postmenopáusicas, quienes recibieron terapia con miel, muestran mejoría en su memoria inmediata.44, 43,47 Sus propiedades antimicrobianas le permiten liimitar el crecimiento de patógenos como Streptococcus pyogenes, Streptococcus typhi, Staphylococcus aureus, estreptococo coagulasa negativo y Escherichia coli, también disminuye el crecimiento de cepas infecciosas como Pseudomonas aeruginosa, Acinetobacter baumannii y Klebsiella. El efecto antibacteriano de la miel se atribuye a su acidez, 32 al efecto osmótico de los azúcares y la producción de H2O2 por peroxidasa, el alto contenido en azúcar puede ser útil para eliminar bacterias a través de la ósmosis. El metilglioxal (MGO) y su precursor la dihidroxiacetona (DHA) son reconocidos como inhibidores del crecimiento bacteriano a través de la inhibición de la ureasa. Está enzima facilita que las bacterias adquieran un ambiente neutro y crecen rápidamente produciendo amoniaco en ambiente ácido.46 El efecto antimicrobiano de las mieles se atribuye también a la presencia de glucosa oxidasa y el alto contenido de azúcar, puede inhibir el crecimiento de hongos mediante la prevención de la formación de biopelículas, cuando ocurre una ruptura de estas biopelículas provoca distorsionar la integridad de la membrana celular, llevando a la muerte o a un retraso en el crecimiento. La presencia de compuestos flavonoides permite desacelerar el cremiento de hongos, afectando su morfología externa y la integridad de su membrana e inhibiendo algunos procesos celulares.48 El efecto antiviral de la miel se atribuye a trazas de cobre, el cual actúa como un control de lesiones. Por otro lado, la presencia de ácido ascórbico, flavonoides y la producción de peróxido de hidrógeno conducen a la inhibición del crecimiento viral por medio de la interrupción a la transcripción viral y su traducción. Otro efecto importante de la miel es su acción antiinflamatoria la cual incluye dos componentes que se encuentran activados en dolencias como la proteína quinasa activada por mitógenos (MAPK) y el factor nuclear kappa B (NF- kB), la activación de MAPK y NF-kB resultan de la inducción de otros mediadores inflamatorios como enzimas, citoquinas, proteínas y genes. Los compuestos fenólicos y flavonoides como la crisina, quercetina y galangina son capaces de suprimir la actividad de las enzimas proinflamatorias como la COX2 y prostaglandinas.49 La miel induce apoptosis en varios tipos de células cancerosas debido a sus componentes activos que permiten regular la apoptosis mediante las dos vías de señalización: la caspasa 8 (vía del receptor de muerte) y la caspasa 9 (vía mitocondrial).50 Este producto también posee la habilidad para regular algunos factores de riesgo cardiovascular que incluyen glucemia, colesterol, proteínas C reactivas y peso corporal. Por otra parte, contiene glucosa, fructosa y algunos 33 oligoelementos como el cobre y el zinc que juegan un papel vital para aminorar riesgos cardíacos. Algunos flavonoides en la miel modulan el riesgo cardiovascular al disminuir el estrés oxidativo y un aumento en la biodisponibilidad del óxido nítrico (NO). El óxido nítrico tiene muchos efectos cardioprotectores que incluyen la regulación de la presión arterial, el tono vascular, inhibición de la agregación plaquetaria, la adhesión de leucocitos y la prevención de proliferación de células musculares lisas.51 3.11 Problemas de adulteración en la miel La adulteración de la miel puede ocurrir por la adición de sustancias extrañas tales como: melaza, solución de almidón, glucosa, sacarosa, agua y azúcar invertida, o por un cambio en los parámetros fisicoquímicos. Se han utilizado edulcorantes, como: jarabes de azúcar, jarabes de maíz, jarabes de origen natural como el arce, azúcar de caña, azúcar de remolacha y melaza. Por otro lado, el uso de color excesivo para la pasteurización y licuefacción que pueden provocar efectos adversos sobre la calidad de la miel, entre las consecuencias de tener pérdidas de compuestos volátiles y reducción de la actividad enzimática. La detección de la adulteración en la miel es difícil debido a su gran variabilidad natural y las diferencias entre las especies de plantas, madurez, medio ambiente, procesamiento y las técnicas de almacenamiento. Su origen floral, regional , territorial o topográfico que sea específico del producto a producir genera marcadores potenciales de autenticidad y patrones discriminatorios se han establecido por lo ya citado en la literatura, en base a estos marcadores brindan apoyo para delimitar la cantidad de compuestos fenólicos, perfil isotópico, minerales, vitaminas, contenido y características fisicoquímicas al ser determinados mediante diversas características analíticas en función de la búsqueda de analitos que permitan certificar la calidad y autenticidad. 52 Los medios para la autentificación de la miel han avanzado notablemente, así como la rápida determinación cuantitativa de los constituyentes de la diversidad en alimentos. La miel tiene una amplia gama de aplicaciones en la industria alimentaria, puede procesarse para el consumo directo o utilizarse como ingrediente en diversos 34 productos alimenticios elaborados. El precio de la miel de abeja natural es mucho más alto que aquella que proviene de edulcorantes como (azúcar de caña refinada, azúcar de remolacha y jarabe de maíz) y por tanto tiene susceptibilidad a ser adulterada con estos componentes baratos. La detección de la adulteración se realiza mediante diferentes técnicas, como el análisis isotópico, análisis cromatográfico, térmico y técnicas de elementos traza. El análisis de relación de isótopos de carbono estable es una técnica estándar utilizada durante muchos años sin embargo su procedimiento es largo y algunas veces caro, en consecuencia, se busca el interés en el desarrollo rápido y preciso, bajo costo y fácil de usar para detección y cuantificación de las adulteraciones en miel. Debido a la adulteración existen ganancias económicas no éticas haciéndose un problema enorme para el mercado, mediante los análisis fisicoquímicos se han podido detectar agua, sacarosa, azúcar invertida, hidróxido, metilcelulosa, dextrina y almidón como adulterantes extras en la miel. La cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC), espectrometría de masas de isótopos y electroforesis capilar se han utilizado para la evaluación de estos compuestos, sin embargo, estos métodos son considerados complicados, consumidores de tiempo y de mano de obra. En los últimos años técnicas de detección rápida como espectros, sensores y kits químicos son ampliamente utilizados en pruebas de especies, hábitat, frescura, calidad de nutrientes y residuos de medicamentos en productos agrícolas.53 4. Marco Legislativo Los criterios de calidad para la miel están definidos tanto por el Codex Alimentarius (2001) para la miel como por la Comisión Europea (Directiva 2001/110/CE). El Codex es un referente internacional que ha servido de base para elaborar normas más específicas a nivel de cada país. Se describe en ambos los parámetros de calidad de la miel, definiendo sus mínimos y máximos.54 Mientras que parala comercialización nacional en México se encuentra la NMX-F-036-981, establece que el producto debe estar libre de materia extraña (comúnmente fragmentos de insectos y excretas de roedores), libre de aditivos alimentarios para su conservación, agua, almidón, melazas, glucosa, dextrinas o azúcares, y sin 35 contaminantes químicos como plaguicidas en cantidades que pueden presentar un riesgo para la salud.188 México trabaja en la creación de un programa nacional de inocuidad y calidad de la miel en el que se apliquen las buenas prácticas para la producción y manufactura de la misma, de tal manera que se logre homologar las normas mexicanas con normas internacionales y de esa forma garantizar la calidad de la miel procedente de este programa.189 5.Análisis de contaminantes en la miel mediante la técnica CL-EM 5.1 Antibióticos presentes en la miel Mediante la técnica de cromatografía de líquidos acoplada a espectrometría de masas se han realizado análisis de diferentes muestras de miel como estudio de calidad, autenticidad y la posibilidad de determinar su origen botánico y geográfico. El uso de varios procedimientos analíticos para conocer los paramétros de calidad y control también son importantes para probar, discutir y publicar sus propiedades. La cromatografía es una técnica muy útil para analizar los ácidos orgánicos no aromáticos de la miel, entre otros contaminantes como residuos de antibióticos, el efecto causal con el uso de pesticidas e insecticidas en cultivos, metabolitos tóxicos, entre otros.65 Se han identificado residuos de antibióticos en la miel, de diversos grupos: macrólidos, lincosamidas, quinolonas, tetraciclinas, pleuromutilinas y derivados de diamino-pirimidina. Estos grupos de antibióticos presentan diferentes actividades contra bacterias Gram positivas y Gram negativas, incluyendo algunos anaerobios. Los aminoglucósidos (AG) son antibióticos de amplio espectro que tienen actividad bactericida frente a algunos aerobios Gram positivos y Gram negativos, previenen o tratan enfermedades agudas e infecciones bacterianas crónicas. Los AG han sido ampliamente utilizados en ganadería, sin embargo, los residuos de AG pueden permanecer en alimentos derivados de animales como la miel y la leche. Como consecuencia de esto Lei Chen y colaboradores han desarrollado un método eficaz y sensible para el seguimiento de los residuos de AGs en muestras de leche y miel.69 36 Las sulfonamidas son análogos estructurales del ácido para-aminobenzoico e inhibe competitivamente la dihidropteroato sintetasa, enzima que cataliza la síntesis de ácido dihidrofólico (ácido fólico). Además, inhiben bacterias Gram positivas como Gram negativas, especies de nocardia y actinomicetos, protozoos incluidas las especies de coccidia y toxoplasma, diaminopirimidinas antibacterianas como trimetoprim que a menudo se combinan con sulfonamidas que resulta un mayor efecto bactericida y actividad adicional antibacteriana.71También han sido ampliamente utilizados en la alimentación animal como promotores del crecimiento y para prevenir y tratar una serie de enfermedades animales, incluidas las enfermedades infecciosas del tracto digestivo y respiratorio.72 Para el control de estos residuos en abejas se identificaron 13 sulfonamidas principales (sulfaguanidina (SGN), sulfanilamida (SNL), sulfadiazina (SDZ), sulfatiazol (STZ), sulfamerazina (SMR), sulfametizol (SMN), suladoxina (SDX), sulfametoxazol (SMX), sulfaquinoxalina (SQX) y sulfadimetoxina (SDT), sulfametiazol (SMZ), sulfameriazida (SDM), sulfamonometoxina (SMNM)) poder garantizar que la miel no contiene residuos de estos medicamentos, a fin de proteger a los consumidores de un riesgo potencial de alergia y evitar el desarrollo de resistencia bacteriana.70 En otro estudio se trató una especie de abejas (Apis mellifera) mediante un modelo de ciprofloxacino con una duración de 3 años (2012-2014), para investigar la variabilidad de la concentración de residuos en la miel llegando a una evaluación estadística, mostrando que la variación entre las colmenas de las concentraciones de ciprofloxacino en 2012-2013 es muy diferente en comparación con la de 2014, esto se debe a los diferentes tipos de abeja lo cual indica que los niveles de residuos pueden variar entre colmenas durante diferentes temporadas estacionales.76 Por otro lado, los nitrofuranos pertenecen a una clase de antibióticos de amplio espectro que contienen cinco anillos de nitrofurano, que poseen actividad antimicrobiana para aves, ganado vacuno, abejas, cerdos y acuacultivos, se utilizan para estimular el crecimiento de animales productores de alimentos a un nivel sub- terapéutico. Además de reducir la incidencia de enfermedades gastrointestinales y dermatológicas, infecciones en bovinos, porcinos, aves de corral, peces, camarones 37 y abejas.74 La miel se desecha cuando la concentración de nitrofurano es >MRPLs, se ha demostrado que mediante distintos procesos como electro-oxidación, irradiación de rayos y la fotodegradación pueden eliminar los antibióticos del agua y del suelo por ello se han investigado los efectos en distintos procesos como el precalentamiento, filtración, vacío, concentración y pasteurización en AOZ, SEM, AHD y AMOZ para posteriormente eliminar estos cuatro metabolitos de la miel. Se analizaron los residuos de nitrofurano (3-amino-2-oxazolidinona (AOZ), 3-amino-5- metil-morfolino-2-oxazolidinona (AMOZ) y 1-aminohidantoína (AHD) en polen de abeja para la contribución al control de calidad del polen de abeja y la seguridad alimentaria.103 Los nitroimidazoles se usan comúnmente para prevenir y controlar Nosema apis en colmenas, tienden a ser carcinógenos en humanos y mutágenos, siendo una droga prohibida por el Ministerio de Agricultura de China. En este país se realizó un estudio con 42 antibióticos que con frecuencia son utilizados en la apicultura, incluyendo sulfonamidas, fluoroquinolonas, macrólidos, nitroimidazoles, tetraciclinas, dapsona y trimetoprima como evaluación de riesgos.75 Otro grupo de antibióticos como las tetraciclinas actúan como promotores del crecimiento y suprimen la pérdida de abejas como de la producción de miel, además de ser conocidas como fuertes agentes quelantes es una propiedad por la cual se contribuye a su actividad antimicrobiana. La presencia de tetraciclinas en la miel reduce su calidad y se ha demostrado en estudios que la salud humana está en riesgo si la miel contiene tetraciclinas en dosis altas.77 El compuesto químico natural con similitudes estructrurales a la adrenalina o la noradrenalina como la sinefrina, es una amina simpaticomimética, lo cual puede causar vasoconstricción, aumento de la presión arterial y relajación del músculo bronquial. También es útil para reducir la grasa muscular en personas obesas, ya que estimula la lipólisis y aumenta la tasa metabólica.78 La lincomicina (LM) es derivada de Streptomyces lincolnensis, pertenece al grupo de las lincosamidas y es uno de los antibióticos más extensamente utilizados en la administración de animales y humanos contra bacterias Gram positivas. En la síntesis de proteínas, 38 LM actúa como un inhibidor dependiente de ARN.79 El riesgo de lincomicina presente en los alimentos pueden casuar resistencia bacteriana y reacciones alérgicas. La Unión Europea (UE) ha establecido máximos de niveles residuales (LMR) en los diferentes alimentos de origen animal. Los LMR de lincomicina se establecieron en 50, 100, 150, 500 y 1500 mg/Kg para huevos, músculo, leche bovina, hígado y riñón respectivamente. Para la miel, aunque no se han establecido LMR para antibióticos, en algunos países como Bélgica, Hungría, Suiza y el Reino Unido han establecido límites que varían de 10 a 50 mg/Kg.80 La eritromicina A, es el componente principal de la eritromicina, se usa ampliamente paratratar y controlar las enfermedades de asalto en las abejas. La determinación simultánea de EA, AEA, psEAEN y EAEN tiene la ventaja de no requerir ningún paso de limpieza, mayor simplicidad, menor volumen de solvente, mayores tasas de enriquecimiento y eficiencia de extracción con el fin de obtener un avance en la evaluación de eritromicina A y sus productos de degradación en miel.112 En la investigación sobre alimentos funcionales, especialmente en anticarcinógenos se ha centrado en el análisis de sulforafanos (SFN) en miel de diferentes orígenes botánicos como (romero, multifloral, azahar y brezo), se ha detectado en niveles traza en algunas de las muestras de miel, ya que tienen un posible papel no sólo como prevención del cáncer, sino que también en el de las enfermedades crónicas- degenerativas (diabetes, aterosclerosis y enfermedades cardiovasculares).68 Las enfermedades más generalizadas y nocivas de las abejas son las American Foulbrood, Foulblod europeo y Varroatosis, causada por patógenos bacterianos formadores de esporas como Paenibacillus larvae ssp., Melissococcus plutonius y el ácaro destructor Varroa. Distintos antibióticos han sido ampliamente utilizados como prevención y efecto terapéutico para contrarrestrar estas enfermedades, sin embargo, no se encuentran autorizados para el tratamiento de las abejas en la Unión Europea.73 En la Tabla 3 se resumen los compuestos detectados en muestras de miel de distinto origen geográfico y floral. 39 Tabla 3. Análisis de antibióticos en muestras de miel Técnica Compuestos reportados Fase estacionaria Fase móvil Origen geográfico/floral Referencia LC- MS/MS Sulforafano C18 (150 mm × 4.6 mm, 4 μm) A: formiato de amonio 0.02 M en agua B: acetonitrilo Romero, azahar y brezo (90) LC- MS/MS 3-amino-2-oxazolidinona, 3-amino-5- metilmorfolino-2- oxazolidinona, 1- aminohidantoina y semicarbazida C18 (150 mm × 2.0 mm, 4 μm) A: agua/metanol (80:20) y metanol acidificado B: 0.1 % de ácido acético Unión Europea (91) Nano LC- UV Sulfisoxazol, sulfadiazina, sulfapiridina, sulfametazina, sulfatiazol, sulfanilamida, sulfacetamida y sulfadoxina. Monolito MWCNT A: agua con acetonitrilo (15 %) B: metanol:10 % y agua con 3-5 % ácido fórmico Cuba (92) LC/MS/ MS (HPLC) Sulfapiridina, sulfadoxina, sulfaquinoxalina, sulfacetamida, sulfacloropiridazina y sulfamonometoxina Shim-pack HR- ODS (150 mm × 3.0 mm, 2.2 μm) A: acetonitrilo y ácido fórmico (1 %) B: agua (50:50) Cuba (93) LC- MS/MS Identificación de Cloranfenicol Luna C18 (150 mm × 4.6 mm) A: agua B: acetonitrilo (90:10) Brasil (94) LC- MS/MS Estreptomicina y dihidrostreptomicina HILIC Atlantis (150 mm × 2.1 mm, 3 μm) A: 3 % ácido fórmico en metanol, 5 N NaOH en agua, B: 0.05 % ácido fórmico en agua (30:70) Alemania (71) LC- MS/MS Residuos de 6 grupos de antibióticos: macrólidos, lincosamidas, quinolonas, tetraciclinas, pleuromutilinas y derivados diamino- pirimidina C18 (150 mm × 2 mm, 3 mm) A: agua con 0.2 % ácido fórmico B: acetonitrilo con 0.2 % de ácido fórmico Alemania (95) 40 Tabla 3. Análisis de antibióticos en muestras de miel (continuación). Técnica Compuestos reportados Fase estacionaria Fase móvil Origen geográfico/floral Referencia LC-MS/MS Espectinomicina, estreptomicina, dihidrostreptomicina, higromicina, amikacina, kanamicina, ribostamicina, paromomicina, apramicina, tobramicina, sisomicina, gentamicina, neomicina ZIC-HILIC (2.1 mm × 100 mm) A: agua B: acetonitrilo con 1 % de ácido fórmico Génova (99) LC-MS/MS Sulfaguanidina, sulfanilamida, sulfadiazina, sulfatiazol, sulfamerazina, sulfametizol, sulfadimerazina, sulfamonometoxina, sulfametoxipiridazina, sulfadoxina, sulfametoxazol, sulfaquinoxalina y sulfadimetoxina. C18 (100 mm × 2.1 mm, 3.5 μm) A: agua con 0.2 % ácido fórmico B: acetonitrilo Francia (70) LC-MS/MS Sulfatiazol, sulfatiazol-d4, sulfapiridina, sulfamerazina, sulfametazina, sulfadoxina, sulfadimetoxina, sulfametoxazol, sulfametoxazol-d4, dapsona, trimetoprim Xterra MS C18 (2.1 mm × 150 mm, 3.5 μm) A: agua grado milli-Q 0.1 % (v/v) B: acetonitrilo (0.1 %) en HCOOH EU (100) 41 Tabla 3. Análisis de antibióticos en muestras de miel (continuación). Técnica Compuestos reportados Fase estacionaria Fase móvil Origen geográfico/floral Referencia LC- MS/MS Sulfonamidas: Sulfametoxazol, sulfamerazina, sulfatiazol, sulfadimetoxina, sulfadimerazina, sulfacloropiridazina Lincosamidas: Lincomicina Tetraciclinas: anhidrotetraciclina, doxiciclina, 4-epitetraciclina, anhidroclortetraciclina, oxitetraciclina, clortetraciclina Aminoglicosidos: Trobamicin, higromicina, streptomicina, dihidrostreptomicina, neomicina. Macrólidos: anhidroeritromicina A, eritromicina A, eritromicina A enol eter, eritromicina marcada con C13, desmicosina, tilosina A, josamicina Zorbax SB C18 (100 mm × 2.1 mm, 3.5 μm) A: agua desionizada ultrapura 100 mM B: acetonitrilo y agua desionizada ultrapura Líbano (101) LC- MS/MS Metronidazol-OH, metronidazol, dimetridazol- d3, dimetridazol, ronidazol, sulfadiazina, ternidazol, sulfapiridina, secnidazol, sulfamerazina, marbofloxacin, norfloxacin, norfloxacin-d5, ciprofloxacino, sulfametazina-d4, sulfametazina, danofloxacin, ipronidazol-OH, enrofloxacin, sarafloxacin, difloxacin, sulfamonometoxina, sulfacloropiridazina, ipronidazol, sulfametoxazol, ácido oxolinico, sulfadimetoxina, sulfaquinoxalina EC-C18 (100 mm × 3.0 mm, 2.7 μm) A: acetonitrilo B: agua (0.1 % de ácido fórmico) Italia (102) LC- MS/MS Nitrofuranos: Furaltadona, 3- amino-5-morfolinometil-2- oxazolidinona, furazolidona, 3-amino-2-oxazolidinona, nitrofurantoina, 1- aminohidantoina, nitrofurazona y semicarbazida. Agilent SB C18 (2.1 mm × 50 mm, 1.8 μm) A: acetonitrilo (aq) B: 0.1 % ácido fórmico con 0.0386 g de acetato de amonio Provincia de Shaanxi, China (103) 42 Tabla 3. Análisis de antibióticos en muestras de miel (continuación). Técnica Compuestos reportados Fase estacionaria Fase móvil Origen geográfico/floral Referencia LC-MS/MS Sulfonamidas, fluoroquinolonas, macrólidos, nitroimidazoles, tetraciclinas, dapsona y trimetoprim EC-C18 (40 μm) A: 2 mM formato de amonio + 0.1 % de ácido fórmico en agua Milli Q B: metanol China (83) LC-MS/MS Sulfanilamida, sulfatiazol, sulfadiazina, sulfapiridina, sulfamerazina, sulfametazina, sulfametiazol, sulfacloropiridazina, sulfametoxazol, sulfadimetoxina, sulfaquinoxalina Zorbax Eclipse XDB- 98 (4.6 × 50 mm, 1.8 μm) A: 0.5 % de ácido fórmico en agua B: acetonitrilo Multiflorales de Valencia, España (104) LC-MS/MS Cloramfenicol y cloranfenicol glucoronido InertSustain C18 (150 mm × 2.1 mm, 3 μm) A: 10 mM acetato de amonio B: acetonitrilo Japón (105) LC-MS/MS Cloramfenicol, tiamfenicol y florfenicol LMA-MAA- EDMA (15 cm × 250 μm) A: agua milli Q B: metanol: acetonitrilo (10:90) Taiwan (106) LC-MS/MS 3-amino-2-oxazolidinona, 3-amino-5-metil-morfolino- 2-oxazolidinona y 1- aminohidantoina Capcell Pak C18 (2.0 mm × 150 mm, 5 μm) A: 10 mmol/L formato de amonio en agua), B: metanol República de Corea (77) LC-MS/MS Cloramfenicol Chiralpak AGP A: agua con 0.01 % ácido acético B: metanol con 0.01 % de ácido acético Asia (109) LC-MS/MS Tetraciclina, oxitetraciclina, clortetraciclina, doxiciclina C18 (10 mm × 2.1mm, 3.5 μm) A: 0.05 % ácido
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