Metodologías sostenibles para controlar la calidad y seguridad en flores comestibles y productos derivados de flores: alcaloides tóxicos y compuestos bioactivos beneficiosos

Abstract

La calidad y seguridad alimentaria son aspectos esenciales en la producción y consumo de alimentos, determinando no solo su inocuidad, sino también su valor nutricional y funcional. En este contexto, las flores comestibles y sus derivados han emergido como una categoría de alimentos novedosa, impulsada por la demanda de ingredientes naturales, funcionales y sostenibles. Estas matrices vegetales aportan valor sensorial y nutricional a los alimentos, pero también pueden representar un riesgo para la salud debido a la presencia de toxinas naturales, como los alcaloides tropánicos (TAs) y pirrolizidínicos (PAs). La presencia de estos compuestos en flores frescas puede deberse a que ciertas especies los producen de forma endógena, como ocurre con la borraja (Borago officinalis), o por transferencia horizontal a través del suelo, cuando crecen próximas a plantas productoras de estos alcaloides. En los productos derivados de flores, como infusiones y complementos alimenticios, además de estas causas, la contaminación puede incrementarse por contaminación cruzada durante el cultivo, la cosecha o el procesado. En el caso de la miel, la contaminación con TAs y PAs ocurre principalmente por las abejas que polinizan flores productoras de alcaloides. A la vez, estas flores contienen compuestos beneficiosos, como polifenoles (PPs) con propiedades antioxidantes y metabolitos orgánicos volátiles (VOMs) responsables del aroma y sabor característicos, que contribuyen a su valor funcional y gastronómico. Por ello, resulta imprescindible adoptar un análisis integral que considere tanto los beneficios como los riesgos, garantizando la seguridad del consumidor y la calidad del producto final. En particular, el análisis del producto final, como las infusiones que realmente consumen los usuarios, es crucial para evaluar el riesgo real, ya que la concentración de toxinas puede variar durante la preparación doméstica debido a factores como la temperatura, el tiempo de infusión y la solubilidad de los compuestos. Este enfoque asegura que la evaluación de la seguridad refleje con precisión la exposición efectiva del consumidor. La seguridad alimentaria y la calidad de los alimentos deben abordarse con criterios de sostenibilidad, en línea con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) promovidos por la Organización de las Naciones Unidas (ONU). Esto implica desarrollar metodologías analíticas que sean sensibles, precisas y sostenibles, minimizando el consumo de disolventes, energía y materiales, en consonancia con los principios de la química verde y la preparación de muestra verde (GSP). En este marco, el estudio de flores comestibles y productos derivados se presenta como un modelo ideal para aplicar enfoques innovadores en la preparación de muestras y análisis, combinando técnicas miniaturizadas, materiales adsorbentes de última generación y métodos cromatográficos avanzados, en un ámbito en el que aún existen escasas metodologías disponibles debido a la novedad de estos alimentos y que presenta amplias oportunidades de desarrollo. Este enfoque permite generar datos fiables y detallados sobre la composición de estos alimentos, contribuyendo al avance del conocimiento y al establecimiento de criterios científicos sólidos para su uso seguro y saludable. Por todo ello, el objetivo principal de esta Tesis Doctoral ha sido desarrollar metodologías analíticas miniaturizadas y sostenibles para la determinación de compuestos beneficiosos y toxinas naturales en flores comestibles frescas y productos derivados, como infusiones, miel y complementos alimenticios a base de extractos florales. Los compuestos sobre los que se ha trabajado han sido TAs, PAs, PPs y VOMs, y, para ello se han combinado técnicas de microextracción, extracción en fase sólida miniaturizada y microextracción en fase solida en espacio de cabeza (μSPEed, SPE miniaturizada y HS-SPME, respectivamente), junto con la aplicación de materiales adsorbentes comerciales e innovadores, como sílices mesoestructuradas funcionalizadas con ligandos C18 y homopolímeros sintetizados mediante polimerización por precipitación utilizando ácido metacrílico como monómero funcional, con el fin de optimizar la eficiencia de extracción, la selectividad y la sostenibilidad de los métodos en la etapa de preparación de muestra. En cuanto a las técnicas analíticas empleadas para la determinación de los analitos, los PPs fueron analizados mediante cromatografía líquida de alta resolución con detector de matriz de fotodiodos (HPLC-PDA), mientras que los alcaloides se determinaron mediante cromatografía líquida de alta resolución acoplada a espectrometría de masas en tándem (HPLC-MS/MS), asegurando sensibilidad y selectividad adecuadas para detectar incluso niveles cercanos a los límites de regulación. Los VOMs responsables del aroma fueron caracterizados mediante HS-SPME acoplada a cromatografía de gases con espectrometría de masas (GC-MS), para identificar perfiles volatilómicos complejos y especies destacadas por su aporte sensorial y funcional. Para dar cumplimiento con el objetivo planteado, la presente Tesis Doctoral incluye un artículo de revisión sobre la presencia de PAs y TAs en flores comestibles y productos derivados de flores, con el fin de ofrecer un panorama actualizado de lo publicado y resaltar las necesidades metodológicas y de control de seguridad a abordar. En primer lugar, se desarrolló una metodología para el análisis de PAs en infusiones de consumo habitual a base de flores de tila, manzanilla y menta, utilizando la tecnología de microextracción μSPEed y sus cartuchos comerciales. Esta metodología demostró su potencial para la monitorización rápida y sostenible de contaminantes en matrices alimentarias complejas, y sirvió de base para elaborar una nota de aplicación dirigida a la empresa australiana EPREP. Además, se desarrollaron seis artículos experimentales: cuatro centrados en la determinación de alcaloides PAs y TAs en distintos alimentos elaborados a base de flores (infusiones de flores secas, miel y complementos alimenticios elaborados a base de extractos florales), uno dedicado al análisis del perfil volatilómico de flores frescas y un sexto que aborda de manera integrada la determinación de PAs, TAs y PPs en flores frescas comestibles, que permite evaluar simultáneamente los efectos positivos y negativos de estas matrices. Esta combinación de estudios representa una visión integral del potencial funcional, sensorial y de riesgo toxicológico de las flores comestibles, y proporciona herramientas analíticas sostenibles y miniaturizadas aplicables tanto en investigación como en el control de la calidad alimentaria. En conjunto, los trabajos desarrollados en esta Tesis Doctoral permitieron obtener resultados relevantes tanto a nivel metodológico como aplicado. La nota de aplicación desarrollada junto con EPREP demostró que la técnica μSPEed permite una extracción rápida, eficiente y sostenible de PAs en infusiones elaboradas a base de flores de tila, manzanilla y menta, cumpliendo los criterios de validación europeos, lo que confirma su potencial como herramienta práctica para el control de calidad y seguridad alimentaria. Posteriormente, la técnica se aplicó al estudio de infusiones preparadas con flores secas comestibles, incluyendo tanto especies habituales como menos frecuentes o novedosas, donde la mayoría de las muestras analizadas no presentaron toxinas detectables; sin embargo, se identificó escopolamina en flor de pensamiento (Viola tricolor) y flor eléctrica (Acmella oleracea), e intermedina y licopsamina en flor de azahar (Citrus aurantium). En relación con el estudio realizado en mieles, se analizaron un total de quince muestras, de las cuales diez correspondían a mieles multiflorales y cinco a mieles monoflorales, que incluían romero, girasol, eucalipto y azahar. Cabe destacar que cinco muestras resultaron contaminadas, todas ellas monoflorales, en las que se detectaron atropina y escopolamina en concentraciones de hasta 7,23 ng/g, lo que sugiere que ciertos orígenes florales pueden incrementar la probabilidad de contaminación. En relación con el estudio de complementos alimenticios elaborados a base de extractos florales, se detectaron tanto atropina como escopolamina en muestras elaboradas a partir de Convolvulus arvensis, lo que sugiere posibles errores de etiquetado o fenómenos de transferencia horizontal desde plantas productoras como Datura stramonium. Por otro lado, el estudio de la degradación térmica y la transferencia de PAs a infusiones, demostró que estos compuestos son relativamente estables frente a las condiciones habituales de preparación (75 y 100 ºC, 5 y10 min), con pérdidas limitadas (0–38 %), pero que la transferencia al líquido es incompleta y variable según el tipo de compuesto y su estructura química, con tasas de migración entre el 13 y el 87 %. Estos resultados evidencian que la exposición real del consumidor puede ser considerablemente menor que la estimada a partir del contenido en producto seco, subrayando la importancia de considerar los procesos domésticos en la evaluación de riesgo. En relación con los estudios de PPs y VOMs, en ambos casos se analizaron flores frescas de uso culinario, observándose una amplia variabilidad entre especies. La flor eléctrica presentó el perfil más complejo de compuestos volátiles y el contenido total más alto de PPs (147.830 ± 3.015 μg/kg peso seco), mientras que especies como begonia y aliso mostraron perfiles más limitados. Entre los compuestos mayoritarios detectados en la flor eléctrica se encuentran el β-cariofileno y β-bisaboleno, junto con otros terpenos y fenoles de reconocida actividad antioxidante, antiinflamatoria y antimicrobiana. Además, el elevado contenido de ácido ferúlico, responsable de gran parte del contenido fenólico total en la flor eléctrica, refuerza el interés de esta especie como fuente de compuestos bioactivos. El análisis multivariante permitió identificar grupos de flores con composiciones similares y destacar compuestos con alto poder discriminante, relevantes para la caracterización sensorial y funcional. En conjunto, esta Tesis Doctoral demuestra que la aplicación de metodologías miniaturizadas y sostenibles permite realizar un análisis integral de flores comestibles y productos derivados, evaluando simultáneamente su valor funcional y los riesgos asociados a toxinas naturales. Los métodos desarrollados muestran alta sensibilidad, selectividad y reproducibilidad, y se han aplicado a distintas matrices demostrando que constituyen un conjunto de herramientas útiles para contribuir a la mejora del control de la seguridad alimentaria y al estudio de la calidad de los mismos, la comprensión de la transferencia de PAs en procesos de infusionado y la caracterización de compuestos beneficiosos. Por ello, estos resultados proporcionan una base sólida para contribuir a la mejora de la normativa y regulación existente en la fecha actual para las flores comestibles y sus derivados, así como para futuras investigaciones orientadas a garantizar un consumo seguro y funcional de estos productos.