Spent coffee as a new source of bioaccessible and bioactive compounds with antimutagenic and antimicrobial activity

Abstract

Los subproductos (posos) resultantes de la preparación de la bebida de café son una potencial fuente de compuestos bioactivos. El objetivo de la tesis fue evaluar los principales compuestos bioactivos de los posos del café, su bioaccesibilidad, y su potencial actividad antimutagénica y antimicrobiana. Previamente, se optimizó el método de extracción de antioxidantes aplicando el desgrasado y la liofilización. La cuantificación del contenido de compuestos fenólicos y cafeína de los extractos de posos de café Arábica de filtro y de Robusta expreso, se realizó por HPLC‐DAD‐MS. Se estimó el contenido total de compuestos fenólicos (libres y unidos) tras aplicar tres tratamientos (alcalino, ácido, salino). Se identificaron y cuantificaron un total de 36 ácidos clorogénicos (CGA) libres, mostrando los extractos de posos Arábica y Robusta una concentración de 329 y 345 μmol/g, respectivamente. Se estimó que la mitad del total de los compuestos fenólicos están unidos a macromoléculas como las melanoidinas, principalmente por enlaces no covalentes. La mayoría de los CGA de los extractos de posos de café permanecen bioaccesibles tras una digestión gastroduodenal in vitro (89‐92%). Los mayoritarios –ácidos cafeoilquínicos (CQAs) y feruloilquínicos (FQAs)‐ son los más estables, mientras que las lactonas se degradan parcialmente. Sin embargo, la absorción y transporte de los CGAs a través una monocapa de células Caco‐2 (células intestinales) fue muy limitada (1% dosis inicial). Por tanto, se requerirían estudios in vivo para evaluar la biodisponibilidad de los compuestos bioactivos de los extractos de posos del café. Los extractos de posos de café mostraron una elevada protección frente al mutágeno de acción indirecta (hasta 92%), mientras que frente al mutágeno de acción directa fue del 12‐35% (Test de Ames); siendo los fenólicos con ácido cafeico altamente efectivos. Finalmente, se evaluó la capacidad de los extractos de posos de café para inhibir el crecimiento de microrganismos patógenos y contaminantes comunes en alimentos, mostrando mayor actividad antimicrobiana frente a bacterias Gram‐positivas (Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes) y levaduras (Candida albicans). En conclusión, todos los resultados muestran que los posos de café son una fuente accesible y sostenible de compuestos bioactivos con potenciales beneficios para la salud, por lo que podrían ser utilizados como ingredientes en alimentos funcionales.

Spent coffee is the main by‐product of the coffee brew preparation and a promising source of bioactive compounds. The aim of this work was to evaluate the main bioactive compounds of spent coffee extracts, their bioaccessibility, as well as their antimutagenic and antimicrobial activity. Previously, the extraction method of antioxidant compounds was improved by applying defatting and lyophilisation. The phenolics and caffeine content of Arabica filter and Robusta espresso spent coffee was measured by HPLC‐DAD‐MS, and the total content of phenolic compounds (free and bound) was assessed after applying three treatments (alkaline, acid, saline). A total of 36 free chlorogenic acids (CGA) were identified and quantified showing that Arabica and Robusta spent coffee extracts have 329 and 345 μmol of free CGA /g, respectively. Furthermore, bound compounds were estimated as half of the total phenolic content, due to presence of phenolics linked to macromolecules like melanoidins, mainly by non‐covalent interactions. The majority of CGAs of spent coffee extracts remain bioaccessible after an in vitro simulated gastroduodenal digestion (89‐92%), being the major compounds ‐ caffeoylquinic (CQAs) and feruloylquinic (FQAs) acids‐ those with a low degradation, whereas lactones were partially degraded. However, CGAs showed very limited absorption and transport (1% initial dose) across the Caco‐2 human cell monolayer (intestinal epithelium). Therefore, in vivo studies are required to assess bioavailability of spent coffee bioactive compounds. Spent coffee extracts exhibited strong protection activity against indirect acting mutagen (up to 92%), whereas the protection against a direct acting mutagen was 12‐35% (Ames Test), being phenolics with a caffeic acid highly effective. The growth inhibition of common food‐borne pathogen and food spoilage microorganisms by coffee extracts was also studied. Spent coffee extracts showed antimicrobial activity, mainly against Gram‐positive bacteria (Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes) and yeast (Candida albicans). In conclusion, all the results support the idea that spent coffee is an accessible, sustainable, and major source of bioactive compounds with potential health benefits in order to be applied as ingredients of functional foods.