Pełny tekst - Żywność. Nauka. Technologia. JAKOŚĆ

ĩYWNOĝû. Nauka. Technologia. JakoĞü, 2007, 1 (50), 132 – 139
URSZULA GAWLIK-DZIKI, DARIUSZ KOWALCZYK WPàYW WARUNKÓW EKSTRAKCJI NA AKTYWNOĝû
PRZECIWUTLENIAJĄCĄ EKSTRAKTÓW Z KIEàKÓW
RZODKIEWKI
Streszczenie
Z kieáków rzodkiewki odmiany Lucynka wyekstrahowano związki fenolowe, stosując 50% aceton
i 50% metanol. Nie stwierdzono wpáywu rozpuszczalnika zastosowanego do ekstrakcji na zawartoĞü
związków fenolowych ogóáem. Skuteczniejszym rozpuszczalnikiem do ekstrakcji flawonoidów okazaá siĊ
50% metanol, natomiast stosując 50% aceton wyekstrahowano wiĊcej fenolokwasów. Ekstrakty w kieáków rzodkiewki wykazywaáy znaczącą aktywnoĞü przeciwrodnikową (54,33% w przypadku ekstraktu
acetonowego i 56,08% w przypadku ekstraktu metanolowego), jednak byáa ona znacznie niĪsza od aktywnoĞci syntetycznych przeciwutleniaczy. Badane próby skutecznie neutralizowaáy H2O2, przy czym wyĪszą
aktywnoĞcią (59,48%) charakteryzowaá siĊ ekstrakt metanolowy niĪ acetonowy (53,84%). Ekstrakt acetonowy wykazywaá wyĪszą zdolnoĞü do chelatowania jonów Fe(II) niĪ ekstrakt metanolowy (odpowiednio
45,33 i 32,24%). W obu przypadkach aktywnoĞü badanych prób byáa zdecydowanie wyĪsza niĪ aktywnoĞü przeciwutleniaczy syntetycznych.
Sáowa kluczowe: kieáki rzodkiewki, związki fenolowe, aktywnoĞü przeciwutleniająca
Wprowadzenie
Związek miĊdzy dietą a zdrowiem czáowieka dostrzegany jest od bardzo dawna,
jednak Ğwiadome wykorzystywanie skáadników ĪywnoĞci w prewencji i leczeniu schorzeĔ datuje siĊ dopiero od I poáowy XX wieku, to jest od czasu odkrycia witamin
i niezbĊdnych do prawidáowego funkcjonowania organizmu skáadników mineralnych.
W odpowiedzi na nowe potrzeby Īywieniowe konsumentów powstają grupy produktów spoĪywczych o najwyĪszej jakoĞci Īywieniowej, ĞwieĪych, naturalnych, nisko
przetworzonych, wygodnych, ekologicznych i wolnych od dodatków chemicznych.
Wszystkie te kryteria speániają kieáki. Szczególnie popularne wĞród konsumentów są
kieáki fasoli mung, brukuáu, rzodkiewki, rzeĪuchy, soczewicy. Badania marketingowe
Dr U. Gawlik-Dziki, mgr D. Kowalczyk, Katedra Biochemii i Chemii ĩywnoĞci, Wydz. Nauk o ĩywnoĞci
i Biotechnologii, Akademia Rolnicza, ul. Skromna 8, 20-950 Lublin
WPàYW WARUNKÓW EKSTRAKCJI NA AKTYWNOĝû PRZECIWUTLENIAJĄCĄ EKSTRAKTÓW…
133
wykazaáy, Īe konsumenci preferują na ogóá kieáki rzodkiewki – aĪ 76% badanych spoĪywaáo ten rodzaj kieáków. Kieáki rzodkiewki dziĊki duĪej zawartoĞci witaminy C
podnoszą odpornoĞü organizmu, wpáywają korzystnie na stan skóry, pobudzają apetyt,
dziaáają przeciwgrzybicznie [10].
ĩywnoĞü pochodzenia roĞlinnego stanowi bogate Ĩródáo naturalnych związków
biologicznie aktywnych, których wáaĞciwoĞci profilaktyczne i chemioprewencyjne są
związane z aktywnoĞcią przeciwutleniającą. Jest ona obecnie najwaĪniejszą cechą fenoli wystĊpujących w ĪywnoĞci. Związki fenolowe stanowią gáówną grupĊ roĞlinnych
substancji odgrywających istotną rolĊ w wiązaniu wolnych rodników. Cennym ich
Ĩródáem są warzywa kapustne z rodziny krzyĪowych. Liczne dane literaturowe potwierdzają fakt, Īe poziom związków fenolowych uzaleĪniony jest od gatunku roĞliny,
fazy jej rozwoju i metody hodowli.
W literaturze przedmiotu nieliczne są informacje o skutecznoĞci stosowania
zmiennych ukáadów rozpuszczalników do ekstrakcji polifenoli. Covan [3] podaje, Īe
etanol jest najczĊĞciej stosowanym rozpuszczalnikiem do ekstrakcji tanin i flawonoli,
natomiast uĪycie metanolu pozwala na wyizolowanie antocyjanin, tanin, flawonów
i innych związków polifenolowych, aceton zaĞ stosowany jest do ekstrakcji flawonoli.
Celem pracy byáo porównanie skutecznoĞci dwóch róĪnych ukáadów ekstrakcyjnych do izolowania związków fenolowych z kieáków rzodkiewki oraz okreĞlenie ich
zdolnoĞci przeciwutleniającej i zdolnoĞci do chelatowania metali.
Materiaá i metody badaĔ
Materiaáem do badaĔ byáy kieáki rzodkiewki (Raphanus sativus L.) odmiany Lucynka wyhodowane z nasion dostĊpnych w obrocie handlowym. SzeĞciodniowe kieáki
uzyskano kieákując nasiona w temperaturze pokojowej (22 ± 2oC).
Do ekstrakcji związków o charakterze przeciwutleniającym zastosowano roztwory wodne: 50% metanol oraz 50% aceton. W ekstraktach oznaczano zawartoĞü związków fenolowych ogóáem [14], zawartoĞü flawonoidów [1] oraz fenolokwasów [4].
OkreĞlano zdolnoĞü do neutralizacji wolnych rodników DPPH [2], usuwania H2O2 [8]
oraz zdolnoĞü do chelatowania jonów Fe(II) [6]. Wszystkie oznaczenia wykonano
w trzech powtórzeniach.
Wyniki i dyskusja
Porównując skáad ekstraktów z kieáków rzodkiewki stwierdzono, Īe ekstrakt acetonowy zawieraá wiĊcej fenolokwasów, a ekstrakt metanolowy flawonoidów przy zbliĪonej zawartoĞci związków fenolowych ogóáem (tab. 1).
134
Urszula Gawlik-Dziki, Dariusz Kowalczyk
Tabela 1
ZawartoĞü związków fenolowych ogóáem, flawonoidów i fenolokwasów w ekstraktach z kieáków rzodkiewki.
Total phenolics, flavonoids and phenolic acids content in the extracts from radish sprouts.
Próba
Sample
Ekstrakt acetonowy
Acetonic extract
Ekstrakt metanolowy
Methanolic extract
ZawartoĞü związków
fenolowych ogóáem
Total phenolics content
[mg/ml]
ZawartoĞü
flawonoidów
Flavonoids content
[Pg/ml]
ZawartoĞü
fenolokwasów
Phenolic acids content
[Pg/ml]
0,13
37,93
20,65
0,14
40,76
18,16
Utlenianie związków organicznych przebiega gáównie z udziaáem rodników alkilowych Ro i nadtlenkowych RO2o. MoĪna je opóĨniü poprzez przerwanie reakcji áaĔcuchowych, stosując akceptor wolnych rodników. JeĪeli gáównym inicjatorem reakcji jest
utworzony wodoronadtlenek ROOH, to proces utleniania moĪna opóĨniü przez wprowadzenie związków chemicznych zdolnych do rozkáadu wodoronadtlenku bez tworzenia rodników. Wielofunkcyjne inhibitory reakcji utleniania mogą wykazywaü wielokierunkowe dziaáanie, uczestnicząc jednoczeĞnie w róĪnych reakcjach hamowania.
Podobnie moĪe dziaáaü mieszanina inhibitorów [15]. Neutralizacja reaktywnych form
tlenu i azotu, szczególnie wolnych rodników, jest jednym z gáównych mechanizmów
ochrony przeciwutleniającej, wykazywanych przez roĞlinne prozdrowotne związki
fenolowe. W pracy porównano aktywnoĞü przeciwrodnikową badanych ekstraktów
z aktywnoĞcią syntetycznych przeciwutleniaczy: Troloxu, BHT i BHA. AktywnoĞü
przeciwrodnikowa badanych ekstraktów byáa zbliĪona i wzrastaáa wraz z upáywem
czasu inkubacji (rys. 1).
SkutecznoĞü przeciwutleniająca zaleĪy nie tylko od struktury związków czynnych, ale równieĪ od innych czynników, takich jak: stĊĪenie, temperatura, Ğwiatáo,
typ substratu i wáaĞciwoĞci fizyczne ukáadu oraz oddziaáywania prooksydacyjne lub
synergistyczne związków czynnych [13]. Byü moĪe indukowane przez obecnoĞü
wody i temperaturĊ chemiczne reakcje mogą równieĪ zmieniaü aktywnoĞü ukáadu
kompleksowego, jakim jest ekstrakt zawierający liczne związki o odmiennych wáaĞciwoĞciach chemicznych i fizycznych. Porównując aktywnoĞü przeciwrodnikową
ekstraktów z kieáków rzodkiewki i 3 mM roztworów syntetycznych przeciwutleniaczy stwierdzono, Īe badane próby wykazaáy niĪszą zdolnoĞü do neutralizacji wolnych rodników (rys. 2).
135
WPàYW WARUNKÓW EKSTRAKCJI NA AKTYWNOĝû PRZECIWUTLENIAJĄCĄ EKSTRAKTÓW…
ekstrakt acetonowy / acetonic extract
ekstrakt metanolowy / methanolic extract
1
A/Ao
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0
5
10
15
20
25
30
Czas / Time [min]
Rys. 1.
Fig. 1.
Wpáyw czasu inkubacji na aktywnoĞü przeciwrodnikową ekstraktów z kieáków rzodkiewki.
Influence of incubation time on antiradical activity of extracts from radish sprouts.
AktywnoĞü przeciwrodnikowa
/ Antiradical activity [%]
90
83,19
83,2
80
72,12
70
60
54,33
56,08
50
40
Trolox
BHA
BHT
A
M
Próba / Sample
Rys. 2.
Fig. 2.
Porównanie aktywnoĞci przeciwrodnikowej syntetycznych przeciwutleniaczy i ekstraktów
z kieáków rzodkiewki (A – ekstrakt acetonowy, M – ekstrakt metanolowy).
Comparison of the antiradical activity of synthetic antioxidants and radish sprouts extracts (A –
acetonic extract, M – methanolic extract).
WaĪnym aspektem ochrony przeciwutleniającej jest usuwanie H2O2. Nadtlenek
wodoru moĪe byü toksyczny dla komórek poprzez stymulowanie powstawania rodników hydroksylowych [7]. Badania zdolnoĞci do neutralizacji H2O2 przez związki fenolowe wyizolowane z kieáków rzodkiewki i roztwory syntetycznych przeciwutleniaczy
136
Urszula Gawlik-Dziki, Dariusz Kowalczyk
wykazaáy, Īe badane próby charakteryzowaáy siĊ wysoką aktywnoĞcią, przy czym nieznacznie wyĪszą skutecznoĞü wykazaá ekstrakt metanolowy (rys. 3). Reakcja z BHT
nie byáa moĪliwa w warunkach metody.
ZdolnoĞü do neutralizacji
/ Neutralizing ability [%]
70
59,48
60
53,84
50
40
30
20
13,83
10
2,35
0
Trolox
BHA
A
M
Próba / Sample
Rys. 3.
Fig. 3.
ZdolnoĞü do neutralizacji H2O2 przez ekstrakty z kieáków rzodkiewki i roztwory syntetycznych
przeciwutleniaczy (A-ekstrakt acetonowy, M – ekstrakt metanolowy).
Ability to H2O2 scavenge by radish sprouts extracts and synthetic antioxidants solutions (A –
acetonic extract, M – methanolic extract).
ObecnoĞü jonów metali przejĞciowych odgrywa znaczącą rolĊ w katalizie procesów oksydacyjnych prowadzących do powstawania rodników hydroksylowych i peroksylowych podczas reakcji Fentona. Procesy te moĪna opóĨniü poprzez chelatowanie
i deaktywacjĊ jonów Īelaza. Ekstrakty z kieáków rzodkiewki charakteryzowaáy siĊ
zdecydowanie lepszymi wáaĞciwoĞciami chelatującymi niĪ roztwory syntetycznych
przeciwutleniaczy, przy czym wyĪszą zdolnoĞü do chelatowania jonów Fe (II) wykazywaá ekstrakt acetonowy (rys. 4).
Poszukiwanie niedrogich, odnawialnych i zasobnych Ĩródeá przeciwutleniaczy
budzi zainteresowanie badaczy na caáym Ğwiecie. Prowadzone są intensywne badania
nad optymalizacją procesów ekstrakcji, poznaniem mechanizmów dziaáania in vivo
i asymilacji naturalnych związków przeciwutleniających. Ekstrakty z warzyw wykazują wáaĞciwoĞci przeciwutleniające w pewnych przypadkach porównywalne z aktywnoĞcią przeciwutleniaczy syntetycznych. Wedáug Moure [8], zastosowanie naturalnych
przeciwutleniaczy jako dodatków do ĪywnoĞci moĪe byü korzystne mimo niĪszej aktywnoĞci w porównaniu z przeciwutleniaczami syntetycznymi. Istnieje wiele wiarygodnych danych o synergistycznym dziaáaniu rozmaitych klas związków fenolowych.
Rodriguez de Sotillo i wsp. [11] wykazali, Īe oksydacjĊ oleju sáonecznikowego silniej
hamowaá ekstrakt ze skórek ziemniaków niĪ roztwory syntetycznych, pojedynczych
137
WPàYW WARUNKÓW EKSTRAKCJI NA AKTYWNOĝû PRZECIWUTLENIAJĄCĄ EKSTRAKTÓW…
związków. Synergizm pomiĊdzy róĪnymi klasami związków fenolowych czerwonego
wina zostaá opisany przez Ghiselli i wsp. [5]. KorzyĞci páynące z uĪycia mieszaniny
związków o wáaĞciwoĞciach przeciwutleniających zostaáy podsumowane przez Sherwina [12]. Stwierdziá on, Īe stosowanie mieszanin pozwala na wzajemne uzupeánianie
siĊ róĪnorodnych mechanizmów dziaáania poszczególnych przeciwutleniaczy, zminimalizowanie problemów metodycznych wynikających z róĪnej rozpuszczalnoĞci lub
barwy wykazywanej przez pojedyncze związki, co pozwala takĪe zwiĊkszyü precyzjĊ
badaĔ i uzyskiwaü bardziej wiarygodne wyniki.
ZdolnoĞü do chelatowania
/ Chelating ability [%]
50
45,33
40
32,24
30
20
10
8,73
5,45
4,03
0
Trolox
BHT
BHA
A
M
Próba / Sample
Rys. 4.
Fig. 4.
Porównanie zdolnoĞci do chelatowania syntetycznych przeciwutleniaczy i ekstraktów z kieáków
rzodkiewki (A – ekstrakt acetonowy, M – ekstrakt metanolowy).
Comparison of the ability to chelating of synthetic antioxidants and radish sprouts extracts (A –
acetonic extract, M – methanolic extract).
Wnioski
1. Nie stwierdzono wpáywu rozpuszczalnika zastosowanego do ekstrakcji na zawartoĞü związków fenolowych ogóáem. Skuteczniejszym rozpuszczalnikiem do ekstrakcji flawonoidów okazaá siĊ 50% metanol, natomiast 50% aceton w wiĊkszym
stopniu ekstrahowaá fenolokwasy.
2. Ekstrakty z kieáków rzodkiewki wykazywaáy znaczącą zdolnoĞü do neutralizacji
wolnych rodników, jednak byáa ona istotnie niĪsza od aktywnoĞci syntetycznych
przeciwutleniaczy. Nieznacznie wyĪszą aktywnoĞcią charakteryzowaá siĊ ekstrakt
metanolowy.
3. Ekstrakty z kieáków rzodkiewki skutecznie neutralizowaáy H2O2, przy czym wyĪszą aktywnoĞcią charakteryzowaá siĊ ekstrakt metanolowy. AktywnoĞü badanych
prób byáa znacznie wyĪsza niĪ aktywnoĞü syntetycznych przeciwutleniaczy.
138
Urszula Gawlik-Dziki, Dariusz Kowalczyk
4. Ekstrakt acetonowy wykazywaá wyĪszą zdolnoĞü do chelatowania jonów Fe(II) niĪ
ekstrakt metanolowy. AktywnoĞü obydwu prób byáa zdecydowanie wyĪsza niĪ aktywnoĞü przeciwutleniaczy syntetycznych.
Praca byáa prezentowana podczas XXXVII Ogólnopolskiej Sesji Komitetu Nauk
o ĩywnoĞci PAN, Gdynia, 26 – 27.IX.2006.
Literatura
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
Bahorun T., Gressier B., Trotin F., Brunet C., Dine T., Luyckx M., Vasseur J., Cazin M., Cazin J-C.,
Pinkas M.: Oxygen species scavenging activity of phenolic extracts from hawthorn fresh plant organs and pharmaceutical preparations. Arzneim.-Forsch./Drug Res., 1996, 46(II), 11, 1086-1089.
Brand-Williams W., Cuvelier E., Berset C.M.: Use of free radical method to evaluate antioxidant
activity. Lebensm.-Wiss. U.-Technol., 1995, 28, 25-30.
Covan. M.: Plant products as antimicrobial agents. Clin. Micr. Rev., 1999, 12, 4, 564-582
Farmakopea Polska, t. V, P. T. Farm., Warszawa 1999.
Ghiselli A., Nardini M., Baldi A.: Antioxidant activity of different phenolic fractions separated from
Italian red wine. J. Agric. Food Chem., 1998, 46, 361-367.
Guo J-T., Lee H-L., Chiang S-H., Lin H-I., Chang C-Y.: Antioxidant properties of the extracts from
different parts of broccoli in Taiwan. J. Food Drug Anal., 2001, 9/2, 96-101.
Halliwel B.: Reactive oxygen species in living systems: Source, biochemistry, and role in human
disease. Am. J. Med., 1991, 91, 14-22.
Moure A., Cruz J.M., Franco D.: Natural antioxidants from residual sources. Food Chem, 2001, 72,
145-171
Oktay, M., Gulcin I., Kufrevioglu I.: Determination of In vitro antioxidant activity of fennel (Foeniculum vulgare) seed extracts. Lebens.-Wiss. U-Technol., 2003, 36, 263-271.
Piesiewicz H., Mielcarz M.: Kieáki w Īywieniu czáowieka. Przegl. Piek. Cuk. 2001, 3, 10-14.
Rodriguez de Sotillo Rodriguez de Sotillo D., Hadley M., Holm E. T.: Potato peel waste, stability
and antioxidant activity of a freeze-dried extract. J. Food Sci., 1994, 59, 1031-1033.
Sherwin E.R. Antioxidants. In A. L. Braner, P. M. Davidson and S. Salminen. Food antioxidants.
New York: Marcel Dekker Inc. 1990.
Singh G., Marimuthu P., de Heluani C.S., Catalan C.: Chemical constituents and antimicrobial and
antioxidant potentials of essential oil and acetone extract of Nigella sativa seeds. J. Sci Food Agric.,
2005, 85, 2297-2306.
Singleton V.L., Rossi J.A.: Colorimetry of total phenolics witch phosphomolybdic-phosphotungstics
acid reagents. Am. J. Etnol. Vitic. 1965, 16, 144-158.
Szymusiak H., Badania efektywnoĞci wybranych przeciwutleniaczy wystepujących w produktach
spoĪywczych. Praca habilitacyjna, Wyd. AE w Poznaniu, PoznaĔ 2002.
WPàYW WARUNKÓW EKSTRAKCJI NA AKTYWNOĝû PRZECIWUTLENIAJĄCĄ EKSTRAKTÓW…
139
INFLUENCE OF EXTRACTION CONDITIONS ON ANTIOXIDANT ACTIVITY
OF EXTRACTS FROM RADISH SPROUTS
Summary
Phenolic compounds were extracted from radish (Raphanus sativus L. cv. Lucynka) sprouts using
50% acetone and 50% methanol. Used solvents didn’t have an influence on total phenolic compounds
content. 50% MeOH was better solvent for flavonoids extraction. However when 50% aceton was used
most of the phenolic acids were extracted. Radish sprouts extracts showed significant antiradical activity
(54,33% for acetone extract and 56,08% for methanol extract), but this activity was significantly lower
than those of synthetic antioxidants. Analyzed samples showed the ability to neutralize H2O2. Higher
activity was obtained for methanolic extract (59,48%) then for acetone extract (53,84%). Acetone extract
showed higher metal-chelating ability then methanol extract (45,33% and 32,24% respectively). In both
cases activity of analyzed samples were higher than activity of synthetic antioxidants.
Key words: radish sprouts, phenolic compounds, antioxidant activity ²