WP YW WARUNKÓW EKSTRAKCJI NA AKTYWNO PRZECIWUTLENIAJ C EKSTRAKTÓW Z KIE KÓW RZODKIEWKI

Transkrypt

1 YWNO. Nauka. Technologia. Jako, 2007, 1 (50), URSZULA GAWLIK-DZIKI, DARIUSZ KOWALCZYK WP YW WARUNKÓW EKSTRAKCJI NA AKTYWNO PRZECIWUTLENIAJ C EKSTRAKTÓW Z KIE KÓW RZODKIEWKI S t r e s z c z e n i e Z kie ków rzodkiewki odmiany Lucynka wyekstrahowano zwi zki fenolowe, stosuj c 50% aceton i 50% metanol. Nie stwierdzono wp ywu rozpuszczalnika zastosowanego do ekstrakcji na zawarto zwi zków fenolowych ogó em. Skuteczniejszym rozpuszczalnikiem do ekstrakcji flawonoidów okaza si 50% metanol, natomiast stosuj c 50% aceton wyekstrahowano wi cej fenolokwasów. Ekstrakty w kie ków rzodkiewki wykazywa y znacz c aktywno przeciwrodnikow (54,33% w przypadku ekstraktu acetonowego i 56,08% w przypadku ekstraktu metanolowego), jednak by a ona znacznie ni sza od aktywno ci syntetycznych przeciwutleniaczy. Badane próby skutecznie neutralizowa y H 2 O 2, przy czym wy sz aktywno ci (59,48%) charakteryzowa si ekstrakt metanolowy ni acetonowy (53,84%). Ekstrakt acetonowy wykazywa wy sz zdolno do chelatowania jonów Fe(II) ni ekstrakt metanolowy (odpowiednio 45,33 i 32,24%). W obu przypadkach aktywno badanych prób by a zdecydowanie wy sza ni aktywno przeciwutleniaczy syntetycznych. S owa kluczowe: kie ki rzodkiewki, zwi zki fenolowe, aktywno przeciwutleniaj ca Wprowadzenie Zwi zek mi dzy diet a zdrowiem cz owieka dostrzegany jest od bardzo dawna, jednak wiadome wykorzystywanie sk adników ywno ci w prewencji i leczeniu schorze datuje si dopiero od I po owy XX wieku, to jest od czasu odkrycia witamin i niezb dnych do prawid owego funkcjonowania organizmu sk adników mineralnych. W odpowiedzi na nowe potrzeby ywieniowe konsumentów powstaj grupy produktów spo ywczych o najwy szej jako ci ywieniowej, wie ych, naturalnych, nisko przetworzonych, wygodnych, ekologicznych i wolnych od dodatków chemicznych. Wszystkie te kryteria spe niaj kie ki. Szczególnie popularne w ród konsumentów s kie ki fasoli mung, bruku u, rzodkiewki, rze uchy, soczewicy. Badania marketingowe Dr U. Gawlik-Dziki, mgr D. Kowalczyk, Katedra Biochemii i Chemii ywno ci, Wydz. Nauk o ywno ci i Biotechnologii, Akademia Rolnicza, ul. Skromna 8, Lublin

2 WP YW WARUNKÓW EKSTRAKCJI NA AKTYWNO PRZECIWUTLENIAJ C EKSTRAKTÓW 133 wykaza y, e konsumenci preferuj na ogó kie ki rzodkiewki a 76% badanych spo- ywa o ten rodzaj kie ków. Kie ki rzodkiewki dzi ki du ej zawarto ci witaminy C podnosz odporno organizmu, wp ywaj korzystnie na stan skóry, pobudzaj apetyt, dzia aj przeciwgrzybicznie [10]. ywno pochodzenia ro linnego stanowi bogate ród o naturalnych zwi zków biologicznie aktywnych, których w a ciwo ci profilaktyczne i chemioprewencyjne s zwi zane z aktywno ci przeciwutleniaj c. Jest ona obecnie najwa niejsz cech fenoli wyst puj cych w ywno ci. Zwi zki fenolowe stanowi g ówn grup ro linnych substancji odgrywaj cych istotn rol w wi zaniu wolnych rodników. Cennym ich ród em s warzywa kapustne z rodziny krzy owych. Liczne dane literaturowe potwierdzaj fakt, e poziom zwi zków fenolowych uzale niony jest od gatunku ro liny, fazy jej rozwoju i metody hodowli. W literaturze przedmiotu nieliczne s informacje o skuteczno ci stosowania zmiennych uk adów rozpuszczalników do ekstrakcji polifenoli. Covan [3] podaje, e etanol jest najcz ciej stosowanym rozpuszczalnikiem do ekstrakcji tanin i flawonoli, natomiast u ycie metanolu pozwala na wyizolowanie antocyjanin, tanin, flawonów i innych zwi zków polifenolowych, aceton za stosowany jest do ekstrakcji flawonoli. Celem pracy by o porównanie skuteczno ci dwóch ró nych uk adów ekstrakcyjnych do izolowania zwi zków fenolowych z kie ków rzodkiewki oraz okre lenie ich zdolno ci przeciwutleniaj cej i zdolno ci do chelatowania metali. Materia i metody bada Materia em do bada by y kie ki rzodkiewki (Raphanus sativus L.) odmiany Lucynka wyhodowane z nasion dost pnych w obrocie handlowym. Sze ciodniowe kie ki uzyskano kie kuj c nasiona w temperaturze pokojowej (22 ± 2 o C). Do ekstrakcji zwi zków o charakterze przeciwutleniaj cym zastosowano roztwory wodne: 50% metanol oraz 50% aceton. W ekstraktach oznaczano zawarto zwi zków fenolowych ogó em [14], zawarto flawonoidów [1] oraz fenolokwasów [4]. Okre lano zdolno do neutralizacji wolnych rodników DPPH [2], usuwania H 2 O 2 [8] oraz zdolno do chelatowania jonów Fe(II) [6]. Wszystkie oznaczenia wykonano w trzech powtórzeniach. Wyniki i dyskusja Porównuj c sk ad ekstraktów z kie ków rzodkiewki stwierdzono, e ekstrakt acetonowy zawiera wi cej fenolokwasów, a ekstrakt metanolowy flawonoidów przy zbli- onej zawarto ci zwi zków fenolowych ogó em (tab. 1).

3 134 Urszula Gawlik-Dziki, Dariusz Kowalczyk T a b e l a 1 Zawarto zwi zków fenolowych ogó em, flawonoidów i fenolokwasów w ekstraktach z kie ków rzodkiewki. Total phenolics, flavonoids and phenolic acids content in the extracts from radish sprouts. Próba Sample Ekstrakt acetonowy Acetonic extract Ekstrakt metanolowy Methanolic extract Zawarto zwi zków fenolowych ogó em Total phenolics content [mg/ml] Zawarto flawonoidów Flavonoids content [ g/ml] Zawarto fenolokwasów Phenolic acids content [ g/ml] 0,13 37,93 20,65 0,14 40,76 18,16 Utlenianie zwi zków organicznych przebiega g ównie z udzia em rodników alkilowych R o i nadtlenkowych RO 2 o. Mo na je opó ni poprzez przerwanie reakcji a cuchowych, stosuj c akceptor wolnych rodników. Je eli g ównym inicjatorem reakcji jest utworzony wodoronadtlenek ROOH, to proces utleniania mo na opó ni przez wprowadzenie zwi zków chemicznych zdolnych do rozk adu wodoronadtlenku bez tworzenia rodników. Wielofunkcyjne inhibitory reakcji utleniania mog wykazywa wielokierunkowe dzia anie, uczestnicz c jednocze nie w ró nych reakcjach hamowania. Podobnie mo e dzia a mieszanina inhibitorów [15]. Neutralizacja reaktywnych form tlenu i azotu, szczególnie wolnych rodników, jest jednym z g ównych mechanizmów ochrony przeciwutleniaj cej, wykazywanych przez ro linne prozdrowotne zwi zki fenolowe. W pracy porównano aktywno przeciwrodnikow badanych ekstraktów z aktywno ci syntetycznych przeciwutleniaczy: Troloxu, BHT i BHA. Aktywno przeciwrodnikowa badanych ekstraktów by a zbli ona i wzrasta a wraz z up ywem czasu inkubacji (rys. 1). Skuteczno przeciwutleniaj ca zale y nie tylko od struktury zwi zków czynnych, ale równie od innych czynników, takich jak: st enie, temperatura, wiat o, typ substratu i w a ciwo ci fizyczne uk adu oraz oddzia ywania prooksydacyjne lub synergistyczne zwi zków czynnych [13]. By mo e indukowane przez obecno wody i temperatur chemiczne reakcje mog równie zmienia aktywno uk adu kompleksowego, jakim jest ekstrakt zawieraj cy liczne zwi zki o odmiennych w a- ciwo ciach chemicznych i fizycznych. Porównuj c aktywno przeciwrodnikow ekstraktów z kie ków rzodkiewki i 3 mm roztworów syntetycznych przeciwutleniaczy stwierdzono, e badane próby wykaza y ni sz zdolno do neutralizacji wolnych rodników (rys. 2).

4 WP YW WARUNKÓW EKSTRAKCJI NA AKTYWNO PRZECIWUTLENIAJ C EKSTRAKTÓW 135 ekstrakt acetonowy / acetonic extract 1 ekstrakt metanolowy / methanolic extract A/Ao 0,9 0,8 0,7 0,6 0, Czas / Time [min] Rys. 1. Fig. 1. Aktywno przeciwrodnikowa / Antiradical activity [%] Wp yw czasu inkubacji na aktywno przeciwrodnikow ekstraktów z kie ków rzodkiewki. Influence of incubation time on antiradical activity of extracts from radish sprouts ,19 83,2 72,12 54,33 56,08 Trolox BHA BHT A M Próba / Sample Rys. 2. Porównanie aktywno ci przeciwrodnikowej syntetycznych przeciwutleniaczy i ekstraktów z kie ków rzodkiewki (A ekstrakt acetonowy, M ekstrakt metanolowy). Fig. 2. Comparison of the antiradical activity of synthetic antioxidants and radish sprouts extracts (A acetonic extract, M methanolic extract). Wa nym aspektem ochrony przeciwutleniaj cej jest usuwanie H 2 O 2. Nadtlenek wodoru mo e by toksyczny dla komórek poprzez stymulowanie powstawania rodników hydroksylowych [7]. Badania zdolno ci do neutralizacji H 2 O 2 przez zwi zki fenolowe wyizolowane z kie ków rzodkiewki i roztwory syntetycznych przeciwutleniaczy

5 136 Urszula Gawlik-Dziki, Dariusz Kowalczyk wykaza y, e badane próby charakteryzowa y si wysok aktywno ci, przy czym nieznacznie wy sz skuteczno wykaza ekstrakt metanolowy (rys. 3). Reakcja z BHT nie by a mo liwa w warunkach metody. Zdolno do neutralizacji / Neutralizing ability [%] ,83 2,35 53,84 59,48 Trolox BHA A M Próba / Sample Rys. 3. Zdolno do neutralizacji H 2 O 2 przez ekstrakty z kie ków rzodkiewki i roztwory syntetycznych przeciwutleniaczy (A-ekstrakt acetonowy, M ekstrakt metanolowy). Fig. 3. Ability to H 2 O 2 scavenge by radish sprouts extracts and synthetic antioxidants solutions (A acetonic extract, M methanolic extract). Obecno jonów metali przej ciowych odgrywa znacz c rol w katalizie procesów oksydacyjnych prowadz cych do powstawania rodników hydroksylowych i peroksylowych podczas reakcji Fentona. Procesy te mo na opó ni poprzez chelatowanie i deaktywacj jonów elaza. Ekstrakty z kie ków rzodkiewki charakteryzowa y si zdecydowanie lepszymi w a ciwo ciami chelatuj cymi ni roztwory syntetycznych przeciwutleniaczy, przy czym wy sz zdolno do chelatowania jonów Fe (II) wykazywa ekstrakt acetonowy (rys. 4). Poszukiwanie niedrogich, odnawialnych i zasobnych róde przeciwutleniaczy budzi zainteresowanie badaczy na ca ym wiecie. Prowadzone s intensywne badania nad optymalizacj procesów ekstrakcji, poznaniem mechanizmów dzia ania in vivo i asymilacji naturalnych zwi zków przeciwutleniaj cych. Ekstrakty z warzyw wykazuj w a ciwo ci przeciwutleniaj ce w pewnych przypadkach porównywalne z aktywno- ci przeciwutleniaczy syntetycznych. Wed ug Moure [8], zastosowanie naturalnych przeciwutleniaczy jako dodatków do ywno ci mo e by korzystne mimo ni szej aktywno ci w porównaniu z przeciwutleniaczami syntetycznymi. Istnieje wiele wiarygodnych danych o synergistycznym dzia aniu rozmaitych klas zwi zków fenolowych. Rodriguez de Sotillo i wsp. [11] wykazali, e oksydacj oleju s onecznikowego silniej hamowa ekstrakt ze skórek ziemniaków ni roztwory syntetycznych, pojedynczych

6 WP YW WARUNKÓW EKSTRAKCJI NA AKTYWNO PRZECIWUTLENIAJ C EKSTRAKTÓW 137 zwi zków. Synergizm pomi dzy ró nymi klasami zwi zków fenolowych czerwonego wina zosta opisany przez Ghiselli i wsp. [5]. Korzy ci p yn ce z u ycia mieszaniny zwi zków o w a ciwo ciach przeciwutleniaj cych zosta y podsumowane przez Sherwina [12]. Stwierdzi on, e stosowanie mieszanin pozwala na wzajemne uzupe nianie si ró norodnych mechanizmów dzia ania poszczególnych przeciwutleniaczy, zminimalizowanie problemów metodycznych wynikaj cych z ró nej rozpuszczalno ci lub barwy wykazywanej przez pojedyncze zwi zki, co pozwala tak e zwi kszy precyzj bada i uzyskiwa bardziej wiarygodne wyniki ,33 Zdolno do chelatowania / Chelating ability [%] ,03 8,73 5,45 32,24 0 Trolox BHT BHA A M Próba / Sample Rys. 4. Porównanie zdolno ci do chelatowania syntetycznych przeciwutleniaczy i ekstraktów z kie ków rzodkiewki (A ekstrakt acetonowy, M ekstrakt metanolowy). Fig. 4. Comparison of the ability to chelating of synthetic antioxidants and radish sprouts extracts (A acetonic extract, M methanolic extract). Wnioski 1. Nie stwierdzono wp ywu rozpuszczalnika zastosowanego do ekstrakcji na zawarto zwi zków fenolowych ogó em. Skuteczniejszym rozpuszczalnikiem do ekstrakcji flawonoidów okaza si 50% metanol, natomiast 50% aceton w wi kszym stopniu ekstrahowa fenolokwasy. 2. Ekstrakty z kie ków rzodkiewki wykazywa y znacz c zdolno do neutralizacji wolnych rodników, jednak by a ona istotnie ni sza od aktywno ci syntetycznych przeciwutleniaczy. Nieznacznie wy sz aktywno ci charakteryzowa si ekstrakt metanolowy. 3. Ekstrakty z kie ków rzodkiewki skutecznie neutralizowa y H 2 O 2, przy czym wy sz aktywno ci charakteryzowa si ekstrakt metanolowy. Aktywno badanych prób by a znacznie wy sza ni aktywno syntetycznych przeciwutleniaczy.

7 138 Urszula Gawlik-Dziki, Dariusz Kowalczyk 4. Ekstrakt acetonowy wykazywa wy sz zdolno do chelatowania jonów Fe(II) ni ekstrakt metanolowy. Aktywno obydwu prób by a zdecydowanie wy sza ni aktywno przeciwutleniaczy syntetycznych. Praca by a prezentowana podczas XXXVII Ogólnopolskiej Sesji Komitetu Nauk o ywno ci PAN, Gdynia, IX Literatura [1] 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, [2] Brand-Williams W., Cuvelier E., Berset C.M.: Use of free radical method to evaluate antioxidant activity. Lebensm.-Wiss. U.-Technol., 1995, 28, [3] Covan. M.: Plant products as antimicrobial agents. Clin. Micr. Rev., 1999, 12, 4, [4] Farmakopea Polska, t. V, P. T. Farm., Warszawa [5] Ghiselli A., Nardini M., Baldi A.: Antioxidant activity of different phenolic fractions separated from Italian red wine. J. Agric. Food Chem., 1998, 46, [6] 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, [7] Halliwel B.: Reactive oxygen species in living systems: Source, biochemistry, and role in human disease. Am. J. Med., 1991, 91, [8] Moure A., Cruz J.M., Franco D.: Natural antioxidants from residual sources. Food Chem, 2001, 72, [9] Oktay, M., Gulcin I., Kufrevioglu I.: Determination of In vitro antioxidant activity of fennel (Foeniculum vulgare) seed extracts. Lebens.-Wiss. U-Technol., 2003, 36, [10] Piesiewicz H., Mielcarz M.: Kie ki w ywieniu cz owieka. Przegl. Piek. Cuk. 2001, 3, [11] 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, [12] Sherwin E.R. Antioxidants. In A. L. Braner, P. M. Davidson and S. Salminen. Food antioxidants. New York: Marcel Dekker Inc [13] 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, [14] Singleton V.L., Rossi J.A.: Colorimetry of total phenolics witch phosphomolybdic-phosphotungstics acid reagents. Am. J. Etnol. Vitic. 1965, 16, [15] Szymusiak H., Badania efektywno ci wybranych przeciwutleniaczy wystepuj cych w produktach spo ywczych. Praca habilitacyjna, Wyd. AE w Poznaniu, Pozna 2002.

8 WP YW WARUNKÓW EKSTRAKCJI NA AKTYWNO PRZECIWUTLENIAJ C EKSTRAKTÓW 139 INFLUENCE OF EXTRACTION CONDITIONS ON ANTIOXIDANT ACTIVITY OF EXTRACTS FROM RADISH SPROUTS S u m m a r y 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 H 2 O 2. 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