Ksantohumol - prozdrowotny składnik chmielu. Bartosz Sołowiej Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, Wydział Nauk o Żywności i Biotechnologii

Transkrypt

1 Ksantohumol - prozdrowotny składnik chmielu Bartosz Sołowiej Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, Wydział Nauk o Żywności i Biotechnologii

2 Skład szyszek chmielu alfa-kwasy (humulon, kohumulon i adhumulon) beta-kwasy (lupulon, kolupulon i adlupulon) prenylowane flawonoidy - ksantohumol

3 Ksantohumol Ksantohumol najważniejszy flawonoid występujący w chmielu. Flawonoidy są natomiast związkami zaliczanymi do polifenoli. Ksantohumol powstaje w chmielu na drodze 2 -O-metylacji grupy hydroksylowej dezmetyloksantohumolu, drugiego flawonoidu pod względem zawartości w szyszkach chmielowych, przy udziale O-metylotransferazy.

4 Izolacja ksantohumolu Głównym źródłem polifenoli chmielowych w diecie jest piwo, które jest właściwie jedynym produktem spożywczym zawierającym chmiel. Przemiany jakim ulegają polifenole podczas warzenia piwa sprawiają, że zawartość tych związków ulega znacznemu zmniejszeniu. Zawartość ksantohumolu w przeciętnym piwie stanowi jedynie około 30% jego wyjściowej zawartości w chmielu (Skomra, 2008).

5 Ksantohumol w procesie warzenia brzeczki ulega niemal całkowicie izomeryzacji do lepiej rozpuszczalnego, ale mniej aktywnego biologicznie izoksantohumolu (Stevens i Page, 2004). Stężenie ksantohumolu w dostępnych na rynku piwach nie przekracza zazwyczaj 0,2 mg/l. Stężenie to musi być zwiększone do 5 mg/l w celu zapewnienia piwom właściwości chemoprewencyjnych (Wunderlich i in., 2005).

6 W Niemczech uzyskano wzbogacony ekstrakt ksantohumolu poprzez ekstrakcję wychmielin nadkrytycznym CO2 przy ciśnieniu ok. 250 barów i temp. 50 C, a następnie dodatkowej ekstrakcji tym samym czynnikiem w jeszcze wyższym ciśnieniu barów i w temp C. W rezultacie uzyskano wysuszony, intensywnie zielony ekstrakt chmielowy o zawartości % w/w ksantohumolu, nie zawierający domieszek np. ziemi okrzemkowej. Uzyskany ekstrakt może być dodawany do żywności (Forster i in., 2004). Goryczka piwa czy innych bezalkoholowych napojów, do których dodawany był wzbogacony ekstrakt ksantohumolu, oceniana była jako odpowiednia (Schmidt i in., 2005).

7 Wady: Pierwszy z etapów ekstrakcji wymaga z reguły zaprojektowania od podstaw przemysłowej instalacji do ekstrakcji nadkrytycznej. Użycie dodatkowej instalacji, pracującej przy wyższych parametrach ciśnienia i temperatury, wiąże się z pracochłonnym powtórnym napełnianiem wychmielinami i opróżnianiem z nich. Zalety: Prosta technologia oraz wysoka zawartość i wysoki stopień wyekstrahowania ksantohumolu. Możliwość zastosowania obiegu zamkniętego użytych rozpuszczalników (Anioł, 2009).

8 Krajowa produkcja ekstraktów chmielowych metodą z nadkrytycznym CO2 (30 MPa, 50 C) realizowana jest w Instytucie Nawozów Sztucznych w Puławach. Ekstrakty te zawierają 96,9% żywic, w tym 96,6% żywic miękkich i zaledwie 0,3% żywic twardych. Ich produkcja generuje rocznie około 1000 ton odpadowej masy chmielu, zawierającej, oprócz leczniczych prenyloflawonoidów, cenne składniki pokarmowe (białko, sole mineralne, witaminy) (Gołąbczak i in., 2010).

9 Opracowana we Wrocławiu wysokowydajna metoda otrzymywanie koncentratu ksantohumolu polega na ekstrakcji ciągłej lub okresowej suchych szyszek chmielowych lub wychmielin za pomocą eteru dietylowego lub mieszaniny eteru dietylowego z acetonem w stosunku od 90:10 do 10:90 % wagowych. Po odparowaniu rozpuszczalników uzyskuje się stałą pozostałość zawierającą do 23 % w/w ksantohumolu. Czysty związek można wyizolować z koncentratu, stosując chromatografię cieczową i krystalizację (Anioł, 2009).

10 Właściwości antyoksydacyjne Yamaguchi i in. (2009) wykazali w warunkach in vitro właściwości antyoksydacyjne dla kwasów goryczowych chmielu i ksantohumolu. W badaniach tych zastosowano metodę ORAC (Oxygen Radical Absorbance Capacity zdolność pochłaniania wolnych rodników tlenowych) wykorzystywaną powszechnie do oceny zdolności antyoksydacyjnej w próbkach biologicznych i żywności. Najwyższa wartość ORAC odpowiada najwyższej aktywności antyoksydacyjnej. Kontrolę o najwyższej wartości ORAC spośród jadalnych roślin stanowił polifenon 60 (zawierającego katechiny z zielonej herbaty).

11 Tab. 1. Wartość ORAC dla wybranych związków chemicznych występujących w szyszkach chmielu (Yamaguchi i in., 2009) Związki Całkowita wartość ORAC (μmol troloksu) Humulony 1,20 Lupulony 1,90 Ksantohumol 4,20 Witamina C 1,40 Witamina E 0,75 Polifenon 60 4,20

12 Tab. 2. Zdolność wygaszania tlenu singletowego SOAC (Singlet Oxygen Absorbance Capacity) (Yamaguchi i in., 2009) Związki chemiczne SOAC μmol troloksu Humulony 0,75 Lupulony 0,80 Ksantohumol 14,10 Witamina E 1,00 Polifenon 60 1,80

13 Wł. przeciwbakteryjne i przeciwgrzybiczne W stosunku do bakterii indukujących powstawanie trądziku: - Propionibacterium acnes, - Staphylococcus epidermidis, - Staphylococcus aureus, - Streptococcus pyogenes - Kocuria rhizophila. Niskie wartości minimalnych stężeń hamujących ksantohumolu są porównywalne do antybiotyków najczęściej stosowanych do leczenia trądziku (erytromycyna i klindamycyna).

14 W stosunku do bakterii Gram-dodatnich: - Streptococcus mutans Grzybów: - Trichophyton spp. Wirusów: - wirus zakaźnej biegunki bydła BVDV - wirus opryszczki pospolitej typ 1 i 2, - cytomegalowirus Wykazano również silne hamowanie replikacji zarodźca malarii, wywołującego malarię u ludzi (Gerhauser, 2005).

15 Układ modelowy in vitro - współdziałanie lupulonów i ksantohumolu z antybiotykami w hamowaniu rozwoju drobnoustrojów, wykazały pozytywne współdziałanie z polimyksyną, tobramycyną i cyprofloksacyną. Sugeruje się, że antybakteryjne działanie związków występujących w chmielu oparte jest na zmianie właściwości i przepuszczalności błony komórkowej drobnoustrojów. Połączenie terapii antybiotykowej z ekstraktem z chmielu mogłoby spowodować obniżenie potrzebnej ilości antybiotyku, a tym samym zmniejszenie prawdopodobieństwa rozwoju oporności oraz zmniejszenie toksyczności leku dla osoby leczonej.

16 Aktywność chemoprewencyjna W stosunku do nowotworu: - piersi, okrężnicy, sutka, macicy, prostaty Hamowanie/zmniejszanie proliferacji komórek rakowych. Stwierdzono antymutagenną aktywność ksantohumolu w stosunku do bakteryjnych komórek Salmonella typhimurium TA98, jak i ludzkich komórek wątrobiaka HepG2 (Kac i in., 2008).

17 Wzbogacanie piw w ksantohumol Opracowano technologię produkcji piw ( XAN technology) wzbogaconych w ksantohumol (Niemcy) uzyskując piwo, zawierające 1 mg/l ksantohumolu. Umożliwia ona osiągnięcie stężenia ksantohumolu na poziomie 1-3 mg/l w niefiltrowanych piwach typu lager oraz > 10 mg/l w filtrowanych ciemnych piwach. Piwa wzbogacone w ksantohumol (XN) w Niemczech: Weihenstephaner Xan- Hefeweißbier (1,3 mg XN/l), Weihenstephaner XAN-Wellness (4,1 mg XN/l) W Czechach jest produkowane piwo ŻATEC Xantho (0,3 mg XN/l) (Gołąbczak i in., 2010).

18 Podsumowanie Przeciętne piwa zawierają niewiele ksantohumolu i jego pochodnych, zatem żeby przyjąć dawkę ksantohumolu, która miałaby znaczenie lecznicze trzeba byłoby wypijać znaczne ilości piwa (nawet 8 10 l dziennie). Niestety w ww. przypadku negatywny wpływ alkoholu, zaprzepaści wszystkie pozytywne efekty wynikające z leczniczego oddziaływania chmielowych polifenoli. Otrzymywanie ekstraktów chmielowych wzbogaconych w ksantohumol wydaje się być istotną kwestią w przypadku produkcji innowacyjnych piw oraz fortyfikacji (wzbogacania) produktów żywnościowych.

19 Dziękuję za uwagę