BROMAT. CHEM. TOKSYKOL. XLI, 2008, 3, str. 333 337 Jerzy Borowski, Agnieszka Szajdek, Eulalia Julitta Borowska 1) CHARAKTERYSTYKA CHEMICZNA I AKTYWNOŚĆ BIOLOGICZNA WARZYW Z TERENU OLSZTYNA Katedra Żywienia Człowieka Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie Kierownik: prof. dr hab. J. Borowski 1) Katedra Przetwórstwa i Chemii Surowców Roślinnych Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie Kierownik: prof. dr hab. R. Zadernowski Ocenie poddano warzywa 20 gatunków, zakupione na rynku olsztyńskim. W warzywach oznaczono zawartość związków fenolowych ogółem, kwasu askorbinowego oraz aktywność biologiczną w warunkach in vitro, mianowicie: aktywność zmiatania rodników DPPH, zdolność inhibicji rodników OH oraz aktywność inhibicji enzymu trypsyny. Uzyskane wyniki poddano analizie statystycznej stosując jednoczynnikową analizę wariancji z testem Duncana na poziomie istotności p<0,05 przy użyciu programu STATISTICA 6.0. Hasła kluczowe: warzywa, polifenole, kwas askorbinowy, zmiatanie rodników DPPH, inhibicja rodników OH, aktywność inhibicji trypsyny. Key words: vegetables, polyphenols, ascorbic acid, scavenging DPPH radicals, inhibition of OH radicals, trypsin inhibition activity. Warzywa są niezbędnym komponentem diety, dostarczającym składników wspomagających system obronny organizmu (1, 2, 3). Stanowią bogate źródło substancji biologicznie aktywnych, zarówno odżywczych (np. witamin), jak i nieodżywczych, określanych również mianem BANS (biologicznie aktywne nieodżwcze składniki żywności). Należy podkreślić, że funkcje bioaktywnych składników warzyw są najczęściej wielokierunkowe i nie zawsze korzystne (2, 4). Przykładem mogą być białkowe inhibitory trypsyny, które oprócz inaktywacji tego enzymu, zawierają frakcję białek wykazującą właściwości alergenne. Obróbka technologiczna (moczenie, obróbka cieplna, fermentacja) w dużym stopniu niweluje niekorzystne działanie, lecz niektóre warzywa, jak sałata, rzodkiewka, kapusta pekińska i szereg innych, spożywane są na surowo. Liczną grupę wśród substancji biologicznie aktywnych warzyw stanowią związki o działaniu przeciwutleniającym, i im przypisuje się istotną rolę w profilaktyce wielu chorób (2, 5). Związki te reprezentowane są przede wszystkim przez: polifenole (fenolokwasy i obszerną grupę flawonoidów wraz z antocyjanami), witaminę C, tokoferole, karotenoidy, ponadto kwasy organiczne, wapń, selen, chlorofiliny, glutation, indole, fityniany, tiocyjaniany i inne. Żywieniowcy zalecają systematyczne spożycie polifenoli roślinnych w postaci warzyw i owoców, w pięciu porcjach (po ok. 80 g) tych produktów dziennie. Witamina C jakkolwiek wykazuje mniejszą aktywność przeciwutleniającą niż niektóre związki fenolowe, to badania
334 J. Borowski i inni Nr 3 wskazują na jej dużą skuteczność prewencyjną w chorobie wieńcowej (2). Jakkolwiek koncentracja związków bioaktywnych i ich właściwości uwarunkowane są przede wszystkim genetycznie i zależą od gatunku warzywa, to należy podkreślić również oddziaływanie innych czynników, jak i klimat, warunki agrotechniczne, czy też sposób przechowywania (2, 3). W badaniach podjęto się oceny warzyw popularnych gatunków, dostępnych na rynku olsztyńskim pod względem zawartości wybranych substancji biologicznie aktywnych, jak polifenole i kwas askorbinowy, ponadto aktywności zmiatania rodników DPPH, inhibicji rodników OH oraz inhibicji enzymu trypsyny. MATERIAŁ I METODY Materiałem badanym były warzywa 20 gatunków zakupione na targowisku miejskim w Olsztynie w październiku i listopadzie 2007 r. Były to: burak czerwony, brokuł, cebula, czosnek, fasola, groch, kalafior, kapusta biała, kapusta brukselska, kapusta pekińska, marchew, ogórek, papryka czerwona, pietruszka korzeniowa, pomidor, rzodkiewka, sałata, seler, soja, ziemniak. W warzywach oznaczono: zawartość związków fenolowych ogółem (jako ekwiwalent kwasu galusowego) wg Shahidi i Naczk (6), zawartość kwasu askorbinowego wg Polskiej Normy (7), aktywność zmiatania rodników DPPH (jako EC 50 wyrażone w mg produktu) wg Brand-Williams i współpr. (8), zdolność inhibicji rodników OH (jako μmol TE/g) wg Chu i współpr. (9), aktywność inhibicji trypsyny (jako TUI/mg) wg Kakade i współpr. (10). Wszystkie wyniki wyrażono w świeżej masie warzyw. Zakupu warzyw dokonano dwukrotnie, a wszystkie analizy wykonano w trzech powtórzeniach. Analizę statystyczną wyników przeprowadzono stosując jednoczynnikową analizę wariancji z testem Duncana na poziomie istotności p<0,05 za pomocą programu komputerowego STATISTICA 8.0. WYNIKI I ICH OMÓWIENIE Poddane ocenie warzywa, odznaczały się dużym zróżnicowaniem pod względem zawartości badanych składników bioaktywnych, jak i właściwości biologicznych oznaczonych in vitro (tab. I). W przypadku większości gatunków warzyw były to różnice istotne statystycznie (p<0,05). Zawartość związków fenolowych ogółem kształtowała się w szerokim zakresie, od 0,66 mg/100 g w ogórkach do 126,7 mg/100 g w soi. Na szczególnie dużą zawartość związków fenolowych w soi, głównie izoflawonów, wskazują badania Mazur i współpr. (2) Z innych gatunków dużą zawartością polifenoli odznaczały się również papryka czerwona, burak czerwony i kapusta brukselska. Inne badane gatunki z rodziny kapustnych zawierały znacznie mniej polifenoli. Duże zróżnicowanie zawartości tej grupy związków w warzywach kapustnych uprawianych w Indiach potwierdzają badania Singh i współpr. (3). Najwięcej polifenoli stwierdzili w brokułach (63,4 mg/100 g) i kapuście brukselskiej (37,7 mg/100 g), a najmniej w kapuście pekińskiej (9,93 mg/100 g).
Nr 3 Aktywność biologiczna warzyw 335 Badane warzywa odznaczały się również dużym zróżnicowaniem zawartości kwasu askorbinowego (tab. I). Zdecydowanie najwięcej kwasu askorbinowego, na poziomie 128,7 mg/100 g, oznaczono w papryce czerwonej. Z innych gatunków zasobnych w kwas askorbinowy wymienić należy kapustę brukselską (72,49 mg/100 g). Najmniejsze ilości tego składnika, poniżej 3 mg/100 g, stwierdzono w ogórku, cebuli i fasoli. Tabela I. Zawartość polifenoli, kwasu askorbinowego oraz aktywność biologiczna warzyw Table I. Polyphenol content, ascorbic acid content and biological activity of vegetables Gatunek Polifenole (mg/100 g) Kwas askorbinowy (mg/100 g) Zmiatanie DPPH EC 50 (mg) Inhibicja OH (μmol TE/g) Inhibicja trypsyny TUI/mg Burak czerwony 60,32 ł 4,12 d 15,0 b 0,46 d 0,32 d Brokuł 33,81 i 22,81 i 24,9 c 0,99 g 0,30 d Cebula 45,81 k 2,82 b 95,2 i 0,50 de 0,55 f Czosnek 36,10 j 5,81 e 33,1 f 0,84 f 1,23 j Fasola 50,52 l 2,90 b 31,0 ef 1,16 h 10,3 m Groch 34,08 i 5,72 e 25,8 cd 1,88 j 3,27 ł Kalafior 25,52 f 27,91 j 139,5 ł 0,54 e 1,53 k Kapusta biała 18,99 d 17,13 g 122,7 k 0,83 f 0,24 c Kapusta brukselska 78,12 n 72,49 l 7,8 a 0,45 d 0,71 g Kapusta pekińska 21,43 e 28,85 k 65,1 h 0,58 e 0,33 d Marchew 1,16 b 3,41 c 267,2 r 1,75 i 0,40 e Ogórek 0,66 a 2,32 a 253,2 p 0,31 b 0,12 a Papryka czerwona 68,50 m 128,7 ł 11,9 b 0,35 bc 0,79 g Pietruszka korzeniowa 29,84 h 19,89 h 131,5 l 1,18 h 0,26 c Pomidor 5,09 c 13,88 f 157 m 0,42 cd 0,20 b Rzodkiewka 45,18 k 22,01 h 61,1 g 0,79 f 0,79 g Sałata 6,06 c 11,42 f 245,1 0,23 a 0,86 h Seler 5,74 c 5,69 e 232,5 n 0,79 f 0,96 i Soja 126,7 o 3,01 b 28,2 de 2,85 k 29,6 n Ziemniak 28,67 g 3,02 b 110,3 j 0,21 a 1,76 l Wyniki podano w przeliczeniu na świeżą masę warzywa. Wartości średnie oznaczone w kolumnach odmiennymi inskrypcjami literowymi a, b, c... różnią się między sobą istotnie na poziomie p<0,05; n=6; TE ekwiwalent troloksu; TUI jednostki inhibicji trypsyny. Właściwości przeciwutleniające oznaczono poprzez aktywność zmiatania rodników DPPH i inhibicję rodników OH (tab. I). Aktywność zmiatania rodników DPPH wyrażona jako EC 50 była największa dla kapusty brukselskiej i papryki czerwonej; EC 50 wynosiło odpowiednio: 7,8 mg i 11,9 mg. Najmniejszą aktywność wykazywały: seler, sałata, ogórek i marchew. Podkreślić należy ponadto dużą zdolność
336 J. Borowski i inni Nr 3 inhibicji rodników OH przez soję. Wielu autorów (2, 11) wskazuje na korelacje między zawartością polifenoli i witaminy C a właściwościami przeciwutleniającymi. W naszych badaniach także zaobserwowaliśmy tę zależność. Za aktywność antytrypsynową odpowiedzialne są niskocząsteczkowe frakcje białek, jednakże właściwości takie wykazywać mogą również związki fenolowe (4, 12). Wśród badanych gatunków zdecydowanie największą aktywność inhibicji trypsyny, równą 29,6 TUI/mg wykazywała soja, w następnej kolejności inne strączkowe fasola i groch, co jest potwierdzeniem naszych wcześniejszych badań i innych autorów (13, 14). Najmniejszą aktywność inhibicji stwierdzono dla ogórka i pomidora. WNIOSKI 1. Stwierdzono duże zróżnicowanie w zawartości analizowanych składników i aktywności biologicznej warzyw popularnych gatunków dostępnych na rynku olsztyńskim. 2. Do warzyw wyróżniających się szczególnie dużą zawartością polifenoli, silnymi właściwościami inhibicji rodników OH, ale także dużą aktywnością inhibicji trypsyny należy soja, największą zawartością kwasu askorbinowego oraz dużą aktywnością zmiatania rodników DPPH wyróżniała się papryka czerwona i kapusta brukselska. 3. Przy ocenie jakości żywieniowej warzyw należy uwzględnić fakt, że niektóre z nich jak np. strączkowe, spożywane są dopiero po obróbce termicznej, która obniża zawartość składników odżywczych i ich aktywność biologiczną. J. Borowski, A. Szajdek, E.J. Borowska CHEMICAL PROPERTIES AND BIOLOGICAL ACTIVITY OF VEGETABLES FROM THE OLSZTYN REGION Summary The objective of this study was to analyse 20 vegetable species purchased at on one o Olsztyn markets. The vegetable material was investigated to determine the total content of phenolic compounds, ascorbic acid content and its biological activity in vitro, i.e. DPPH radical scavenging activity, OH radical inhibition activity and trypsin inhibition activity. The values of the investigated parameters were expressed with regard weight fresh vegetable. The obtained results were verified statistically applying one-factorial analysis. The significance of differences at p<0.05 was evaluated by Duncan s test with the use of STA- TISTICA 6.0 software. Marked differences, predominantly significant statistically (p<0.05), were reported for the tested chemical and biological properties of the analysed vegetables. A wide disparity was noted in the total content of phenolic compounds, which ranged from 0.66 mg/100 g in cucumbers to 126.7 mg/100 g in soybeans. Brussel sprouts, red bell peppers and red beets were also characterised by a high polyphenol content. The highest ascorbic acid content was reported for red bell peppers and it reached 128.69 mg/100 g, and the lowest value was found for onions 2.82 mg/100 g. Vegetables with high concentrations of polyphenols and ascorbic acid, such as Brussels sprouts, red bell peppers and red beets, were characterised by the highest DPPH free radical scavenging activity. Soybeans showed the highest capacity of inhibiting OH radicals. Soybeans and the remaining legumes were marked by the highest antitrypsin activity within the
Nr 3 Aktywność biologiczna warzyw 337 range 3.27 TUI/mg 19.58 TUI/mg. However, it should be noted that the above vegetables are most often consumed after thermal treatment, which inactivates trypsin inhibitors to a large extent. PIŚMIENNICTWO 1. Vallejo F., Tomas-Barberán F.A., Garcia-Viguera C.: Potential bioactive cmpounds in health promotion from broccoli cultivars grown in Spain. J. Sci. Food Agric., 2002; 82: 1293-1297. 2. Szajdek A., Borowska E.J.: Właściwości przeciwutleniające żywności pochodzenia roślinnego. Żywność; 2004; 41: 1-24. 3. Singh J., Upadhyay A.K., Prasad K., Bahadur A., Rai M.: Variability of carotenes, vitamin C, E and phenolics in Brassica vegetables. J. Food Compos. Analys., 2007; 20: 106-112. 4. Frank P., Moneret Vautrin D.A., Dousset B., Kanny G., Nabet P., Guénard-Bilbaut L., Parisot L.: The allergenicity of soybean-based products is modified by food technologies. Int. Arch. Allergy Immunol., 2002; 128: 212-219. 5. Grajek W.: Rola przeciwutleniaczy w zmniejszeniu ryzyka wystąpienia nowotworów i chorób układu krążenia. Żywność, 2004; 11: 3-12. 6. Shahidi F., Naczk M.: Methods of analysis and quantification of phenolic compounds. Food phenolics: Sources, Chemistry, Effects and Applications (ed. Shahidi F., Naczk M.), Technomic Publishing Company, Inc., Lancaster, Pennsylvania, U.S.A., 1995; 287-293. 7. PN-90/A-75101/11: Oznaczanie witaminy C. 8. Brand-Williams W., Cuvelier M.E., Berset C.: Use of free radical method to evaluate antioxidant activity. Lebensmittel-Wissenschaft u-technol., 1995; 28: 25-30. 9. Chu Y.H., Chang Ch.L., Hsu H.F.: Flavonoid content of several vegetables and their antioxidant activity. J. Sci. Food Agricult., 2000; 80: 561-566. 10. Kakade M., Rackis J.J., McGhee J.E., Puski G.: Determination of trypsin inhibitor activity of soy products: a collaborative analysis of an improved procedure. Cereal Chem., 1974; 57: 376-382. 11. Horubała A.: Pojemność przeciwutleniająca i jej zmiany w procesach przetwarzania owoców i warzyw. Przem. Ferment. Owoc. Warz., 3: 30-32. 12. Siebert K.J., Troukhanova N.V., Lynn P.Y.: Nature of polyphenol protein interactions. J. Agric. Food Chem., 1996; 44: 90-85. 13. Vollman J., Grausgruber H., Wagen Triste H., Wohleser H., Michele P.: Trypsin inhibitor activity of soybean as affected by genotype and fertilisation. J. Sci. Food Agric., 2003, 83: 1581-1586. 14. Borowska J., Giczewska A., Zadernowski R.: Nutritional value of broad bean seeds. Part 2. Selected biologically active components. Nahrung/Food, 2003; 47: 98-101. Adres: 10-926 Olsztyn, Plac Cieszyński 1