BROMAT. CHEM. TOKSYKOL. XLVII, 214, 3, str. 386 391 Alicja Faron, Iwona Konopka, Małgorzata Tańska, Agnieszka Swędrak ZASTOSOWANIE TESTU RANCIMAT DO BADANIA POTENCJAŁU PRZECIWUTLENIAJĄCEGO EKSTRAKTÓW METANOLOWYCH UZYSKANYCH Z MĄKI, CIASTA I PIECZYWA PSZENNEGO ORAZ ŻYTNIEGO Katedra Przetwórstwa i Chemii Surowców Roślinnych Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie Kierownik: prof. dr hab. E.J. Borowska Badano potencjał przeciwutleniający frakcji wyekstrahowanej 8% metanolem z różnych typów mąki, ciasta i pieczywa. Oceniono zawartość związków reagujących z odczynnikiem Folina-Ciocalteu (ZFC) oraz hamowanie przez te ekstrakty utleniania oleju rzepakowego. Produkty z pełnego przemiału i fermentowane na zakwasie były bogatszym źródłem ZFC. Produkty żytnie zawierały istotnie więcej ZFC, jednak słabiej hamowały utlenianie oleju. Hasła kluczowe: związki fenolowe, potencjał przeciwutleniający, pszenica, żyto Key words: phenolic compounds, antioxidant potential, wheat, rye Zawartość polifenoli w ziarnie zbóż jest wypadkową wpływu cech genetycznych i środowiskowych. Technologia przemiału ziarna określa natomiast typ mąki, silnie skorelowany z zawartością polifenoli (1, 2). Związki fenolowe mają różnorodne właściwości funkcjonalne (3), jednak ich oddziaływanie fizjologiczne zależy od biodostępności z przewodu pokarmowego (4). Cechę tę można modyfikować przez sposób fermentacji ciasta (5-7). Związki fenolowe są uznane za skuteczne antyoksydanty w warunkach in vitro. Ze względu na polarny charakter chronią głównie układy hydrofilne (8, 9). Tylko ich część wykazuje powinowactwo do fazy hydrofobowej. Takim związkiem jest np. canolol, który jest produktem dekarboksylacji kwasu sinapowego (1). Lipofilne frakcje polifenoli można syntezować na drodze enzymatycznej lub chemicznej (11). Celem przeprowadzonych badań było określenie wpływu związków obecnych w ekstraktach metanolowych z różnych typów mąki, ciasta i gotowego pieczywa na hamowanie procesu utlenienia oleju rzepakowego z wykorzystaniem aparatu Rancimat.
Nr 3 Zastosowanie testu Rancimat do badania potencjału przeciwutleniającego 387 MATERIAŁ I METODY Materiałem badań były mąki: pszenna (typ 2 i 65) i żytnia (typ 2 i 72). Ciasto sporządzono przy użyciu drożdży Saccharomyces cerevisiae lub kultury starterowej LV1 SAF Levain. Składniki zakwasu fermentowano 24 h w temp. 22 ± 1 C. Następnie przygotowano ciasto ( i na zakwasie) i poddano 2 h (3 C) rozrostowi końcowemu i wypiekowi (temp. 23 C, czas 25 min). Ciasto po fermentacji oraz ręcznie oddzieloną skórkę i miękisz pieczywa zliofilizowano. Mąki i liofilizaty poddano 3-krotnej ekstrakcji 8% metanolem. Próbki wytrząsano z wykorzystaniem Termomiksera Eppendorff (14 obr/min, 1 min, 3 C), a następnie wirowano (16 obr/min, 1 min) i zagęszczono do sucha. Przygotowane ekstrakty posłużyły do oznaczenia związków reagujących z odczynnikiem Folina-Ciocalteu (ZFC) oraz ich wpływu na utlenianie oleju rzepakowego w teście Rancimat. ZFC oznaczono spektrofotometrycznie przy l=72 nm w spektrofotometrze UNICAM UV/Vis UV2, a wyniki wyrażono w mg kwasu ferulowego /g s.m. Test hamowania utleniania oleju przez badane ekstrakty wykonano przy użyciu aparatu Rancimat. Ekstrakty rozpuszczono w 1 ml metanolu, po czym,8 ml uzyskanego roztworu dodawano do 2,5 g oleju rzepakowego i prowadzono utlenianie w temp. 11 C. Wyniki wyrażono jako czas indukcji utleniania oleju rzepakowego. Wyniki opracowano przy użyciu programu STATISTICA 1 PL wykorzystując analizę wariancji (p,5) z testami post-hoc Duncana. WYNIKI I ICH OMÓWIENIE Zmienność zawartości ZFC między produktami była bardzo duża i mieściła się w przedziale wartości od 45 μg kwasu ferulowego/g s.m. w mące pszennej j do 15 μg kwasu ferulowego/g s.m. w skórce pieczywa żytniego go na zakwasie (tab. I.). Tak duża różnica stężeń może wynikać z przemian hydrolitycznych zachodzących pod wpływem enzymów mąki i/lub mikroflory oraz zmian kwasowości środowiska. Z odczynnikiem Folina-Ciocalteu reagują również związki, które nie mają charakteru polifenoli (12). W przypadku badanych próbek odczynnik ten mógł ulegać redukcji np. pod wpływem rozpuszczalnych w 8% metanolu cukrów, amin aromatycznych i białek. Pierwotne wyniki badań pogrupowano w zależności od typu mąki (wyciągowa, razowa), gatunku zboża (pszenica, żyto) i rodzaju fermentacji (, na zakwasie). Wypadkowe wartości (ryc. 1) pozwoliły na zaobserwowanie podstawowych zależności między tymi wariantami. Stwierdzono, że produkty z mąki j zawierały przeciętnie ok. 2 razy więcej tych związków niż produkty z mąki j (ryc. 1a). Wyższą zawartość ZFC (średnio o 42%) stwierdzono w produktach
388 A. Faron i inni Nr 3 Tabela I. Zawartość ZFC w produktach zbożowych i ich potencjał przeciwutleniający Tabel I. Content and antioxidant potential of Folin-Ciocalteu reactive compounds in cereal products Charakterystyka próbek Ogólna zawartość ZFC [μg kwasu ferulowego/g s.m.] Czas indukcji [h] ± S.D. ± S.D. mąka 45 ± 1, a 9,6 ±,2 agm ciasto 87 ± 1, ad 9,9 ±, b miękisz 185 ±, bc 9,2 ±, c skórka 226 ± 2, cem 9,5 ±,5 ag ciasto 13 ± 3, d 1,2 ±,3 df pszenne na zakwasie miękisz 277 ± 7,1 ein 8,9 ±,5 el skórka 44 ± 4,7 f 1,4 ±,7 fł mąka 163 ± 7,2 b 1,1 ±,6 d ciasto 244 ± 7,9 emn 9,9 ±, b miękisz 449 ± 3,7 f 9,6 ±,1 gm skórka 478 ± 2,3 f 1,1 ±,3 d ciasto 275 ± 12,8 ein 11,1 ±,9 h na zakwasie miękisz 584 ± 2, g 1,1 ±,4 d skórka 736 ± 2,2 h 1,7 ±,5 i mąka 185 ±,2 bc 9,7 ±,5 bm ciasto 256 ± 2, eimn 8,1 ±,16 j miękisz 35 ± 4,2 i 8,7 ±, e skórka 364 ± 13,8 j 8,2 ±,9 j ciasto 285 ± 2,4 in 8,2 ±,4 j na zakwasie miękisz 48 ± 19,2 f 8,4 ±,11 k żytnie skórka 83 ± 2,2 k 8,9 ±,1 ln mąka 211 ± 8,8 bcm 9,8 ±,4 b ciasto 65 ± 9,3 g 1,5 ±,49 ł miękisz 72 ± 13,6 h 9,11 ±,9 cn skórka 56 ± 11,1 g 9,4 ±,1 a ciasto 796 ± 12,2 k 1,2 ±,1 df na zakwasie miękisz 927 ± 26,l 9,8 ±,5 b skórka 15 ± 28,5 ł 1,4 ±,7 ł a, b, c, wartości średnie oznaczone tymi samymi literami nie różnią się istotnie (p,5) a, b, c, mean values denoted with specific letters do not differ significantly (p.5) żytnich w porównaniu z produktami pszennymi (ryc. 1b), przy czym najmniejszą ich zawartością charakteryzowały się mąki, a najwyższą skórki pieczywa (tab. II). Produkty fermentowane na zakwasie były o ok. 43% bardziej zasobne w ZFC niż produkty fermentowane z udziałem drożdży (ryc. 1c).
Nr 3 Zastosowanie testu Rancimat do badania potencjału przeciwutleniającego 389 Zawartość ZFC [μg/g s.m.] 1 8 6 4 2 289 556 Typ mąki a Zawartość ZFC [μg/g s.m.] 1 8 6 4 2 311 Oznaczona zawartość polifenoli w mące i pieczywie jest zbliżona do podawanej przez innych autorów (1, 13), a ich wzrost w trakcie procesu produkcyjnego jest skutkiem rozpadu ich nierozpuszczalnych kompleksów z polisacharydami ściany komórkowej (5). Potencjał przeciwutleniający ekstraktów metanolowych z produktów zbożowych Wyniki testu Rancimat wskazały na hamujące działanie ZFC na utlenianie oleju rzepakowego (tab. I., ryc. 2). Dodatek ekstraktów metanolowych wydłużał czas indukcji średnio o 1,5% dla produktów z mąki jasnej i o 17,1% dla produktów z mąki j względem czasu indukcji kontrolnego oleju, równego 8,73 h. Ekstrakty z produktów żytnich wydłużyły czas indukcji średnio o ok.,5 h, co było wynikiem o 7% niższym niż dla ekstraktów z produktów pszennych. Zaobserwowano, że spośród grupy produktów żytnich, jedynie ekstrakty z produktów razowych działały ochronnie, wydłużając czas indukcji o ok. 13%, natomiast ekstrakty z produktów z mąki j skróciły czas indukcji o 1,4%. 537 pszenne żytnie Rodzaj zboża na zakwasie Fermentacja Ryc. 1. Zawartość ZFC w produktach: z mąki j i j (a), pszennych i żytnich (b) oraz fermentowanych i zakwasie (c) Fig. 1. ZFC content in products produced with extract and wholemeal flours (a), in wheat and rye products (b), and in yeast and sourdough fermented products (c) b Zawartość ZFC [μg/g s.m.] 1 8 6 4 2 32 563 c 12 1 9,14 1,2 a 12 b 12 c 9,92 9,78 9,21 9,46 1 1 Czas indukcji [h] 8 6 4 2 Czas indukcji [h] 8 6 4 2 Czas indukcji [h] 8 6 4 2 Typ mąki pszenne żytnie Rodzaj zboża na zakwasie Fermentacja Ryc. 2. Czas indukcji utleniania oleju rzepakowego pod wpływem ekstraktów z produktów z mąki j i j (a), produktów pszennych i żytnich (b) i produktów fermentowanych i zakwasie (c) (h) Fig. 2. Induction time for rapeseed oil oxidation with extracts of products produced with extract and wholemeal flour (a), extracts of wheat and rye products (b), and extracts ofyeast and sourdough fermented products (c) (h)
39 A. Faron i inni Nr 3 Potencjał przeciwutleniający pieczywa zależy głównie od użytego surowca (rodzaj zboża, typ mąki). Badania innych autorów wskazują także na wzrost ilości związków fenolowych i potencjału przeciwutleniającego podczas fermentacji i obróbki hydrotermicznej towarzyszącej produkcji pieczywa (1). Przemiany, jakim ulegają wówczas cząsteczki związków fenolowych, są jednak złożone, a ich ilość nie zawsze koreluje z pojemnością przeciwutleniającą. Sivam i współpr. (14) podają na przykład, że skład antyoksydantów w produktach piekarskich i ich właściwości przeciwutleniające mogą zależeć od natury związków naturalnie występujących w surowcach piekarskich, od zastosowanych dodatków zawierających polifenole, a także pośrednich oraz nowo powstających produktów reakcji rozpadu i kompleksowania, indukowanych termicznie. WNIOSKI 1. W kolejnych etapach produkcji pieczywa uwalniane są związki reagujące z odczynnikiem Folina-Ciocalteau. Wskazuje to, że zastosowanie fermentacji ciasta, zwłaszcza na zakwasie, może wzbogacić pieczywo w polifenole o wyższej biodostępności. 2. Pieczywo i produkowane na zakwasie wydłuża czas indukcji oleju rzepakowego w teście przyspieszonego utleniania średnio o ok. 15%. A. Faron, I. Konopka, M. Tańska, A. Swędrak RANCIMAT TEST APPLIED TO EXAMINING ANTIOXIDANT POTENTIAL OF THE METHANOL EXTRACTS OBTAINED FROM WHEAT AND RYE FLOUR, DOUGH AND BREAD Summary The antioxidant potential of cereal flour, dough and bread was investigated. The antioxidant potential of the fraction extracted with 8% methanol was evaluated by determining the Folin-Ciocalteu reactive compounds (ZFC) and using the extracts such as rapeseed oil oxidation inhibitors in the Rancimat test. Wholemeal products and sourdough fermented ones were found to be the richest source of ZFC. It was also observed that rye products contain significantly higher amounts of ZFC, whereas their antioxidant potential is lower than the one for wheat products. PIŚMIENNICTWO 1. Klepacka J., Fornal Ł.: Określenie zależności między zawartością wybranych związków fenolowych a wartością przemiałową ziarna pszenicy. ZNTJ., 28; 6(61): 55-64. 2. Zieliński H., Achremowicz B., Przygodzka M.: Przeciwutleniacze ziarniaków zbóż. ZNTJ, 212; 1(8): 5-26. 3. Liu R.H.: Whole grain phytochemicals and health. J. Cereal Sci., 27; 46: 27-219. 4. Miniati E.: Polyphenols
Nr 3 Zastosowanie testu Rancimat do badania potencjału przeciwutleniającego 391 in human health: biological effects, mechanisms of action and disease prevention. Ann. Ist. Super. Sanita, 27; 43(4): 362-368. 5. Dewettinck K., Van Bockstaele F., Kühne B., Van de Walle D., Courtens T.M., Gellynck X.: Nutritional value of bread: Influence of processing, food interaction and consumer perception. J. Cereal. Sci., 28; 48(2): 243-257. 6. Konopka I., Faron A., Tańska M.: Badanie wpływu fermentacji mlekowej i kiełkowania na uwalnianie związków fenolowych z połączeń nierozpuszczalnych w ziarnie zbóż. Bromat. Chem. Toksykol., 212; 45(3): 75-71. 7. Konopka I., Tańska M., Faron A., Czaplicki S.: Release of free ferulic acid and changes in antioxidant properties during the wheat and rye bread making process. Food Sci. Biotechnol., 214; doi:1.17/s168-14-. 8. Adom K.K., Liu R.H.: Rapid peroxyl radical scavenging capacity (PSC) assay for assessing both hydrophilic and lipophilic antioxidants. J. Agric. Food Chem., 25; 53(17): 6572-658. 9. Alvarez-Jubete L., Wijngaard H., Arendt E.K., Gallagher E.: Polyphenol composition and in vitro antioxidant activity of amaranth, quinoa buckwheat and wheat as affected by sprouting and baking. Food Chem., 21; 119(2): 77-778. 1. Galano A., Francisco-Márquez M., Alvarez-Idaboy J.R.: Canolol: A promising chemical agent against oxidative stress. J. Phys. Chem., 211; 115(26): 859-8596. 11. Reddy K.K., Shanker K.S., Ravinder T., Prasad R.B.N., Kanjilal S.: Chemo-enzymatic synthesis and evaluation of novel structured phenolic lipids as potential lipophilic antioxidants. Eur. J. Lipid Sci. Technol., 21; 112(5): 6-68. 12. Everette J.D., Bryant Q.M., Green A.M., Abbey Y.A., Wangila G.W., Walker R.B.: Thorough study of reactivity of various compound classes toward the Folin Ciocalteu reagent. J. Agric. Food Chem. 21; 58: 8139-8144. 13. Moore J., Hao Z., Zhou K., Luther M., Costa J., Yu L.: Carotenoid, tocopherol, phenolic acid and antioxidant properties of Maryland-grown soft wheat. J. Agric. Food Chem., 25; 53: 6649-6657. 14. Sivam A.S., Sun-Waterhouse D., Quek S.Y., Perera C.O.: Properties of bread dough with added fiber polysaccharides and phenolic antioxidants: A Review. J. Food Sci., 21; 75(8): 163-174. Adres: 1-957 Olsztyn, Pl. Cieszyński 1.