Rośliny w medycynie, farmacji i przemyśle
advertisement
Rośliny w medycynie, farmacji i przemyśle Rośliny w medycynie, farmacji i przemyśle Redakcja: Monika Maciąg Marcin Szklarczyk Lublin 2016 Recenzenci: dr hab. Teresa Gardocka, prof. SWPS dr hab. Agata Wawrzyniak, prof. nadzw. SGGW dr Marcin Grąz dr inż. Wioletta Krawczyńska dr Renata Matraszek dr Marta Olech dr Aleksandra Seta-Koselska dr inż. Katarzyna Sobecka Wszystkie opublikowane rozdziały otrzymały pozytywne recenzje. Skład i łamanie: Ilona Żuchowska Projekt okładki: Marcin Szklarczyk © Copyright by Wydawnictwo Naukowe TYGIEL sp. z o. o. ISBN 978-83-65598-38-7 Wydawca: Wydawnictwo Naukowe TYGIEL sp. z o. o. ul. Głowackiego 35/341, 20-060 Lublin http://www.wydawnictwo-tygiel.pl Spis treści Joanna Ryczek Tradycyjny produkt leczniczy roślinny w polskiej przestrzeni prawnej ........................... 7 Katarzyna Olesińska, Danuta Sugier, Katarzyna Luchowska Znaczenie gospodarcze roślin leczniczych ....................................................................... 17 Monika Janeczko Emodyna – naturalny antrachinon o aktywności przeciwnowotworowej i przeciwzapalnej ............................................................................................................... 33 Joanna Harasym, Jacek Wilczak, Joanna Gromadzka-Ostrowska β-glukan z owsa – właściwości immunostymulujące, przeciwzapalne, prebiotyczne i przeciwnowotworowe oraz charakterystyka metod jego wyodrębniania i ich wpływu na właściwości fizykochemiczne i charakterystykę aktywności ...................................... 49 Ludmiła Bogacz-Radomska, Joanna Harasym Karotenoidy roślinne – aktywność, rodzaje i metody pozyskiwania............................... 67 Remigiusz Olędzki, Joanna Harasym Antocyjany w medycynie, farmacji i przemyśle ............................................................... 85 Natalia Stefanik, Hanna Hüpsch-Marzec, Rafał Wiench Zastosowanie preparatów pochodzenia roślinnego w chorobach przyzębia i błony śluzowej jamy ustnej........................................................................................................100 Aleksandra Sentkowska, Paulina Dróżdż, Krystyna Pyrzyńska Napary ziołowe jako źródło związków polifenolowych.................................................111 Agnieszka Synowiec-Wojtarowicz, Magdalena Kimsa-Dudek, Marcin Szczesio, Magdalena Piętak, Aleksandra Sklarek, Barbara Woźniak, Maria Zawadzka Wpływ substancji słodzących na właściwości antyoksydacyjne wybranych napojów.134 Agata Jaśkowiec, Marta Krajewska, Agnieszka Starek Trwałość olejów tłoczonych na zimno ............................................................................148 Indeks autorów.................................................................................................................161 Joanna Ryczek1 Tradycyjny produkt leczniczy roślinny w polskiej przestrzeni prawnej 1. Wstęp Produkty lecznicze pochodzenia roślinnego stanowią fundament dzisiejszego przemysłu farmaceutycznego. Niegdyś, w przypadku choroby, szukano dostępnych rozwiązań w celu złagodzeniu konkretnych dolegliwości. Szybko dostrzeżono, że pewne rośliny cechują się właściwościami leczniczymi i przynoszą ulgę w różnych chorobach. Wykształcił się fach zielarzy, przygotowujących mieszanki roślinne, które pełniły funkcję obecnych leków. Wraz z rozwojem nauki, rozpoczęto badania nad poszczególnymi substancjami chemicznymi, które przyczyniły się do ogromnego rozwoju sektora farmaceutycznego. Obecnie będąc chorym, nie wybieramy się na poszukiwanie idealnej mieszanki roślinnej, lecz korzystamy z dobrodziejstwa rozwoju nauki. Roślinne produkty lecznicze nie odeszły całkowicie w zapomnienie i wciąż są obecne na rynku farmaceutycznym. Prawodawca przez wiele lat zdawał się nie dostrzegać specyfiki tej kategorii produktów leczniczych, czego skutkiem było traktowanie ich jak każdego innego leku. Tymczasem poddawanie ich zwykłej procedurze było częstokroć znacznie utrudnione, jeśli nie niemożliwe. Złożoność składu tych produktów (zarówno substancje jak i przetwory roślinne np. wyciągi) skutkuje tym, że są one w istocie skomplikowanymi mieszaninami grup związków chemicznych, co znacząco utrudnia kontrolę jakości na poziomie stosowanym wobec substancji chemicznych. Występować mogą liczne problemy z wyselekcjonowaniem i oznaczaniem zawartości konkretnej substancji. Możliwość dokumentowania jakości pod kątem analizy składu, zawartości i zanieczyszczeń w stosunku do tych produktów jest ograniczona [1]. W przypadku leków powstających w sposób konwencjonalny, na bazie substancji czynnych opracowywanych w laboratorium, ich jakość jest standaryzowana. Natomiast w przypadku roślinnych produktów leczniczych, jest ona związana z procesem uprawy i zbioru roślin (ewentualne zanieczyszczenia metalami ciężkimi, pestycydami itd.). Ponadto występuje w ich przypadku zwiększone, w porównaniu do substancji syntetycznych, ryzyko zanieczyszczeń mikrobiologicznych i wynikających z tego dodatkowych zanieczyszczeń takich jak np. mikotoksyny, co wymaga dodatkowego dokumentowania [1]. Do częstych zaliczają się także problemy związane z określeniem substancji odpowiadającej za działanie takiego leku oraz z jej oznaczeniem w materiałach 1 [email protected], Zakład Prawa Cywilnego i Prawa Prywatnego Międzynarodowego, Wydział Prawa, Administracji i Ekonomii, Uniwersytet Wrocławski, www.prawo.uni.wroc.pl 7 Joanna Ryczek biologicznych. Skutkiem tego jest znaczne zmniejszenie liczby danych farmakokinetycznych, przez co niemożliwe jest istnienie generyków tych leków w formie znanej z leków syntetycznych [1]. Mając na uwadze powyższe okoliczności, ustawodawca zdecydował się wprowadzić nową kategorię – tradycyjnego produktu leczniczego roślinnego. Prawne wyodrębnienie tego pojęcia nastąpiło na mocy zmiany dyrektywy 2001/83/WE z dnia 6 listopada 2001 r. w sprawie wspólnotowego kodeksu odnoszącego się do produktów leczniczych stosowanych u ludzi. Polska implementowała powyższą dyrektywę, wprowadzając do treści ustawy z dnia 6 września 2001 r. – Prawo farmaceutyczne (PrFarm) art. 20a oraz art. 20b. Niniejszy artykuł ma stanowić opracowanie przeglądowe zagadnienia tradycyjnego produktu leczniczego roślinnego na tle polskiej regulacji prawnej, z uwzględnieniem norm prawa unijnego oraz wskazaniem jego specyfiki w odniesieniu do ogólnego pojęcia produktu leczniczego. 2. Pojęcie Na pytanie czym jest tradycyjny roślinny produkt leczniczy, odpowiedź przynosi art. 20a ust. 1 PrFarm. Zgodnie z jego treścią, tradycyjnym produktem leczniczym roślinnym jest produkt leczniczy, który łącznie spełnia następujące wymogi: ma wskazania właściwe wyłącznie dla tradycyjnego produktu leczniczego roślinnego, z uwagi na jego skład i przeznaczenie, może być stosowany bez nadzoru lekarza w celach leczniczych, diagnostycznych lub monitorowania terapii oraz spełnia kryteria produktu leczniczego wydawanego bez przepisu lekarza; jest przeznaczony do stosowania wyłącznie w określonej mocy i sposobie dawkowania; jest przeznaczony wyłącznie do stosowania doustnego, zewnętrznego lub inhalacji; pozostawał w tradycyjnym stosowaniu w okresie co najmniej 30 lat poprzedzających datę złożenia wniosku, w tym co najmniej 15 lat w państwie członkowskim Unii Europejskiej lub państwie członkowskim Europejskiego Porozumienia o Wolnym Handlu (EFTA) – stronie umowy o Europejskim Obszarze Gospodarczym; posiada wystarczające dane dotyczące tradycyjnego zastosowania, w szczególności bezpieczeństwa stosowania w określonej mocy i dawce, a ich wystarczające działanie farmakologiczne i skuteczność są stwierdzone na podstawie długotrwałego stosowania i doświadczenia w lecznictwie. Odnosząc się do poszczególnych wymogów stawianych tradycyjnemu produktowi leczniczemu roślinnemu, należy poczynić kilka uwag. Kategoria tradycyjnych produktów leczniczych roślinnych obejmuje wyłącznie produkty dostępne na rynku bez potrzeby uzyskania recepty lekarskiej. Lek, który 8 Tradycyjny produkt leczniczy roślinny w polskiej przestrzeni prawnej w swoim składzie zawiera wyłącznie składniki roślinne, jednakże nie jest możliwe zakwalifikowanie go do kategorii OTC, nie może uzyskać statusu tradycyjnego produktu leczniczego roślinnego. Tradycyjny produkt leczniczy roślinny może być podawany wyłącznie w sposób, określony w art. 20a ust. 1 pkt 3 PrFarm. Z brzmienia tego przepisu wynika, że ustawodawca wyłączył możliwość uznania za tradycyjny produkt leczniczy roślinny leku podawanego w formie zastrzyku. Ustawa określa precyzyjne wymogi dotyczące okresu, przez jaki produkt leczniczy musi być stosowany na terytorium państw członkowskich UE lub EOG, aby mógł zostać zakwalifikowany jako tradycyjny produkt leczniczy roślinny. Natomiast, jeśli wniosek o dopuszczenie do obrotu tradycyjnego produktu leczniczego roślinnego w państwach członkowskich UE lub EOG obejmuje produkt, który nie może wykazać się tamże 15-letnim okresem stosowania, wówczas Prezes URPL obowiązany zwrócić się o pomoc do Komitetu ds. Roślinnych Produktów Leczniczych Europejskiej Agencji Leków (EAP). Wówczas to EAP bada dokumentację takiego produktu analizując, czy są spełnione wymogi konieczne do uznania produktu za tradycyjny produkt leczniczy roślinny (art. 20b ust. 2 PrFarm). Ponadto, wymóg 30-letniego stosowania zostaje uznany za spełniony nawet jeśli w tym okresie doszło do zmniejszenia liczby składników roślinnego produktu leczniczego lub ich zawartości (art. 20b ust. 1 PrFarm). Tradycyjny produkt leczniczy roślinny nie straci swego statusu w sytuacji, gdy jego skład zostanie wzbogacony o dodatek składników mineralnych i witamin o potwierdzonym bezpieczeństwie stosowania w danym składzie. Warunkiem jest, aby taki składnik nie dominował nad składnikiem roślinnym. Brak jest wskazania ustawodawcy, co oznacza dominacja w tym kontekście – czy chodzi o skład jakościowy czy ilościowy. W mojej opinii, ze względów funkcjonalnych, należy brać pod uwagę skład jakościowy. Zatem nawet niewielki dodatek takiego składnika, który w sposób znaczny zmieniałyby działanie produktu leczniczego powinien dyskwalifikować go w procedurze uzyskania statusu tradycyjnego leczniczego produktu roślinnego. 2.1. Produkt odpowiadający Pojęciem odrębnym, wymagającym ścisłej interpretacji w połączeniu z pojęciem roślinnego tradycyjnego produktu leczniczego jest kategoria produktu odpowiadającego. Jego definicję znajdziemy w art. 20a ust. 9 PrFarm. Zgodnie z jej brzmieniem, jest to tradycyjny produkt leczniczy roślinny zawierający te same substancje roślinne lub przetwory roślinne, niezależnie od zastosowanych substancji pomocniczych, posiadający to samo lub podobne zamierzone zastosowanie, równoważną moc i dawkę oraz tę samą lub podobną drogę podania jak tradycyjny produkt leczniczy roślinny, będący przedmiotem wniosku o dopuszczenie do obrotu. Widoczna jest analogia do definicji odpowiednika referencyjnego produktu leczniczego, jednakże nie można tych pojęć utożsamiać. Pojęcie produktu odpowiadającego należy wiązać jedynie z tradycyjnym produktem leczniczym roślinnym i rozumieć jako swoisty generyk tej kategorii leków. 9 Joanna Ryczek Za produkt odpowiadający należy uznać produkt spełniający przede wszystkim wymienione kryteria w odniesieniu do tradycyjnego produktu leczniczego roślinnego, który jest w trakcie procedury uzyskania zezwolenia na dopuszczenie do obrotu [2]. W doktrynie wskazuje się na brak precyzji sformułowania ustawowego w tym zakresie, ponieważ wskazuje ono jedynie lek objęty wnioskiem w trybie art. 20a PrFarm. Skutkiem takiego sformułowania będzie sytuacja utraty przez lek odpowiadający swego statusu, gdy lek „referencyjny” nie jest już tym wnioskiem objęty. Taka sytuacja będzie miała miejsce m.in. wówczas, gdy tradycyjny produkt leczniczy roślinny uzyska zgodę na dopuszczenie do obrotu albo zgłoszony produkt nie uzyska zgody na dopuszczenie do obrotu, czy też wnioskodawca wycofa swój wniosek w przedmiocie dopuszczenia do obrotu produktu leczniczego [2]. Omawiana niedokładność jest szczególnie widoczna w pierwszej z powoływanych sytuacji. Wydaje się, że dokonując wykładni tego przepisu należy mimo wszystko odwoływać się do ducha prawa, niż do jego literalnego brzmienia. Uważam, że należy uznać, że produktem odpowiadającym będzie nie tylko lek odwołujący się do produktu będącego w trakcie procedury rejestracyjnej, ale także odwołujący się do produktu, który już takową zgodę na dopuszczenie do obrotu uzyskał. 2.2. Tradycyjny produkt leczniczy roślinny a substancja o ugruntowanym zastosowaniu medycznym Pojęcie tradycyjnego roślinnego produktu roślinnego należy odróżnić od uregulowanego w art. 16 PrFarm produktu leczniczego zawierającego w składzie substancję czynną o ugruntowanym zastosowaniu medycznym. Za substancję o ugruntowanym zastosowaniu medycznym uznaje się substancję czynną stosowaną na terytorium UE lub państwa członkowskiego EFTA – strony umowy o EOG przez okres co najmniej 10 lat, licząc od pierwszego systematycznego i udokumentowanego zastosowania tej substancji w produkcie leczniczym oraz posiadającą uznaną skuteczność i akceptowalny poziom bezpieczeństwa. Podmiot odpowiedzialny chcący uzyskać decyzję zezwalającą na dopuszczenie do obrotu produktu leczniczego zawierającego tego typu substancję nie jest obowiązany do przedstawienia wyników badań nieklinicznych lub klinicznych, ponieważ są one zastępowane lub uzupełniane publikacjami z piśmiennictwa naukowego. Różnica pomiędzy tymi pojęciami wyraża się w tym, ze tradycyjne produkty roślinne mogą zostać dopuszczone do obrotu pomimo braku pełnych danych literaturowych odnośnie do ich skuteczności i bezpieczeństwa [3]. Tymczasem w odniesieniu do substancji o ugruntowanym zastosowaniu dostępny jest komplet wymaganych informacji, a jedynie ze względu na wieloletnie stosowanie ustawodawca rezygnuje z konieczności przedstawiania pełnej dokumentacji odnośnie badań. Ponadto, substancją o ugruntowanym zastosowaniu medycznym może być każda substancja czynna, nie tylko o pochodzeniu roślinnym. Brak jest w stosunku do niej także ograniczenia do kategorii OTC. 10 Tradycyjny produkt leczniczy roślinny w polskiej przestrzeni prawnej 2.3. Suplement diety Od pojęcia roślinnego produktu leczniczego należy także odróżnić pojęcie suplementu diety, który jest środkiem spożywczym i jako taki nie jest objęty procedurą dopuszczenia do obrotu regulowaną przez Prawo farmaceutyczne. Sytuacja prawna suplementów diety regulowana jest ustawą z dnia 25 sierpnia 2006 r. o bezpieczeństwie żywności i żywienia. Zgodnie z art. 3 ust. 3 pkt 39 ustawy o bezpieczeństwie żywności i żywienia, suplementem diety jest środek spożywczy, którego celem jest uzupełnienie normalnej diety, będący skoncentrowanym źródłem witamin lub składników mineralnych lub innych substancji wykazujących efekt odżywczy lub inny fizjologiczny, pojedynczych lub złożonych, wprowadzany do obrotu w formie umożliwiającej dawkowanie, w postaci: kapsułek, tabletek, drażetek i w innych podobnych postaciach, saszetek z proszkiem, ampułek z płynem, butelek z kroplomierzem i w innych podobnych postaciach płynów i proszków przeznaczonych do spożywania w małych, odmierzonych ilościach jednostkowych, z wyłączeniem produktów posiadających właściwości produktu leczniczego w rozumieniu przepisów prawa farmaceutycznego. Najbardziej widoczną różnicą jest brak leczniczego działania suplementów diety. Ich zadaniem jest jedynie uzupełnienie codziennej diety o wskazane witaminy bądź minerały. Tak sformułowana definicja suplementu diety wyraźnie oddziela go od pojęcia produktu leczniczego jakiegokolwiek, a zatem także i tradycyjnego produktu leczniczego roślinnego. Należy także wskazać, że suplement diety nie jest poddawany procedurze właściwej dla produktów leczniczych, nawet tak uproszczonej jak tradycyjny produkt leczniczy roślinny. Organem decyzyjnym w kwestii wprowadzenia go do obrotu jest Główny Inspektor Sanitarny i urzędy mu podległe. 2.4. Produkt leczniczy a tradycyjny produkt leczniczy roślinny Jaka jest zatem relacja pomiędzy produktem leczniczym a roślinnym tradycyjnym produktem leczniczym? Zgodnie z art. 2 pkt 32 PrFarm, produktem leczniczym jest substancja lub mieszanina substancji, przedstawiana jako posiadająca właściwości zapobiegania lub leczenia chorób występujących u ludzi lub zwierząt lub podawana w celu postawienia diagnozy lub w celu przywrócenia, poprawienia lub modyfikacji fizjologicznych funkcji organizmu poprzez działanie farmakologiczne, immunologiczne lub metaboliczne. Już na pierwszy rzut oka widać, że pojęcie roślinnego tradycyjnego produktu leczniczego jest zdecydowanie węższe od pojęcia produktu leczniczego. Nie ma w odniesieniu do niego ograniczenia co do wskazań, mocy, postaci czy wskazania okresu, przez który produkt leczniczy musiał być stosowany. 11 Joanna Ryczek Z racji takiej relacji pomiędzy powyższymi pojęciami uważam, że wszelkie regulacje dotyczące tradycyjnych roślinnych produktów leczniczych, jako szczególne i wyjątkowe, powinny być interpretowane ściśle i w powiązaniu z ich specyfiką. 3. Procedura dopuszczenia do obrotu Konsekwencją wyodrębnienia kategorii roślinnego tradycyjnego produktu leczniczego było przyznanie im możliwości uzyskania rejestracji w ramach specyficznej procedury uproszczonej [2]. Procedura uregulowana w art. 20a PrFarm nie znajduje zastosowania w każdym przypadku. Stosuje się ją jedynie pomocniczo, jeśli w stosunku do danego produktu nie można zastosować procedury dopuszczenia do obrotu na podstawie pełnej dokumentacji (art. 10 PrFarm) lub procedury właściwej dla homeopatycznych produktów leczniczych (art. 21 PrFarm) [3]. Należy podkreślić, że dopiero w sytuacji, gdy nie jest możliwe zastosowanie w stosunku do produktu leczniczego zwykłej procedury dopuszczenia do obrotu bądź procedury właściwej dla leków homeopatycznych, można odwołać się do tej szczególnej procedury uproszczonej. Powody, dla których zastosowanie tych procedur okazać się może niemożliwe wynikają przede wszystkim ze specyfiki roślinnych substancji czynnych, które nie zawsze są i mogą zostać szczegółowo zbadane, a ich jakości nie można standaryzować ze względu na czynniki środowiskowe towarzyszące ich wzrostowi. Jednakże mając na uwadze ich długotrwałe stosowanie w określonej formie, brak jest zagrożenia dla zdrowia i życia pacjentów. Ponadto, w obliczu długotrwałego i utrwalonego stosowania, dokonywanie tego rodzaju badań, nierzadko bardzo kosztownych, jest zwyczajnie nieopłacalne. W czym wyraża się uproszczony charakter procedury ujętej w tym przepisie? W stosunku do tradycyjnych roślinnych produktów leczniczych, które nie mogą skorzystać z procedur uregulowanych w art. 10 i art. 21 PrFarm, ograniczono ilość dokumentów, które powinno się przedłożyć. Zamiast wyników badań, wystarczające jest złożenie streszczenia i sprawozdania z badań farmaceutycznych (fizykochemicznych, biologicznych lub mikrobiologicznych), a jednocześnie brak jest obowiązku przedłożenia dokumentacji z badań klinicznych oraz nieklinicznych (farmakologicznych i toksykologicznych) [2]. Zamiast tego, na wnioskodawcę nałożono obowiązek załączenia danych z piśmiennictwa, względnie pisemnych opinii eksperckich potwierdzających stosowanie leku objętego wnioskiem w celach leczniczych przez okres co najmniej 30 lat poprzedzających datę złożenia wniosku, w tym okres 15-letniego stosowania w państwie członkowskim UE lub EOG [2]. W odniesieniu do produktu, będącego mieszaniną substancji lub przetworów roślinnych powyższe opinie lub informacje powinny dotyczyć tej mieszaniny. Natomiast, jeśli brak jest wystarczających informacji na temat tych substancji lub przetworów, wówczas informacje lub opinie powinny odnosić się do ich składników [2]. 12 Tradycyjny produkt leczniczy roślinny w polskiej przestrzeni prawnej Ustawodawca nie zwolnił wnioskodawcy od obowiązku przedłożenia projektu Charakterystyki Produktu Leczniczego, jednakże bez konieczności wskazywania danych klinicznych. Prezes URPL może zażądać od wnioskodawcy przedstawienia do oceny danych dotyczących bezpieczeństwa produktu leczniczego. Prezes URPL może samodzielnie zweryfikować przedłożone dane bądź też zwrócić się o wydanie opinii do Europejskiej Agencji Leków, która dokonuje oceny, czy przedstawiona przez wnioskodawcę dokumentacja jest odpowiednia i wystarczająca dla potwierdzenia tradycyjnego stosowania zgłaszanego produktu. Odpowiedzialnym w przedmiocie opinii jest Komitet ds. Roślinnych Produktów Leczniczych. Wnioskodawca obowiązany jest także załączyć kopie dokumentów potwierdzających dopuszczenie do obrotu w państwach członkowskich UE lub EOG bądź w innych państwach lub szczegółowe informacje dotyczące odmowy udzielenia pozwolenia w jakimkolwiek państwie. Konieczność taka jest uwarunkowana tym, że w różnych państwach dany produkt może mieć różny status (np. suplementu diety). W konsekwencji, dokumenty przedkładane przez wnioskodawcę nie muszą wcale dotyczyć produktu leczniczego [3]. Mając na uwadze te rozbieżności, wymóg 30letniego stosowania w lecznictwie nie musi być potwierdzony przedstawieniem pozwolenia na dopuszczenie do obrotu (art. 20b ust. 1 PrFarm). Powyższe reguły odnoszą się także do produktów odpowiadających. 4. Odmowa pozwolenia na dopuszczenie do obrotu W sytuacjach określonych w ustawie, Prezes URPL odmówi wydania zgody na dopuszczenie do obrotu tradycyjnego roślinnego produktu leczniczego. Znajdzie tu zastosowanie przepis art. 30 PrFarm, który statuuje ogólne przesłanki braku zgody właściwe dla wszystkich kategorii produktów leczniczych. Prezes URPL wyda decyzję odmowną wówczas, gdy m.in. z wyników badań wynika, że produkt leczniczy nie wykazuje deklarowanej skuteczności terapeutycznej lub gdy ta jest niewystarczająca bądź, że skład jakościowy lub ilościowy albo inna cecha jakościowa produktu leczniczego jest niezgodna z zadeklarowaną, czy też wniosek oraz dołączona do wniosku dokumentacja nie spełnia wymagań określonych w ustawie. Doktryna wskazuje na konieczność poszerzenia tego katalogu o przesłanki specyficzne dla tradycyjnych roślinnych produktów leczniczych [3]. Dyrektywa 2001/83/WE wprowadza w art. 16e katalog przesłanek, ze względu na które odmawia się wpisu do rejestru ze względu na tradycyjne stosowanie. Odmowa wydania pozwolenia na dopuszczenie do obrotu tradycyjnego roślinnego produktu leczniczego powinna mieć miejsce, gdy: podmiot odpowiedzialny nie prowadzi działalności gospodarczej w państwie członkowskim UE lub EOG; brak jest zezwolenia na wytwarzanie w kraju, z którego pochodzi wytwórca; a ponadto, gdy występuje choćby jedna z następujących okoliczności: skład jakościowy i/lub ilościowy nie odpowiadają deklarowanemu; 13 Joanna Ryczek wskazania do stosowania nie są właściwe wyłącznie dla tradycyjnego produktu leczniczego roślinnego, z uwagi na ich skład i przeznaczenie, nie mogą być stosowane bez nadzoru lekarza w celach leczniczych, diagnostycznych lub monitorowania terapii oraz nie spełniają kryteriów produktu leczniczego wydawanego bez przepisu lekarza; produkt może być niebezpieczny w warunkach normalnego stosowania; dane dotyczące tradycyjnego stosowania są niewystarczające, zwłaszcza gdy efekty farmakologiczne lub skuteczność są trudne do wykazania na podstawie długotrwałego stosowania lub doświadczenia; jakość produktu została wykazana w stopniu niewystarczającym. Ze względu na fakt, że polski ustawodawca nie dokonał implementacji powyższych podstaw odmowy, mając również na uwadze podstawowe zasady prawa Unii Europejskiej, art. 16e dyrektywy 2001/83/WE może znaleźć bezpośrednie zastosowanie. Powyższy przepis jest na tyle konkretny, że możliwe jest jego stosowanie pomimo braku implementacji. Decyzja Prezesa URLP podlega rygorom ustalonym przez Kodeks postępowania administracyjnego. Od decyzji odmawiającej zgody nawydanie zezwolenia na dopuszczenie do obrotu przysługuje stronie wniosek o ponowne rozpatrzenie sprawy. Jeśli powtórnie zapadnie niekorzystne dla strony rozstrzygnięcie, możliwe jest skierowanie spraw na drogę postępowania sądowoadministracyjnego. 5. Monografia wspólnotowa i wspólnotowa lista substancji tradycyjnych Jednym z obowiązków Komitetu ds. Roślinnych Produktów Leczniczych działającego w ramach Europejskiej Agencji Leków jest przygotowywanie monografii produktów ziołowych, które powinny być brane pod uwagę w różnych procedurach dopuszczania tych produktów do obrotu w państwach członkowskich. Monografie przygotowywane przez komitet mają znaczenie zarówno dla wniosków o dopuszczenie produktów leczniczych roślinnych składanych zgodnie z wymaganiami przewidzianymi w art. 10 PrFarm, jak również w procedurze przewidzianej dla tradycyjnych roślinnych produktów leczniczych [3]. Zgodnie z art. 20b ust. 2 PrFarm, monografie przygotowywane przez Komitet są uwzględniane przez Prezesa URPL przy rozpatrywaniu wniosku o dopuszczenie do obrotu. W sytuacji, gdy monografia wspólnotowa zostanie opracowana już po uzyskaniu pozwolenia na dopuszczenie do obrotu, podmiot odpowiedzialny, w razie potrzeby, ma możliwość złożenia wniosku o dokonanie zmiany danych objętych pozwoleniem oraz dokonania stosownych zmian dokumentacji, na podstawie której wydano pierwotne zezwolenie. Komitet ds. Roślinnych Produktów Leczniczych odpowiada również za przygotowanie wspólnotowej listy substancji roślinnych, przetworów i kombinacji, które mogą być stosowane w tradycyjnych produktach leczniczych roślinnych. Każdej substancji 14 Tradycyjny produkt leczniczy roślinny w polskiej przestrzeni prawnej przyporządkowane są takie informacje jak wskazania, moc, sposób i droga podania oraz inne wiadomości konieczne do bezpiecznego stosowania w tradycyjnym produkcie leczniczym roślinnym. Zgodnie z art. 16f ust. 2 dyrektywy 2001/83/WE, jeśli zgłaszany tradycyjny produkt leczniczy roślinny dotyczy substancji, przetworów lub kombinacji uwzględnionych na liście wspólnotowej, to zgłaszający nie jest obowiązany do przedstawienia danych dotyczących dopuszczenia do obrotu w innych krajach, danych bibliograficznych lub raportu eksperta w sprawie czasu stosowania produktu oraz danych dotyczących bezpieczeństwa stosowania. W tej sytuacji również bezpośrednie zastosowanie znajduje przepis dyrektywy. Polski ustawodawca dokonując implementacji pominął ten przepis i nie znajdziemy jej w ustawie – Prawo farmaceutyczne [3]. 6. Podsumowanie Wprowadzenie do porządku prawnego kategorii tradycyjnych produktów leczniczych roślinnych było odpowiedzią na potrzebę szczególnego uregulowania statusu tego rodzaju leków. W stosunku do ogólnego pojęcia produktu leczniczego, jest on kategorią węższą, obejmującą specyficzne leki, odznaczające się cechami jasno sprecyzowanymi przez ustawodawcę. Przede wszystkim są to produkty wytworzone wyłącznie z substancji roślinnych. Jednakże ich najważniejszą cechą jest udowodnione bezpieczeństwo stosowania, które umożliwia zastosowanie wobec nich dużo mniejszych restrykcji związanych z rejestracją, w porównaniu do pozostałych produktów leczniczych, których skuteczność dopiero musi zostać wykazana. Podstawową cechą procedury stworzonej specjalnie dla tej kategorii produktów jest jej znaczne uproszczenie i odstąpienie od wymogów licznych badań klinicznych i nieklinicznych. Restrykcje związane z okresem udowodnionego, bezpiecznego stosowania są dość znaczne, a zarazem nieprzewidujące wielu odstępstw, w związku z czym nie może mieć miejsca sytuacja zagrożenia zdrowia i życia pacjentów, którzy ostatecznie będą takie leki przyjmować. Poza samym okresem stosowania, narzucony jest wymóg miejsca, a mianowicie musi ono wystąpić na terytorium państw UE lub EOG. Uwarunkowane jest to tym, że na terytoriach tych państw ustawodawstwo jest w znacznej mierze zbliżone, a zatem i wymogi stawiane produktom leczniczym, pomimo drobnych różnic, zapewniają bezpieczeństwo ich stosowania. Samo pojęcie należy w sposób jak najostrzejszy wyodrębnić od innych, podobnych. Z racji szczególnego charakteru tego rodzaju produktów, wszelkie regulacje z nimi związane należy interpretować w sposób wąski i w powiązaniu z konkretną sytuacja. Oczekiwanym krokiem ze strony ustawodawcy byłoby dokończenie implementacji dyrektywy 2001/83/WE w zakresie, o którymmowa jest powyżej. Sam brak implementacji wielu istotnych przepisów, w tym o podstawach odmowy wydania zgody na wprowadzenie produktu leczniczego do obrotu. Brak pełnej implementacji należy 15 Joanna Ryczek uznawać za ogromny błąd, który wpływa negatywnie na świadomość prawa i jednolitość orzeczeń. Ta sama uwaga odnosi się także do nieprecyzyjnych sformułowań w tekście implementowanych przepisów, o których także była mowa wyżej. Pomimo, że regulacja odnosząca się do tradycyjnych produktów leczniczych roślinnych nie jest rozbudowana, ich analiza i stosowanie mogą budzić wiele trudności, które miałam nadzieję wyjaśnić. Przy stosowaniu tego regulacji należy zachowywać ostrożność, mając na uwadze zdrowie i życie pacjentów. Literatura 1. 2. 3. Produkty roślinne lecznicze, http://www.prawo-farmaceutyczne.pl/prawo-farmaceutycznew-polsce/104-leki-roslinne.html (dostęp: 18.09.2016 r.) Olszewski W. L. (red.), Dybka R., Ignatowicz Z., Miłowska K., Nowak-Chrząszczyk B., Sosin-Ziarkiewicz P., Zięcik P., Żarnecka M., Prawo farmaceutyczne. Komentarz, Warszawa 2016 Kondrat M. (red.), Masełbas W., Stefańczyk-Kaczmarzyk J., Zieliński W., Prawo farmaceutyczne. Komentarz, Warszawa 2016 Tradycyjny produkt leczniczy roślinny w polskiej przestrzeni prawnej Artykuł ma na celu zebranie i kompleksowe przedstawienie regulacji dotyczącej tradycyjnego produktu leczniczego roślinnego. Artykuł odnosi się zarówno do ustawy Prawo farmaceutyczne, jak i regulacji unijnych. Celem było nie tylko opracowanie przeglądowe, ale także przedstawienie postulatów dla ustawodawcy, ulepszających istniejącą regulację. Słowa kluczowe: lek roślinny, roślinny produkt leczniczy, OTC, tradycyjny produkt leczniczy roślinny, farmacja, Prawo farmaceutyczne Tadicional herbal medicinal product in Polish legal system The aim of this article is collecting and presentation all of regulations concerning the traditional herbal medicinal product. Article refers to the Polish Pharmaceutical law as well as the European regulations. The aim of this paper is not the only review, but it present the postulates for legislator for better regulations too. Keywords: medicinal product, herbal medicinal product, OTC, traditional medicinal product, pharmacy, Pharmaceutical law 16 Katarzyna Olesińska1, Danuta Sugier2, Katarzyna Luchowska3 Znaczenie gospodarcze roślin leczniczych 1. Wprowadzenie Rośliny lecznicze cieszą się niesłabnącym zainteresowaniem ludzi od starożytności po współczesne czasy. Obecnie nawet w krajach najbardziej uprzemysłowionych obserwuje się wzrost zainteresowania ziołolecznictwem. Niewątpliwie ma to związek z szerzeniem się tzw. chorób cywilizacyjnych, spadkiem naturalnej odporności na infekcje oraz wzrostempodatności na różnego rodzaje alergie. Rośliną leczniczą wg definicji Światowej Organizacji Zdrowia jest każda roślina, która podawana człowiekowi lub zwierzęciu w jakiejkolwiek postaci wywiera uchwytne działanie fizjologiczne.Spośród ponad 400 tys. gatunków roślin poznanych na Ziemi, za rośliny leczniczeuznajesię około 40 tys., natomiast w handlu światowym znajduje się niewiele ponad 900 gatunków. Obecnie ok. 2 tys. roślin leczniczych wymienionych jest farmakopeach narodowych [1]. W Polsce uprawia się ok. 80 gatunków roślin leczniczych, a blisko 100 jest pozyskiwanych ze stanowisk naturalnych. Produkcja zielska jest znaczącym kierunkiem rolnictwa, wytwarza surowce wykorzystywane w różnych gałęziach przemysłu (m.in. farmaceutycznego, spożywczego, kosmetycznego i barwierskiego). 2. Cel pracy Celem opracowana jest zebranie i usystematyzowanie informacji dotyczących gospodarczego wykorzystania roślin leczniczych. Wskazano główne kierunki rozwoju krajowego rynku surowców zielarskich. Podkreślono znaczenie ziół dla przemysłu farmaceutycznego, spożywczego, kosmetycznego oraz dla rolnictwa. 3. Medycyna i farmacja Monografie szczegółowe substancji i przetworów roślinnych zebrane w IX Farmakopei Polskiej liczą 234 pozycje. Jednocześnie autorzypodkreślają, że nie jest to zbiór wyczerpany [12]. 1 [email protected], Katedra Roślin Przemysłowych i Leczniczych, Wydział Agrobioinżynierii, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie 2 [email protected], Katedra Roślin Przemysłowych i Leczniczych, Wydział Agrobioinżynierii, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie 3 [email protected], Katedra Roślin Przemysłowych i Leczniczych, Wydział Agrobioinżynierii, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie 17 Katarzyna Olesińska, Danuta Sugier, Katarzyna Luchowska Obok tradycyjnego wykorzystania ziół i preparatów roślinnych stosowanych w leczeniu różnych dolegliwości, np. gastrycznych, przeziębień i stanów zapalnych, coraz częstsze są doniesienia dotyczące nowych kierunków w ziołolecznictwie. Badania dotyczą m.in. zastosowaniafitozwiązków w roli radioprotektorów w procesie niszczenia komórek nowotworowych poprzez napromieniowywanie. Do roślinnych związków o charakterze radioochronnym zaliczane są m.in. flawonoidy, kwasy fenolowe, alkaloidy, likopen, polisacharydy oraz fitohormony, zawarte np. w czosnku (Allium sp.), zielonej herbacie (Camellia sp.), imbirze (Zingiber sp.), dziurawcu (Hypericum sp.) i aronii (Aronia sp.) [13]. Działanie antynowotworowe mamiędzy innymikurkumina zawarta w kłączu ostryżu długiego (Curcuma longa L.). Wykazuje ona właściwości hamujące ekspresję enzymów katalizujących przemiany fosfolipidów błony komórkowej, które sprzyjają powstaniu prostanoidówodpowiedzialnych za pojawianie się komórek nowotworowych gruczołupiersiowego [14]. Z kolei surowcami istotnymi w profilaktyce ileczeniu depresji są m.in. żeń-szeń właściwy (Panax ginseng C. A. Meyer), kmin rzymski (Cuminum cyminum L.), herbatachińska (Camellia sinensis (L.) O. Kuntze), dziurawiec zwyczajny (Hypericum perforatum L.) oraz pieprz metystynowy (Piper methysticum G. Forster) [15]. W ostatnich latach ziołolecznictwo w Polsce znajduje coraz więcej zwolenników i cieszy się uznaniem wśród dużej części społeczeństwa. Zaletą ziół jest to, że wiele produkowanych z nich preparatów działa łagodnie iwielokierunkowo. O popularności ziołolecznictwa może świadczyć wartość rynku leków bez recepty (Over The Counter), która w 2015 roku wynosiła ok. 12 mld zł. [6]. W Polsce najczęściej wybierane są tradycyjne preparaty ziołowe na ból gardła, dolegliwości wątroby, o działaniu uspokajającym i nasennym oraz przeciw grypie i przeziębieniu. Ponadto warto podkreślić, że leki roślinne są szczególnie przydatne w leczeniu chorób przewlekłych, gdyż mogą być stosowane przez długi okres czasu, są tolerowane przez organizm oraz wykazują mniejsze spektrum działań niepożądanych niż leki syntetyczne [6]. Z tego też względu są zalecane w długotrwałej farmakoterapii i pediatrii [7]. 4. Dieta Wraz ze wzrostem świadomości ekologicznej konsumentów i promocją zdrowego żywienia zwiększa się zainteresowanie żywnością funkcjonalną i związanymi z nią nutraceutykami oraz suplementami diety. Według International Food Information Council (IFIC) żywność funkcjonalną poza korzyściami żywieniowymi (odżywczymi) wyróżnia oddziaływanie prozdrowotne [8]. Zaliczane są do niej nieprzetworzone warzywa i owoce, herbata (zawiera polifenole, o działaniu antyoksydacyjnym), sok żurawinowy (odkaża drogi moczowe), oleje roślinne – szczególnie lniany i konopny bogaty w niezbędne nienasycone kwasy tłuszczowe (NNKT), czy też produkty spożywcze o obniżonej zawartości cukru dosładzane stewią [9]. Z kolei nutraceutyki są to składniki biologicznie aktywne, które mogą być składnikiem żywności funkcjo- 18 Znaczenie gospodarcze roślin leczniczych nalnej lub występować oddzielnie i wywierają korzystnyoraz udokumentowany wpływ na zdrowie. Zwykle stosowane są w ilościach wyższych niż te, które występują w tradycyjnych produktach żywnościowych [10]. Zalicza się do nich między innymi błonnik pokarmowy, oligosacharydy – np. inulinę występującą w bulwach topinamburu (Helianthus tuberosus L.) i kłączach perzu właściwego (Elymus repens (L.) Gould), związki fenolowe i witaminę C oraz inne antyoksydanty zawarte w owocach bzu czarnego (Sambucus nigra L.), derenia jadalnego (Cornus mas L.), dzikiej róży (Rosa canina L.) oraz czarnej jagody (Vaccinium myrtillus L.), a także flawonoidy i sterole roślinne [10, 11, 12]. Zgodnie z ustawą o bezpieczeństwie żywności i żywienia z 2006 r. suplementy diety to różnego rodzaju środki spożywcze, które mają za zadanie uzupełnić codzienną dietę oraz stanowią skoncentrowane źródło witamin, minerałów, czy też substancji o działaniu odżywczym lub fizjologicznym [13]. Z medycznego punktu widzenianie są preparatami leczniczymi, mimo że wiele z nich wzbogacanych jest w wyciągi ziołowe. Suplementy mogą być przyjmowane przez osoby zdrowe, u których stwierdzono niedobór pewnych składników diety [14]. W diecie wykorzystywane są także rośliny należące do używek. W przypadku stosowania niewielkich daweksubstancji aktywnych zawartych w tych roślinach, wykazują one właściwości lecznicze – np. nasiona krzewu kawowego (Coffea sp.) używane w małych ilościach odtruwają organizm, stymulują układ nerwowy, natomiast przedawkowanie grozi bezsennością, uczuciem niepokoju, zaburzeniami krążenia. Ponadto do używek roślinnych zalicza się także herbatę (Camellia sinensis (L.) O. Kuntze), która jest źródłem antyoksydantów o działaniu antyrakowym, kakao (Theobroma cacao L.) bogate w polifenole oraz tłuszcz, herbatę paragwajską, czyli yerba mate (Ilex paraguariensis A. St. Hil.) o działaniu pobudzającym i hemolitycznym, a także drzewo kola (Cola sp.) usuwające zmęczenie psychiczne i fizyczne [15]. 5. Przemysł 5.1. Przemysł spożywczy Rośliny lecznicze znajdują wykorzystanie w przemyśle spożywczym, jako źródło naturalnych barwników, konserwantów oraz substancji odpowiadających za smak i zapach produktów. Ze względu na liczne doniesienia na temat szkodliwości syntetycznych barwników spożywczych, które mogą wywoływać alergie, bóle głowy i inne zaburzenia, wzrasta zainteresowanie naturalnymi barwnikami żywności [16, 17]. Producenci żywności wychodząc naprzeciw oczekiwaniom klientów, coraz częściej wykorzystują barwniki pochodzenia naturalnego, bezpieczne dla zdrowia człowieka, których rynek stale się rozwija. W latach 2010-2015 stwierdzono wzrost produkcji barwników naturalnych o 15-20% w stosunku do lat wcześniejszych. W Rozporządzeniu Ministra Zdrowia z dnia 22 listopada 2010 r. zamieszczony jest wykaz barwników dozwolonych do stosowania w żywności, który obejmuje 42 barwniki, w tym 13 naturalnych pochodzących z roślin leczniczych (tabeli 1) [18]. 19 Katarzyna Olesińska, Danuta Sugier, Katarzyna Luchowska Tabela 1. Wykaz barwników spożywczych pochodzenia roślinnego Numer wg oznaczeń systemu Unii Europejskiej Nazwa własna barwnika Barwa Roślina, z której jest otrzymywany E 100 Kurkumina (kurkuma) żółta ostryż długi E 132 Indygo (indygotyna) E 140 E 141 niebieska Chlorofile i chlorofiliny Kompleks miedziowy chlorofilu lub chlorofiliny zielona zielona E 160 a Karoteny żółty, pomarańczowy E 160 b E 160 c Annato Kapsaicyna żółta czerwona E 160 d Likopen czerwona E 161 a E 161 b E 161 d Flawoksantyna Luteina Rubiksantyna Betanina (czerwień buraczana) pomarańczowa żółta żółta ciemnoczerwona do fioletowej czerwone, niebieskie lub fioletowe w zależności od pH E 162 E 163 Antocyjany indygowiec barwierski, urzet barwierski, rdest ptasi lucerna, pokrzywa zwyczajna lucerna, pokrzywa zwyczajna marchew zwyczajna, pieprzowiec roczny arnota właściwa pieprzowiec roczny pomidor, czerwony grejpfrut nagietek lekarski dynia zwyczajna płatki dzikiej róży burak ćwikłowy czarna porzeczka, aronia, malina Źródło: Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 22 listopada 2010 r. w sprawie dozwolonych substancji dodatkowych zawiera wykaz barwników dozwolonych do stosowania w żywności [18] Poza związkami barwnymi z ziół otrzymuje się aromaty na bazie olejków eterycznych, które nadają swoisty zapach i smak żywności, konserwują ją (ze względu na charakter antyseptyczny) oraz wspomagają procesy trawienne. Rośliny znane jako przyprawowenadają potrawom charakterystyczny smak (np. kminek zwyczajny Carum carvi L., pieprz czarny Piper nigrum L., ziele angielskie, czyli korzennik lekarski Pimenta dioica (L.) Merr.). Wiele przypraw wykorzystuje się w kuchni ze względu na niepowtarzalny aromat, np. lubczyk lekarski (Levisticum officinale W. D. J. Koch), imbir lekarski (Zingibe rofficinale Rosc.), miętę pieprzową (Menthax piperita L.), tymianek pospolity (Thymus vulgaris L.), goździkowiec wonny (Eugenia caryophyllata Thunb.), czy cynamonowiec cejloński (Cinnamomum verum J. S. Presl.) [1, 15, 19]. 20 Znaczenie gospodarcze roślin leczniczych Podczas przechowywania produktów spożywczych dochodzi do zmian walorów sensorycznych (smak, zapach, barwa, itp.) wskutek utleniania oraz działalności mikroorganizmów. W celu ich ograniczenia wykorzystuje się przyprawy o właściwościach antyoksydacyjnych – np. rozmaryn lekarski (Rosmarinus officinalis L.), aloes zwyczajny (Aloe vera L.), kozieradkę pospolitą (Trigonella foenum-graecum L.), gorczycę białą (Sinapis alba L.), szałwię lekarską (Salvia officinalis L.), a także o działaniu biobójczym – np. czosnek zwyczajny (Allium sativum L.), chrzan pospolity (Armoracia rusticana P. Gaertn., B. Mey.et Scherb.) oraz tymianek pospolity (Thymus vulgaris L.) [20, 21]. 5.2. Kosmetyki Kosmoceutyki to preparaty zawierające jeden lub więcej związków bioaktywnych, przeznaczone do poprawy zdrowia i urody, które oprócz działania kosmetycznego charakteryzują się działaniem leczniczym i wspomagającym leczenie [22]. W produkcji naturalnych kosmetyków wykorzystywane są przede wszystkim olejki eteryczne i oleożywice, oleje, tłuszcze i woski oraz ekstrakty i barwniki pochodzące z różnych gatunków ziół [23]. W kosmetykach o działaniu odmładzającym istotną rolę odgrywają fitoestrogeny pochodzące np. z koniczyny łąkowej (Trifolium pratense L.), soi uprawnej (Glycine max (L.) Meroll.), pietruszki zwyczajnej (Petroselinum sativum Hoffm.) oraz chmielu zwyczajnego (Humulus lupulus L.). Dla skóry wymagającej nawilżenia dedykowane są preparaty wzbogacone w substancje biologicznie czynne z kłączy perzu właściwego (Elymus repens (L.) Gould) oraz oleje z nasion ogórecznika lekarskiego (Borago officinalis L.) i wiesiołka dwuletniego (Oenothera biennis L.). Dla cery naczynkowej polecane są produkty zawierające wyciąg z kasztanowca zwyczajnego (Aesculus hippocastanum L.) oraz arniki (Arnica sp.). W preparatach wzmacniających włosy i paznokcie częstym dodatkiem jest skrzyp polny (Equisetum arvense L.), natomiast źródłem antyoksydantów w kosmetykach są rumianek pospolity (Chamomilla recutita (L.) Rauschert.), nagietek lekarski (Calendula officinalis L.) i pokrzywa zwyczajna (Urtica dioica L.). Ponadto rośliny lecznicze zawierające saponiny (np. mydlnica lekarska Saponaria officinalis L.) dostarczają naturalnych detergentów [24, 25]. W przemyśle perfumeryjnym wykorzystywane są olejki eteryczne, które współtworzą perfumy oraz nadają aromat mydłom, szamponom, odżywkom, kremom i innym produktom kosmetycznym. 5.3. Przemysł włókienniczy i celulozowy W Polsce do roślin włóknistych zalicza się głównie konopie siewne i len. Olej z nasion tych roślin posiada właściwości lecznicze dzięki zawartości cennych kwasów nienasyconych. Olej lniany i konopny wykorzystuje się do produkcji środków farmaceutycznych oraz kosmetyczno-leczniczych. Na świecie wiodącą rośliną włóknistą jest bawełna (Gossypium sp.) dostarczająca 60% światowej produkcji włókna oraz juta 21 Katarzyna Olesińska, Danuta Sugier, Katarzyna Luchowska (Corchorus sp.) (14%), len (Linum sp.) (7,5%) i konopie (Cannabis sp.) (5,5%). Rośliny te dostarczają tzw. włókien przędnych, z których wytwarzana jest odzież [26]. Z roślin leczniczych otrzymywana jest także celuloza, wykorzystywaną przez przemysł papierniczy. Dymon wyróżniła 62 lecznicze gatunki włóknodajne, wśród których zaznały się m.in. świerk, brzoza, sosna zwyczajna, jodła pospolita, topola, bawełna, konopie oraz ryż siewny [27]. 5.4. Produkcja barwników, farb i lakierów Rośliny barwierskie to zróżnicowana gatunkowo grupa roślin, których cechą charakterystyczną jest obecność związków barwnych. Zwykle barwniki występują tylko w niektórych organach, np. owocach aronii, płatkach chabra bławatka, nadając im charakterystyczną barwę. Związki barwne to grupa silnie zróżnicowana pod względem składu chemicznego. W tabeli 2 przedstawiono przykłady substancji barwiących z uwzględnieniem gatunku rośliny, w której są obecne. Tabela 2. Związki barwne i przykłady ich występowania w roślinach leczniczych czerwona, niebieska lub fioletowa (w zależności od pH) pomarańcza gorzka, przytulia pospolita, dziewanna wielkokwiatowa bez czarny, winogrona, śliwa tarnina, chaber bławatek czerwona, pomarańczowa lub żółta marzanna barwierska, szakłak pospolity, kruszyna pospolita żółta Flawonoidy Antocyjany Pochodne antracenu Roślina barwierska Barwa Substancja chemiczna Karotenoidy Naftochinony Alkaloidy Chlorofil żółta lub pomarańczowa pieprzowiec roczny, dynia zwyczajna, rezeda żółta orzech włoski, dziurawiec zwyczajny niebieska urzet barwierski, rdest ptasi zielona pokrzywa zwyczajna, serdecznik pospolity, szpinak żółta lub pomarańczowa Źródło: opracowanie własne Historia kolorowania tkaninbarwnikami roślinnymi sięga 4000-5000 lat. Prekursorami barwiarstwa byli starożytni Egipcjanie, Hindusii, Peruwiańczycy wykorzystujący indygo otrzymywany z indygowca barwierskiego (Indigo feratinctoria L.) [28, 29, 30]. W XIX w. barwniki naturalne zastąpione zostały przez syntetyczne, jednak wzrost 22 Znaczenie gospodarcze roślin leczniczych świadomości ekologicznej konsumentów oraz potrzeba ochrony środowiska przyczyniają się do „renesansu roślin barwierskich”. Czajkowski [28] sugeruje, że dalszy wzrost zainteresowania naturalnymi koloryzatorami zawęzi się jedynie do barwienia włókien naturalnych oraz krótkich serii „odzieży ekologicznej”. Ograniczeń użycia na większą skalę naturalnych substancji barwiących upatruje w niewystarczającej trwałości zabarwienia, utrudnieniach w przemysłowym procesie barwienia (np. poprzez dodatkowe etapy suszenia) oraz ograniczonej palecie odcieni [28]. Trwałość barwy związana jest m.in. z oddziaływaniem na tkaniny czynników fizycznych, mechanicznych oraz chemicznych. Prace badawcze prowadzone w Instytucie Włókien Naturalnych i Roślin Zielarskich w Poznaniu pozwoliły na określenie grupy roślin barwierskich o wysokiej odporności na promieniowanie UV, do której zaliczono kozieradkę pospolitą (Trigonella foenum-graecum L.), rdest ptasi (Polygonum aviculare L.) i nachyłek barwierski (Coreopsis tinctoria L.) [31]. Prowadzone są coraz liczniejsze badania dotyczące możliwości wykorzystania odpadów z drewna oraz pochodzących z przemysłu spożywczego do produkcji barwników naturalnych [32, 33]. Z barwników roślinnych otrzymywano dawniej także farby stosowane w malarstwie. Zaawansowane metody badawcze pozwoliły na wyodrębnienie w zabytkowych dziełach malarskich licznych związków barwiących pochodzących z urzetu barwierskiego (Isatis tinctoria L.), marzanny barwierskiej (Rubia tinctorum L.) oraz roślin produkujących taniny (np. krzew herbaciany Camellia sinensis (L.) O. Kuntze) [29]. Ze względu na antyseptyczne działanie wielu ziół przypuszcza się, że barwniki roślinne z nich otrzymywane mogą ograniczać degradację mikrobiologiczną powłok farb, czego przykładem jest dodatek ekstraktu chmielowego, zapewniający działanie antybakteryjne [34]. 6. Rolnictwo, ochrona roślin, ekologia i ochrona środowiska Zioła uprawiane są w Polsce w na powierzchni ok. 15 tys. ha, w ok. 20 tys. gospodarstw, z których na rynek trafia ok. 20 tys. ton surowców [35]. Polski przemysł zielarski wykorzystuje od 150 do 170 gatunków roślin leczniczych [36] i zalewie 30% krajowej produkcji ziół. Największą powierzchnię upraw zajmują mięta pieprzowa (Mentha x piperita L.), rumianek pospolity (Chamomilla recutita (L.) Rauschert.), tymianek pospolity (Thymus vulgaris L.), kozłek lekarski (Valeriana officinais L.), ostropest plamisty (Silybum marianum (L.) Gaertn.) i melisa lekarska (Melissa officinalis L.) [35]. Zgodnie z rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 1307/2013 rolnicy ubiegający się o płatność z tytułu tzw. zazielenienia podlegają obowiązkowi realizacji praktyki dywersyfikacji upraw oraz praktyki utrzymania obszaru proekologicznego. Do dywersyfikacji zobowiązane są gospodarstwa o powierzchni od 10 ha wzwyż. W przypadku gospodarstw, których areał przekracza 15 ha, a grunty orne stanowią ponad 25% lub przekraczają powierzchnię 30 ha, obowiązkowe staje się dodatkowo posiadanie obszarów proekologicznych. Dywersyfikacja upraw ma na celu 23 Katarzyna Olesińska, Danuta Sugier, Katarzyna Luchowska ograniczenie monokultur i wprowadzenie nowych kierunków upraw – także upraw roślin zielarskich. Obszary proekologiczne to m.in. trwałe użytki zielone (łąki i pastwiska), ugory, miedze, strefy buforowe między siedliskami oraz międzyplony, wśród których największą popularnością cieszy się gorczyca (Sinapis sp.) zaliczana do roślin leczniczych. Typowymi roślinami dla obszarów proekologicznych są zioła występujące w runi łąkowej [37]. W tabeli 3 przedstawiono przykłady roślin leczniczych łąk i pastwisk wraz z ich właściwościami [38]. Tabela 3. Właściwości wybranych ziół występujących na użytkach zielonych Właściwości Ściągające Przeciwzapalne Czyszczące krew Przeciwkrwotoczne Osłaniające i wzmacniające Wykrztuśne Uspokajające, przeciwdepresyjne Żółciopędne Rozkurczowe Gatunki roślin głowienka pospolita, macierzanka piaskowa, szczaw tępolistny babka lancetowata, dziurawiec zwyczajny, głowienka pospolita, kocanki piaskowe, krwawnik pospolity, lnica pospolita, macierzanka piaskowa fiołek trójbarwny, mniszek lekarski, perz właściwy koniczyna łąkowa babka lancetowata, koniczyna łąkowa, koniczyna polna, macierzanka piaskowa babka lancetowata, biedrzeniec mniejszy, fiołek trójbarwny, jastrzębiec kosmaczek, koniczyna łąkowa, mniszek lekarski dziurawiec zwyczajny, kozłek lekarski, macierzanka piaskowa cykoria podróżnik, dziurawiec zwyczajny, kminek zwyczajny, krwawnik pospolity, mniszek lekarski biedrzeniec mniejszy, dziurawiec zwyczajny, krwawnik pospolity, kocanki piaskowe Źródło: Dąbkowska T., Charakterystyka wybranych gatunków ziół i chwastów użytków zielonych, 2013 [38] Według Dąbkowskiej [38] zioła są cennym dodatkiem paszowym w runi użytków zielonych w przypadku, gdy pojedyncze gatunki stanowią mniej niż 5% udziału. Dostarczają one białka, składników mineralnych, witamin oraz metabolitów wtórnych o działaniu terapeutycznym na organizmy zwierząt [39]. Liczni autorzy donoszą o pozytywnym wpływie dodatku ziół w paszach na zdrowotność i produkcyjność zwierząt hodowlanych oraz jakość uzyskiwanych produktów mlecznych i mięsnych. Dodatek koniczyny czerwonej (Trifolium pratense L.) i siemienia lnianego korzystnie wpływał na skład kwasów tłuszczowych w mleku krów [40]. Z kolei pokrzywa zwyczajna (Urtica dioica L.), kminek zwyczajny (Carum carvi L.) i kozibród łąkowy (Tragopogon pratensis L.) pobudzały wydzielanie mleka u owiec. Na smak mięsa 24 Znaczenie gospodarcze roślin leczniczych jagniąt korzystnie wpływał dodatek m.in. lubczyku (Levisticum officinale W. D. J. Koch.), kopru ogrodowego (Anethum graveolens L.) i melisy lekarskiej (Melissa officinalis L.) [39]. Olejek z tymianku, rozmarynu i szałwii zwiększał wykorzystanie paszy i masę jaj kur nieśnych. W przypadku kurcząt zarażonych oocystami Eimeria sp. korzystnie na produkcyjność wpływały ekstrakty z czosnku (Allium sativum L.), szałwii (Salvia officinalis L.), jeżówki purpurowej (Echinacea purpurea (L.) Moench.), tymianku (Thymus vulgaris L.) oraz oregano (Origanum vulgare L.). Z kolei podawanie koniom preparatu zawierającego wyciąg z jeżówki (Echinacea sp.) skutkowało wzrostem odporności (zwiększenie się liczby limfocytów, neutrofili oraz aktywności fagocytarnej makrofagów) oraz tolerancji na wysiłek, za co może odpowiadać poprawa hematokrytu. Dowiedziono również, że włączenie do diety koni siemienia lnianego zmniejsza reakcję alergiczną na ukąszenia komarów oraz poprawia stan sierści zwierząt [41]. Rolnictwo jest szczególną działalnością gospodarczą, która silnie związana z środowiskiem naturalnym dostarcza środków niezbędnych do funkcjonowania społeczeństwa. Nieprawidłowa z ekologicznego punktu widzenia działalność rolnicza oparta na wysokim zużyciu chemicznych środków produkcji (pestycydów, nawozów mineralnych) oraz monokulturach, przyczynia się do degradacji biosfery. Obecność ziół w uprawach korzystnie wpływa na bioróżnorodność – także agrofauny (np. zapylacze i pozytywnie oddziałujące na plenność upraw owady drapieżne eliminujące szkodniki) oraz roślin uprawnych (występowanie niewielkiej ilości chabra bławatka w łanie żyta pozytywnie wpływa na jego plonowanie). Ponadto allelozwiązki zawarte w roślinach uznawanych za lecznicze mogą być wykorzystane do ochrony roślin przed szkodnikami, patogenami oraz zastąpić syntetyczne herbicydy [42]. Poza ograniczaniem zachwaszczenia wyzwaniem dla rolnictwa jest ochrona roślin przed patogenami. Do strat w plonach przyczyniają się m.in. grzyby porażające rośliny uprawne. W poszukiwaniu naturalnych metod walki z tymi patogenami oceniono grzybobójcze działanie ekstraktu z grejpfruta i olejku pomarańczowego. Porównując działanie środków syntetycznych i w/w preparatów naturalnych wykazano, że w uprawach ogórka osiąga się porównywalną skuteczność w zwalczaniu mączniaka rzekomego olejkiem pomarańczowy i standardowym środkiem zawierającym wodorotlenek miedzi [43]. Również preparaty na bazie czosnku, cebuli i skrzypu zwalczająpatogeny grzybowe roślin uprawnych [44]. Substancje czynne zawarte w roślinach o działaniu leczniczym mają działanie repelentne (odstraszające) lub biobójcze wobec szkodników upraw. Użycie olejku lawendowego w uprawie rzepaku ozimego ograniczało liczebność trzech badanych gatunków chowaczy, a w szczególności chowacza podobnika [45]. Zastosowanie alkoholowego wyciągu z arcydzięgla litworu skutkowało ograniczeniem masy ciała gąsienic bielinka kapustnika o 92,7 mg po 48 godzinach i 95,3% ich śmiertelnością po upływie 6 dni. Wyższą śmiertelność larw odnotowano po użyciu wyciągów wodnych oraz alkoholowych z bielunia dziędzierzawy (95,3 i 97%), machorki (96,7 i 95,7%) oraz tytoniu (99,3 i 97,7%) [46]. Uszkodzenia roślin i straty plonów z tym związane 25 Katarzyna Olesińska, Danuta Sugier, Katarzyna Luchowska ograniczane są poprzez wykorzystanie także innych ziół – np. bzu czarnego, bylicy piołun [45], lubczyku lekarskiego, nagietka lekarskiego, dąbrówki rozłogowej, ruty zwyczajnej, czosnku zwyczajnego, dziurawca zwyczajnego i orzecha włoskiego [46]. 7. Rośliny dekoracyjne Wiele roślin leczniczych ma wysokie walory estetyczne, przez co znajdują uznanie wśród ogrodników i jest utożsamianych głównie z ich dekoracyjnym charakterem (tabela 4). Badania lubelskich ogrodów podręcznych wskazują na obecność we florze miejskiej licznych roślin zielarskich. Wśród gatunków jednorocznych wymieniane sąm.in. nagietek lekarski (Calendula officinalis L.), rącznik pospolity (Ricinus communis L.), nasturcja ogrodowa (Tropaeolum majus L.) oraz słonecznik zwyczajny (Helianthus annuus L.). Gatunki dwuletnie reprezentowane są przez wiesiołka dwuletniego (Oenother abiennis L.) oraz naparstnicę purpurową (Digitalis purpurea L.), najliczniejszą grupą roślin ogrodów miejskich są byliny – bluszcz pospolity (Hedera helix L.), kokoryczka wielokwiatowa (Polygonatum multiflorum (L.) All.) i jałowiec sabiński (Juniperus sabina L.) [47]. W charakter tradycyjnych ogrodów wiejskich wpisuje się obecność ziół, która nadaje założeniu cech ogrodu użytkowego. Lipińska i in. [48] podają, że ogrody wiejskie podlegają obecnie silnej presji ze strony nowoczesnych koncepcji ogrodów miejskich, co przyczynia się do ograniczania liczebności gatunków rodzimych, typowych dla tego typu założeń, w tym także roślin leczniczych. Prace badawcze dowodzą jednak, że gospodarstwa agroturystyczne posiadające ogród ziołowy są atrakcyjniejsze dla odwiedzających ze względu na możliwość wykorzystania świeżych roślin w kuchni oraz w ramach naturalnej aromatoterapii [49]. Tabela 4. Przykłady roślin leczniczych o dekoracyjnym charakterze Nazwa polska Nazwa łacińska Pokrój Barwinek pospolity Vinca minor L. płożąca się bylina Bez czarny Sambucus nigra L. krzew lub niewielkie drzewo duże, kremowe baldachogrona, czarne, błyszczące owoce Chaber bławatek Centaurea cyanus L. roślina zielna błękitne kwiatostany Cis pospolity Taxus baccata L. krzew lub niewielkie drzewo zimozielone igły, czerwone owoce 26 Cecha dekoracyjna zimozielone błyszczące liście, niebieskie kwiaty Działanie lecznicze pędy – rozszerza naczynia krwionośne, obniża ciśnienie krwi kwiaty – napotnie, uszczelniają naczynia krwionośne, owoce – odtruwają, obniżają ciśnienie krwi kwiaty – żółciopędne, moczopędne, przeciwzapalne igły, kora – hamują rozwój komórek rakowych Znaczenie gospodarcze roślin leczniczych wysokie drzewo, korona nieregularna purpurowe gałęzie, liście jaśniejsze od spodu Dąb szypułkowy Quercus robur L. drzewo Dereń jadalny Cornus mas L. krzew lub niewielkie drzewo Głóg dwuszyjkowy Crataegus oxyacantha L. krzew lub niewielkie drzewo białe lub różowe kwiaty, czerwone owoce Jeżówka purpurowa Echinacea purpurea (L.) Moench. roślina zielna purpurowe kwiatostany Kosaciec niemiecki Iris germanica L. Lavandula angustifolia Mil. roślina zielna szablaste liście, fioletowe kwiaty fioletowe kwiatostany, srebrzyste liście okazałe drzewo, kremowo żółte kwiaty gęste ulistnienie, fioletowe kwiaty Lawenda wąskolistna krzewinka Lipa drobnolistna Tilia cordata Mill. drzewo Macierzanka piaskowa Thymus serphyllum L. krzewinka Nagietek lekarski Calendulaoffici nalis L. roślina zielna pomarańczowe kwiaty Piwonia lekarska Poeonia officinalis L. roślina zielna duże, ciemnoczerwone kwiaty Rącznik pospolity Ricinus communis L. w Polsce roślina zielna duże liście, czerwone duże kwiatostany Róża dzika Rosa canina L. krzew białe lub jasnoróżowe kwiaty, czerwone owoce Stokrotka pospolita Bellis perennis L. roślina zielna białe lub różowawe kwiaty 27 kora – w biegunkach, zatruciach, zapaleniach skóry liście, kwiaty, kora owoce – w zaburzeniach trawienia białe kwiaty, owoce – wzmacniają serce, rozkurczają mięśnie gładkie ziele i korzeń – podnosi odporność, działanie przeciwnowotworowe kłącze – wykrztuśne, powlekające kwiaty – uspokajające, antyseptyczne kwiaty – uspokajające, napotne ziele – antyseptyczne, wykrztuśne kwiaty – przeciwzapalne, antyseptyczne kwiaty – w chorobach serca, ziele – hemoroidy, reumatyzm nasiona – olej o działaniu przeczyszczają-cym, zmiękczającym skórę owoce – bogate w wit. C, wzmacniające działanie, antyrodnikowe kwiaty – wykrztuśne, w stanach zapalnych dróg oddechowych Katarzyna Olesińska, Danuta Sugier, Katarzyna Luchowska Szałwia lekarska Salvia officinalis L. krzewinka Śnieżyczka przebiśnieg Galanthusniv alis L. roślina zielna Werbena lekarska Verbena officinalis L. roślina zielna Zimowit jesienny Colchicumau tumnale L. roślina zielna srebrzyste liście, fioletowe kwiatostany niebieskawe liście, białe kwiaty bladofioletowe kwiatostany fioletowe kwiaty liście – przeciwzapalne, antyseptyczne cebula i ziele – w chorobach neurologicznych ziele – bezsenność, napięcie nerwowe nasiona – kolchicyna w lekach cytostatycznych Źródło: opracowanie własne 8. Podsumowanie Rośliny lecznicze to zróżnicowana pod względem systematycznym grupa roślin. Obejmuje wiele gatunków wykorzystywanych przez człowieka w szerokim spektrum – od roślin stosowanych w farmacji, medycynie i diecie, po rośliny ściśle utożsamiane z przemysłowym zastosowaniem (gatunki barwierskie, włóknodajne i celulozowe). Obecne trendy w żywieniu i silnie propagowany „ekologiczny” styl życia są coraz bardziej popierane przez konsumentów, którzy świadomie poszukują produktów wpisujących się w tę tematykę. W tej sytuacji przemysł, szczególnie spożywczy i kosmetyczny wykorzystuje naturalne preparaty, w tym także pochodzenia roślinnego, które charakteryzują się większym bezpieczeństwem zdrowotnym oraz ograniczonym (w porównaniu do środków syntetycznych) obciążeniem środowiska. Aby spełniać coraz wyższe wymagania stawiane producentom żywności, rolnictwo zmuszone jest do poszukiwania nowatorskich rozwiązań w sferze ochrony roślin, żywienia zwierząt i zapewniania im dobrostanu. Dlatego też wśród ogromnej puli substancji aktywnych zawartych w roślinach leczniczych, poszukuje się tych o potencjale bakterio- i grzybobójczym, stymulujących plonowanie, poprawiających kondycję zwierząt gospodarskich i korzystnie wpływających na jakość wytwarzanych surowców. Ochrona bioróżnorodności sprzyja zachowaniu naturalnych siedlisk gatunków roślin uznawanych za lecznicze. Ponadto liczne prace związane z przenoszeniem ziół do systemów uprawnych pomagają chronić rośliny lecznicze, a poprzez agrotechnikę wpływać na skład chemiczny i zawartość uzyskiwanych substancji aktywnych znajdujących zastosowanie w lecznictwie i przemyśle. Analiza zgromadzonej literatury pozwala domniemywać, że rośliny lecznicze nie straciły znaczenia farmaceutycznego, przemysłowego, rolniczego, czy ozdobnego. Wręcz przeciwnie, dzięki wracaniu do „naturalnego” stylu życia ich rola wzrasta. 28 Znaczenie gospodarcze roślin leczniczych Literatura 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. Kołodziej B., Uprawa ziół. Poradnik dla plantatorów, Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, (2010), s. 9-33 Urząd Rejestracji ProduktówLeczniczych, Farmakopea IX, Warszawa, (2011) Szejk M., Kołodziejczyk-Czepas J., Żbikowska H. M., Radioprotektory w radioterapii – postępy w dziedzinie możliwości wykorzystania fitozwiązków, Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej, 70 (2016), s. 722-734 Terlikowska K., Witkowska A., Terlikowski S., Kurkumina w chemoprewencji raka piersi, Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej, 68 (2014), s. 571-578 Muszyńska I., Łojewski M., Rojowski J., Opoka W., Sułkowska-Ziaja K., Surowce naturalne mające znaczenie w profilaktyce i wspomagające leczenie depresji, Psychiatria Polska, 49 (3), (2015), s. 435-453 Czarnocki J., Rynek produktów ziołowych w Polsce, KonferencjaZielarstwo i ziołolecznictwo w Polsce i na świecie, 16. Sejmik Zielarski, 17-18.06.2016r., Trzebaw Horoszkiewicz-Hassan M., Stosowanie leków roślinnych w praktyce pediatrycznej, Pediatria i Medycyna Rodzinna, 6(4), (2010), s. 328-331 Olędzka R., Nutraceutyki, żywność funkcjonalna – rola i bezpieczeństwo stosowania, Bromatologia i Chemia Toksykologiczna, XL (1), (2007), s. 1-8 Pelc J., Stewia – słodka, bezpieczna i mało znana, Panacea, 1 (46), (2014), s. 15-15 Ciepłucha K., Nutaceutyki, Panacea, 2 (7), (2004), s. 11-13 Leja M., Mareczek A., Nanaszko B., Antyoksydacyjne właściwości owoców wybranych gatunków dziko rosnących drzew i krzewów, Roczniki Akademii Rolniczej w Poznaniu, CCCLXXXIII(2007), s. 327-331 Jabłońska-Ryś E., Zalewska-Korona M., Kalbarczyk J., Antioxidant capacity, ascorbic acid and phenolic content in wild edible fruits, Journal of Fruit and Ornamental Plant Research, 17(2),(2009), s. 115-120 Dziennik Ustaw 2006 nr 171 poz. 1225, Ustawa z dnia 25 sierpnia 2006 r. o bezpieczeństwie żywnościi żywienia Bartwicka M., Produkt leczniczy a suplement diety – aspekty prawne, Panacea, 2 (55), (2016), s. 12-13 Rejewski M., Rośliny przyprawowe i używki roślinne, Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, (1992), s. 226-277 Rymarczyk B., Gluck J., Rogala B., Dodatki spożywcze jako czynnik wywołujący objawy nadwrażliwości pokarmowej u osób dorosłych, Alergia Astma Immunologia, 19 (1), (2014), s. 35-41 Krępska M., Jagiełło J., Lasoń-Rydel M., Nowe kierunki i perspektywy rozwoju barwienia produktów spożywczych barwnikami naturalnymi, Technologia i Jakość Wyrobów, 59 (2014), s. 17-22 Dziennik Ustaw 2010 nr 323 poz. 1525, Rozporządzenie Ministra Zdrowie z dnia 22 listopada 2010r. w sprawie dozwolonych substancji dodatkowych, załącznik 3 Kozłowska-Lewecka M., Borowiecka J., Zawartość olejku eterycznego w surowcach przyprawowych wykorzystywanych w kulinariach, Bromatologia i Chemia Toksykologiczna, XLIV (2), (2011), s. 217-222 Markowska J., Polak E., Kasprzyk I., Ziołowe surowce przyprawowe w przetwórstwie żywności, Przemysł Spożywczy, 69 (11), (2015), s. 21-25 29 Katarzyna Olesińska, Danuta Sugier, Katarzyna Luchowska 21. Czapska A., Bałasińska B., Szczawiński J., Działanie przeciwbakteryjne i przeciwutleniające ekstraktów przypraw żywnościowych, Medycyna Weterynaryjna, 62 (3), (2006), s. 302-305 22. Kuczyński S., Kosmeceutyki – więcej niż kosmetyki, Panacea, 1 (14), (2006), s. 20-23 23. Lubbe A., Verporte R., Cultivation of medicinal and aromatic plants for specialty industrial materials, Industrial Crops and Products, 34 (2011), s. 785-801 24. Kowalska-Wochna E., Kosmetyki z łąk i pól. Wykorzystanie łąki i pastwiska wszystkie górki i pagórki są aptekami, Panacea, 2 (27), (2009), s. 18-19 25. Kowalska-Wochna E., Kosmetyki z ogrodu, Panacea, 3 (29), (2009), s. 24-26 26. Kapusta F., Włókiennictwo i produkcja włókien naturalnych w Polsce, Nauki Inżynierskie i Technologie, 57 (2009), s. 34-46 27. Dymon A., Rośliny lecznicze o właściwościach włóknodajnych przydatnych w papiernictwie, Gazeta Farmaceutyczna, 10 (2010), s. 38-41 28. Czajkowski W., Perspektywa stosowania barwników naturalnych w przemyśle włókienniczym, Informator Chemika Kolorysty, 20 (2012), s. 9-16 29. Otłowska O. Śliwa-Kaszyńska M., Kołodziejczyk A., Izolacja i identyfikacja naturalnych substancji barwiących obecnych w próbkach farb artystycznych i tkaninach pochodzenia historycznego, Wiadomości chemiczne, 70(2016), s. 163-188 30. Jędrzejko K., Rośliny barwierskie w grupie roślin leczniczych i kosmetycznych, Panacea, 4 (2008), s. 8-10 31. Schmidt-Przewoźna K., Zimniewska M., Natural dyeing plants as a source of compounds protecting against UV radiation, HerbaPolonica, 55 (2009), s. 311-318 32. Bechtold T., Mahmund-Ali A., Mussak R., Reuse of ash-tree (Fraxinus excelsior L.) bark as natural dyes for textile dyeing: process conditions and process stability, Coloration Technology, 123 (2007), s. 271-279 33. Bechtold T., Mahmund-Ali A., Mussak R., Anthocyanin dyes extracted from grape pomance for the purpose of textile dyeing, Journal of the Science of Food and Agriculture, 87 (2007), s. 2589-2595 34. Bortel K., Kuczyńska H., Ślusarczyk A., Badania ekstraktu chmielowego jako naturalnego środka biobójczego do farb, Przemysł Chemiczny, 92/2 (2014), s. 187-191 35. Chmielewski R., Aktualne trendy w uprawie roślin leczniczych, Konferencja Zielarstwo i ziołolecznictwo w Polsce i na świecie, 16. Sejmik Zielarski, 17-18.06.2016r., Trzebaw 36. Olewnicki D., Jabłońska L., Orliński P, Gontar Ł., Zmiany w krajowej produkcji zielarskiej i wybranych rodzajach przetwórstwa roślin zielarskich w kontekście globalnego popytu na te produkty, Zeszyty Naukowe SGGW w Warszawie Problemy Rolnictwa Światowego, tom 15 (XXX), zeszyt 1, (2015), s. 68-76 37. Agencja Restrukturyzacji i Modernizacji Rolnictwa, Zazielenienie. Rolniku! Sprawdź, co Cię czeka, Broszura, (2014), s 1-34 38. Dąbkowska T., Charakterystyka wybranych gatunków ziół i chwastów użytków zielonych, Trwałe użytki zielone w gospodarstwach ekologicznych, Seria Rolnictwo ekologiczne pod red. J. Tyburskiego. Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie,(2013), s. 85-114 39. Simska E., Bernacka H., Grabowicz M., Zioła w żywieniu owiec, z uwzględnieniem owiec, Zeszyty Naukowe nr 252 – Zootechnika 37, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich w Bydgoszczy, (2009), s. 89-97 30 Znaczenie gospodarcze roślin leczniczych 40. Gabryszuk M., Sakowski T., Metera E., Kuczyńska B., Rembiałkowska E., Wpływ żywienia na zawartość składników bioaktywnych w mleku krów z gospodarstw ekologicznych, Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 3(88), (2013), s. 16-26 41. Radkowska I., Wykorzystanie ziół i fitogenicznych dodatków paszowych w żywieniu zwierząt gospodarskich, Wiadomości Zootechniczne, R. LI (4), (2013), s. 117-124 42. Jezierska-Domaradzka A., Allelopatyczny potencjał roślin jako możliwośćograniczania zachwaszczenia upraw rolniczych, Studia i raportyIUNG – PIB, zeszyt 8, (2007), s.23-28 43. Ostrowska A., Robak J., Możliwość ochrony ogórka w uprawie polowej przed mączniakiem rzekomym z wykorzystaniem środków pochodzenia naturalnego, Poszukiwanie nowych rozwiązań w ochronie upraw ekologicznych, Instytut Ochrony Roślin Państwowy Instytut Badawczy, (2008), s. 307-310 44. Przybylak Z., Ekologiczne preparaty na szkodniki i choroby. Poradnik praktyczny, Wydawnictwo Gaj, (2011), s 31-43 45. Duda M., Dubert F., Wpływ Lavendula angustifolia L. na występowanie chowaczy w uprawie rzepaku ozimego, Poszukiwanie nowych rozwiązań w ochronie upraw ekologicznych, Instytut Ochrony Roślin Państwowy Instytut Badawczy, (2008), s. 348-351 46. Wawrzyniak M., Aktywność ekstraktów roślinnych w stosunku do bielinka kapustnika (Pieris brassicae L.), Poszukiwanie nowych rozwiązań w ochronie upraw ekologicznych, Instytut Ochrony Roślin Państwowy Instytut Badawczy, (2008), s. 353-364 47. Mackoś-Iwaszko E., Karczmarz K., Rośliny ozdobne stosowane w ogrodach podręcznych, Teka Komisji Architektury, Urbanistyki i Studiów Krajobrazowych – OL PAN, IX/1 (2013), s. 70-78 48. Lipińska H., Harkot W., Kępka M., Współczesne formy zagospodarowania wiejskich ogrodów przydomowych na Lubelszczyźnie, Nauka Przyroda Technologie 3/1 (2009), s. 1-8 49. Nurzyńska-Wierdak R., Dzida K., Zawiślak G., Popławska Ż, Znaczenie ogrodów ziołowych i możliwości wykorzystanie roślin zielarskich w gospodarstwie agroturystycznym w opinii potencjalnych odbiorców usług agroturystycznych, Annales UMCS, Sectio E, LXIX (2014), s. 34-43 31 Katarzyna Olesińska, Danuta Sugier, Katarzyna Luchowska Znaczenie gospodarcze roślin leczniczych Celem pracy było zebranie i usystematyzowanie informacji dotyczących znaczenia gospodarczego roślin leczniczych. Polska jest krajem o dużych możliwościach produkcji wysokiej jakości surowców i produktów zielarskich. Obecnie w uprawie znajduje się ok. 80 gatunków roślin leczniczych, a blisko 100 jest pozyskiwanych ze stanowisk naturalnych. Produkcją surowców zielarskich zajmuje się prawie 20 tys. gospodarstw rolnych. Rośliny zielarskie są wykorzystywane głównie w medycynie i farmacji jako surowce do uzyskiwania cennych leków ziołowych i preparatów roślinnych. Cieszą się również uznaniem u dietetyków oraz osób zainteresowanych zdrowym odżywianiem (żywność funkcjonalna i nutraceutyki). W przemyśle spożywczym ceni się je jako ważny składnik smakowy wielu produktów, nadający im naturalny aromat i barwę. Wśród ziół występują liczne rośliny olejkodajne, które znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle cukierniczym i kosmetycznym, m.in. w produkcji perfum i aromatyzowaniu różnego typu kosmetyków. Wraz z większą świadomością ekologiczną konsumentów wzrasta znaczenie ziół w produkcji naturalnych barwników wykorzystywanych w barwieniu włókien naturalnych, produkcji farb i lakierów oraz nadawaniu pożądanej barwy produktom spożywczym i kosmetycznym. Wybrane rośliny zielarskie są wykorzystywane w żywieniu zwierząt. Pasza wzbogacona w zioła wykazuje większą smakowitość, zawiera witaminy i minerały oraz związki regulujące trawienie, a także działające antyseptycznie i immunostymulująco, dzięki czemu możliwe staje się ograniczenie stosowana antybiotyków. Rolnictwo, szczególnie ekologiczne, poszukuje mniej inwazyjnych metod ochrony roślin i zwierząt. Dlatego coraz większe znaczenie zyskują związki biologicznie czynne, które mogą być stosowane jakobiocydy i repelenty naturalnego pochodzenia. Powyższe przykłady zastosowania roślin leczniczych wskazują na potencjał tej grupy roślin i sugerują rozwój dalszych badań, dzięki którym możliwe będzie jeszcze szersze ich wykorzystanie. Słowa kluczowe: zioła, przemysł, rolnictwo, farmacja, kosmetyka Economic importance of medicinal plants The aim of the study was to collect and systematise information on the economic importance of medicinal plants. Poland has great potential of production of high-quality herbal raw materials and products. Currently, approximately 80 medicinal plant species are cultivated and nearly 100 species are collected in natural habitats. Herbal raw materials are produced on almost 2 thousand agricultural farms. Herbal plants are mainly used in medicine and pharmaceutical industry as raw materials for manufacturing valuable herbal medicines and plant-origin formulations. They are also popular among dieticians and people interested in healthy nutrition (functional food and nutraceuticals). In food industry, herbs are highly valued as important components of many food products providing natural flavour and colour. Herbs comprise a variety of oil-bearing plants, which are widely used in confectionery and cosmetic industries, e.g. for production of perfumes and aromatisation of many types of cosmetics. The increasing consumers’ environmental awareness is accompanied by increased importance of herbs in production of natural dyes used for colourisation of natural fibres, production of paints and varnishes, and as colours for food and cosmetic products. Some herbal plants are used in animal nutrition. Feed enriched with herbs exhibits greater palatability and contains vitamins, minerals, and compounds that regulate digestion and have antiseptic and immunostimulatory activity; this contributes to limitation of the use of antibiotics. Agriculture, especially the organic type, seeks for less invasive plant and animal protection methods. Hence, bioactive compounds that can be used as natural biocides and repellents are becoming more important. These examples of the application of medicinal plants indicate great potential of this plant group and suggest that further research that will contribute to their wider use should be continued. Keywords: herbs, industry, agriculture, pharmacy, cosmetics 32 Monika Janeczko1 Emodyna – naturalny antrachinon o aktywności przeciwnowotworowej i przeciwzapalnej 1. Wstęp Przyczyny nowotworów mogą być bardzo różne. Większość z tych chorób jest od nas niezależna (genetyczne predyspozycje), na rozwój innych mamy wpływ, m. in. przez styl życia i właściwą profilaktykę. Źródłem powstawania nowotworów mogą być silne, długotrwałe reakcje zapalne, w następstwie których rozwijają się guzy każdego rodzaju. W tym przypadku stan zapalny zamiast sprzyjać naprawie tkanek powoduje zmiany patologiczne. Przykładem jest rak żołądka, który rozwija się w następstwie zapalenia wywoływanego przez bakterię Helicobacter pylori, rak wątrobowokomórkowy jako efekt wirusowego zapalenia wątroby typu B czy rak prostaty wywołany przez zapalenie prostaty [1]. Molekularne podłoże większości nowotworów jest jednakowe i opiera się na rozregulowaniu wielu szlaków sygnalizacji komórkowej. Skuteczne leki przeciwnowotworowe powinny zatem wykazywać plejotropowy charakter, tj. aktywność wobec wielu celów komórkowych. Konwencjonalne metody leczenia, w tym chemioterapia i radioterapia często są nieskuteczne, generują wiele skutków ubocznych oraz wysokie koszty. Badania nad opracowaniem i wdrożeniem alternatywnych, nietoksycznych leków oraz terapii kombinowanych coraz częściej opierają się na pozyskiwaniu naturalnych chemioterapeutyków z ekstraktów roślinnych. Komponenty roślinne były wykorzystywane już w starożytności w leczeniu wielu schorzeń i nadal cieszą się dużym zainteresowaniem, szczególnie w ludowej medycynie Dalekiego Wschodu [2]. Szeroki zakres zastosowań terapeutycznych wykazują antrachinony pozyskiwane z korzeni i liści wielu roślin należących m.in. do rodzin Polygonaceae, Rhamnaceae, Rubiaceae, Fabaceae oraz Scrophulariaceae, jak również z grzybów i porostów. Wykazują one działanie przeciwhiperlipidemiczne, obniżające poziom cholesterolu, antyseptyczne, przeciwskurczowe, przeciwnowotworowe, przeczyszczające i ściągające [3]. 1 Katedra Biologii Molekularnej, Katolicki Uniwersytet Lubelski Jana Pawła II, ul. Konstantynów 1 I, 20-708 Lublin 33 Monika Janeczko Rysunek 1. Aktywność biologiczna emodyny [opracowanie własne] Jednym z najbardziej obiecujących naturalnych antrachinonów o szerokich właściwościach leczniczych jest emodyna (rysunek 1). Związek ten jest skutecznym inhibitorem wielu szlaków sygnalizacji komórkowej. Potwierdzono jego działanie w hamowaniu procesów nowotworzenia na etapie proliferacji, inwazji i angiogenezy. Ponadto, emodynę stosuje się w leczeniu kamicy żółciowej, zapalenia wątroby, zapalenia szpiku oraz w leczeniu infekcji bakteryjnych i wirusowych. Ogromny potencjał terapeutyczny emodyny wynika ze zdolności do interakcji z wieloma celami molekularnymi, zaangażowanymi w procesy zapalne i nowotworzenie (rysunek 2) [4, 5]. Rysunek. 2. Główne onkogenne cele molekularne regulowane przez emodynę w leczeniu chorób zapalnych i raka [opracowanie własne] 34 Emodyna – naturalny antrachinon o aktywności przeciwnowotworowej i przeciwzapalnej 2. Przeciwnowotworowa aktywność emodyny Emodyna hamuje rozwój wielu typów nowotworów [6-8] i reguluje ekspresję genów związanych z kontrolą apoptozy, onkogenezy, proliferacji, inwazji i przerzutów komórek rakowych. Działanie przeciwnowotworowe emodyny w różnych rodzajach nowotworów opiera się na innych mechanizmach działania. Warto zauważyć, że w terapii skojarzonej antrachinonu z innymi chemioterapeutykami wzrasta ich skuteczność lecznicza i występuje mniej skutków ubocznych [4]. 2.1. Działanie emodyny na proliferację komórek Wpływ emodyny na proliferację komórek został zbadany i potwierdzony na wielu nowotworowych liniach komórkowych, w tym raka sutka [9], żołądka [10], trzustki [11], gruczolaka [12], raka prostaty [13], raka wątroby [14, 15], białaczki, glejaka [16] i raka płuc [17]. Aktywność ta związana jest z hamowaniem aktywności kinaz tyrozynowych: MAPK, PKC, NF-ĸB i ERK. Białka te odgrywają ważną rolę w regulacji proliferacji komórkowej, stąd skuteczne hamowanie szlaków sygnalizacyjnych, w które są zaangażowane wywiera działanie antyproliferacyjne [18]. Wykazano, że w komórkach raka piersi z nadekspresją HER-2/neu, emodyna hamuje aktywność kinazy tyrozynowej HER-2/neu [19]. Z kolei w komórkach rakowych jelita grubego emodyna hamuje fosforylację receptorów czynnika wzrostu śródbłonka naczyń (VEGF) [20]. Inny antyproliferacyjny mechanizm działania emodyny to indukcja uszkodzeń DNA wywołanych przez reaktywne formy tlenu (ROS), których stężenie znacznie wzrasta w komórkach traktowanych tym antrachinonem, co podwyższa wrażliwość na chemioterapię [21]. Emodyna jest stosowana jako środek wspomagający leczenie innymi chemioterapeutykami. Sukcesy takiej terapii odnotowano m.in. w leczeniu skojarzonym z antybiotykiem przeciwnowotworowym miocyną C w komórkach raka płuc, w których wykazano inaktywację kinaz ERK1/2 i obniżenie aktywności ssaczego rekombinowanego białka Rad51 zaangażowanego w procesy naprawy DNA. Podobnie we współleczeniu cisplatyną w komórkach niedrobnokomórkowego nowotworu płuc NSCLC zaobserwowano znaczne obniżenie ekspresji endonukleaz, enzymów zaangażowanych w naprawę DNA przez usuwanie nieprawidłowych nukleotydów (ERCC1). Natomiast zastosowanie emodyny wraz z kapecytabiną indukuje cytotoksyczność poprzez hamowanie ekspresji obydwu białek Rad51 i ERCC1 [21-23]. Inne badania wskazują, że cytotoksyczny potencjał emodyny jest wynikiem hamowania ekspresji czynników antyapoptotycznych XIAP i surwiwiny [24]. Emodyna jest też skutecznym chemioterapeutykiem w zapobieganiu i leczeniu raka prostaty, poprzez hamowanie aktywności receptora androgenowego (AR) [25]. 35 Monika Janeczko 2.2. Wpływ emodyny na czynnik transkrypcyjny NF-ĸB NF-ĸB jest prozapalnym czynnikiem transkrypcyjnym, który reguluje transkrypcję genów biorących udział w proliferacji i przeżywalności komórek. Konstytutywna ekspresja NF-ĸB jest markerem nowotworzenia i zasadniczo wiąże się z rozrostem nowotworu, radio- i chemioopornością oraz progresją guza. Tak więc, NF-ĸB jest ważnym celem terapii przeciwnowotworowej, w której potwierdzono skuteczność emodyny m.in. w takich procesach jak: promowanie apoptozy i działanie przeciw metastazie w komórkach raka trzustki zarówno in vitro jak i in vivo przez hamowanie wiązania NF-ĸB z DNA i aktywności surwiwiny oraz metaloproteinazy 9 (MMP-9) [26]; obniżenie poziomu degradacji IĸBα, translokacji białka p65 do jądra, a tym samym hamowanie szlaku sygnalizacji NF-ĸB we współleczeniu z 13-octan-12O-tetradekanoiloforbolem (TPA) [27]. 2.3. Proapoptotyczny potencjał emodyny Emodyna jest silnym czynnikiem proapoptotycznym. Apoptoza komórek jest wyzwalana na drodze dwóch szlaków. Szlak zależny od receptorów śmierci, czyli zewnętrzny rozpoczyna się od pobudzenia błonowych receptorów śmierci DR. Obejmuje on ligandy i ich receptory, takie jak FAS, TNF, kaspazy i Bcl2. Szlak zależny od mitochondriów, czyli inaczej wewnętrzny, w którym czynniki apoptotyczne uwalniane są z mitochondrów na skutek uszkodzenia DNA, pozbawienia komórek czynników wzrostu, niedotlenienia lub za pośrednictwem onkogenów [28]. Liczne doniesienia literaturowe wskazują, że emodyna indukuje apoptozę przez wpływ na produkcję ROS, oraz na ścieżki sygnałowe zależne od kaspaz i mitochondriów, w różnych liniach komórek rakowych. W tabeli 1 umieszczone zostały przykładowe mechanizmy tej aktywności w wybranych liniach komórkowych. 2.4. Wpływ emodyny na szlak PI3K/AKT/mTOR i inne cząsteczki o potencjale onkogennym Wewnątrzkomórkowy szlak sygnalizacji PI3K/AKT/mTOR odgrywa zasadniczą rolę w regulacji cyklu komórkowego. Nieprawidłowości w jego regulacji wiązane są z rozwojem wielu nowotworów. Emodyna wpływa na szlak sygnalizacyjny na wielu jego etapach, są to m.in.: hamowanie ekspresji białek AKT, p-AKT, IĸB-α, p-IĸB-α, p65, p-p65, p-mTOR i m-TOR, a tym samym promowania apoptozy w komórkach nowotworowych [43]; hamowanie aktywności kinazy PI3K [44]; hamowanie kinazy MAPK i blokowanie oddziaływania receptorów HER2/neu z Hsp90, co zwiększa wewnątrzkomórkową redestrybucję i ubikwitynację, a zatem degradację proteasomalną HER2/neu [45]. 36 Emodyna – naturalny antrachinon o aktywności przeciwnowotworowej i przeciwzapalnej Tabela 1. Wybrane mechanizmy aktywności emodyny jako czynnika proapoptycznego. Rodzaj komórek nowotworowych Rak wątroby Huh7, Hep3B i HepG2 Ludzki gruczolakorak płuc A549 Białaczkowe komórki Jurkat Rak płaskonabłonkowy CH27 Komórki HepG2, Hep3B and HeLa Komórki raka trzustki K562 Rak wątrobowokomórkowy HCC Rak przełyku EC-109 Mechanizm aktywności wzrost poziomu ekspresji cykliny A, cykliny B, CHK2, Cdk2 i p27 oraz obniżenie poziomu ekspresji p21 i Cdc25C, obniżenie poziomu białka NF-ĸb/p65 i ekspresji Bcl-2, wzrost poziomu p53, uwolnienie mitochondrialnego cytochromu c, aktywacja kaspazy-8 i -9 zaburzenie ekspresji p53, aktywacja białka Bax, uwolnienie cytochromu C, obniżenie ekspresji c-myc, hTERT, Bcl-2, prokaspazy-3 -8 -9 zwiększenie ekspresji kaspazy-3 i polimerazy poli ADP rybozy (PARP) selektywne hamowanie szlaku JAK2/STAT3, hamowanie Mcl-1 (antyapoptotyczne białko z rodziny Bcl-2) Źródło [29, 30] [31] [32, 33] szlaki śmierci Bax i Fas [34] hamowanie aktywności CK2 [34] hamowanie ekspresji XIAP, surwiwiny i betakateniny apoptoza indukowana przez TRAIL, poprzez obniżanie aktywności białek antyapoptotycznych, zwiększona ekspresję białek apoptotycznych i ROS, które pośredniczą w zwiększeniu ekspresji receptorów śmierci obniżenie wewnątrzkomórkowego pH i generowane powstawania ROS [35-37] [38] [39] Rak sutka MDAMB453 i ludzkiego gruczolakoraka płuc, Calu-3 apoptoza indukowana szlakiem mitochondrialnym i aktywacją kaspazy-8 [40] Rak trzustki Panc-1 odmowę mitochondrialnego potencjału błonowego [41] Komórki HepG2 indukcja powstawania ROS zmniejszenie wewnątrzkomórkowego mitochondrialnego potencjału transbłonowego, aktywacja kaspazy-9 i kaspazy-3, co prowadzi do fragmentacji DNA [42] Źródło: opracowanie własne 37 Monika Janeczko Wśród innych istotnych onkogennych cząsteczek komórkowych, na aktywność których ma wpływ emodyna należy wymienić również topoizomerazę II, enzym biorący udział w wielu procesach komórkowych takich jak replikacja DNA, rekombinacja i transkrypcja. Emodyna stabilizuje kompleksy cięcia Topo II-DNA i hamuje hydrolizę ATP, co prowadzi do indukcji dwuniciowych przerw, a tym samym uszkodzeń w DNA [46]. Rozwój i wzrost nowotworów związany jest również z układem hemostazy, zarówno przez indukcję nadkrzepliwości krwi, zmiany o charakterze skaz krwotocznych wraz z zaburzeniami układu fibrynolizy. Okazało się, że w tym zakresie emodyna również znajduje skuteczne zastosowanie, ponieważ wpływa na ekspresję urokinazowego aktywatora plazminogenu (uPA) oraz inhibitora aktywatora plazminogenu 1 (PAI-1) w komórkach fibroblastów przez co reguluje intensywność fibrynolizy [47]. 2.5. Wpływ emodyny na angiogenezę i metastazę Angiogeneza jest kluczowym etapem rozwoju nowotworu. Znajduje się on pod kontrolą różnych czynników, takich jak transformujący czynnik wzrostu alfa TGF-α, czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego VEGF i czynnika wzrostu fibroblastów FGF. Wykazano, że emodyna hamuje zależną od VEGF-A proliferację, migrację, inwazję i tworzenie naczyń z ludzkich komórek śródbłonka żyły pępowinowej HUVEC in vitro. Ponadto blokuje proliferację i migrację komórek HUVEC, indukowaną czynnikiem FGF i zależne od VEGF-A formowanie naczyń z ludzkich skórnych mikronaczyniowych komórek śródbłonka. Badania potwierdzają wpływ emodyny na zatrzymanie wzrost HUVEC w fazie G0/G1 cyklu komórkowego poprzez inhibicję cyklin D1 i E. Ważną rolę w proliferacji, migracji i różnicowaniu komórek śródbłonkowych w odpowiedzi na czynnik VEGF-A odgrywa jego receptor KDR/FLK-1. W tym przypadku emodyna blokuje fosforylację receptora i kolejne etapy tej sygnalizacji, w tym cząsteczki FAK, ERK1/2, p38, MAPK i AKT [48]. Przeciwangiogenne działanie emodyny związane jest również z faktem, że związek ten indukuję apoptozę zależną od białka p53. Z kolei nadekspresja p53 i związek tego białka z sygnalizacją kinazową może przyczyniać się do zmniejszenia syntezy VEGF w komórkach nowotworowych [49]. Emodyna skutecznie hamuje ekspresję czynnika NF-B, związanego z angiogenezą, jak również czynników, które wpływają na jego regulację, w tym VEGF, MMP-2, MMP-9 i syntazy tlenku azotu 3 (eNOS). Inne badania potwierdziły udział tego związku w hamowaniu fosforylacji kinazy ERK1/2 i ekspresji metaloproteinazy macierzy zewnątrzkomórkowej 9 (MMP-9) [50]. Metaloproteinazy macierzy zewnątrzkomórkowej i receptory chemokinowe CXCR4 i CXCR12 wpływają na proliferację, inwazję i przerzuty komórek nowotworowych. Emodyna wpływa na regulację ich ekspresji i aktywności, co potwierdzono w badaniach na kilku liniach komórek nowotworowych. Wyniki tych badań zebrano w tabeli 2. 38 Emodyna – naturalny antrachinon o aktywności przeciwnowotworowej i przeciwzapalnej Tabela 2. Wpływ emodyny na metastazę i angiogenezę w wybranych liniach komórkowych Rodzaj komórek nowotworowych Nowotwór prostaty DU145 i nowotwór płuc A549 Komórki nowotworowe nerwiaka SH-SY5Y komórki raka żołądka SGC-7901 Mechanizm aktywności obniżenie ekspresji CXCR4 i CXCR12 oraz HER2, Hamowanie translokacji jądrowej białka p65 obniżenie poziomu MMP2, MMP7 i MMP9 obniżenie poziomu białek Grb2, RhoA, HIF-1a, VEGF, FAK i iNOS, COX2,p-p38, p-c-Jun, podwyższenie poziomu białek PKC, PI3K, NF-kappaB i p65 hamowanie aktywności fosfatazy regeneracji wątroby PRL-3 Źródło [51] [52] [53] Źródło: opracowanie własne 3. Przeciwzapalne działanie emodyny Emodyna jest skutecznym inhibitorem wielu biomarkerów zapalnych, które odgrywają kluczową rolę w rozwoju nowotworów. Są to m.in. czynnik jądrowy kappa B (NF-ĸB), czynnik martwicy nowotworu (TNF-α), interleukiny (IL)-1β, IL-6, IL-8, chemokina CXCR4, cząsteczki adhezyjne, takie jak ICAM-1, VCAM-1 i ELAM-1 oraz czynniki angiogeniczne, w tym czynnik wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF). Potencjalna rola emodyny w leczeniu różnych chorób zapalnych oparta jest na hamowaniu aktywacji NF-ĸB indukowanej TNF, który bierze udział w transkrypcji prozapalnych genów zaangażowanych w progresję choroby. Cząsteczki adhezyjne (ICAM-1, VCAM-1, ELAM-1) zawierają miejsca wiązania czynnika jądrowego kappa B, którego inhibicja prowadzi do hamowania łączenia monocytów z komórkami śródbłonka, jak i ekspresji samych cząsteczek adhezyjnych [54]. Wykazano także, że emodyna hamuje indukowane lipopolisacharydem cytokiny prozapalne (IL-1b, IL-6) i chemokiny (IL-8, CCL2) oraz aktywację NF-ĸB, przez destabilizację łańcuchów lipidowych w śródbłonkowych komórkach CD14-ujemnych [55]. Ponadto związek ten wpływa na różnicowanie i dojrzewanie komórek dendrytycznych (DC), zwiększa poziom CD4+CD25+ komórek T i znacznie zmniejsza poziom IL-12p70. Istnieją także doniesienia, że emodyna hamuje proliferację aktywowanych limfocytów T oraz powoduje obniżenie syntezy cytokin, ekspresji IL-2 i poziomu Ca2+ w komórkach [56, 57]. Potwierdzono, że emodyna hamuje zależną od receptora chemokinowego CXCR4 chemotaksję leukocytów na drodze inaktywacji szlaku MEK/ERK [58]. Podczas gdy w innych doświadczeniach wykazano, że leczenie emodyną zwiększa aktywność fagocytarną makrofagów i ekspresję cytokin IL-1 i TNF-α w leukocytach. Inny potwierdzony mechanizm molekularny przeciwzapalnej aktywności emodyny opiera się na hamowaniu uwalniania cytokiny prozapalnej HMGB1, czynnika TNF-α 39 Monika Janeczko i aktywację NF-ĸB przez HMGB1 w ludzkich komórkach śródbłonka żyły pępowinowej (HUVEC) [59, 60]. Ogromny potencjał emodyny w zapobieganiu i leczeniu różnych stanów zapalnych został potwierdzony w takich jednostkach chorobowych jak zapalenie trzustki, astma, zapalenie stawów, miażdżyca tętnic, zapalenie mięśnia sercowego, zapalenie kłębuszków nerkowych i choroba Alzheimera. 3.1. Zapalenie trzustki Emodynę od dawna stosuje się jako środek leczniczy w ostrym zapaleniu trzustki. Związek ten łagodzi stan zapalny i redukuje obrzęk narządu. Powoduje obniżenie poziomu cytokin prozapalnych TNF-α i IL-6 oraz zmniejsza przepuszczalność międzykomórkową poprzez wpływ za podwyższenie ekspresji białek międzykomórkowych połączeń ścisłych, klaudyny-5 i okludyny. Białka te pełnią funkcję barierową, uszczelniając połączenia międzykomórkowe w nabłonku i śródbłonku. Utrata tych funkcji towarzyszy ostremu zapaleniu trzustki [61]. Wykazano również, że emodyna zapobiega koagulacji i zwiększa krioprotekcję i mikrotrombozę przez hamowanie uwalniania cytokin zapalnych i zaburzenia metabolizmu eikozanoidów [62]. Ponadto, reguluje wzrost komórek i ich różnicowanie, stymuluje syntezę składników macierzy pozakomórkowej, stymuluje syntezę DNA i białek, a tym samym odgrywa ważną rolę w naprawie i regeneracji komórek zmienionej zapalnie trzustki. W tym przypadku aktywność ta wiąże się bezpośrednio z wpływem związku na zmniejszenie aktywności amylazy w surowicy krwi i zwiększenie ekspresji genu transformującego czynnika wzrostu beta 1 (TGF-β1) [63]. Doniesienia literaturowe wskazują także na inne mechanizmy tego działania, takie jak: obniżenie aktywności mieloperoksydazy trzustki (MPO) oraz ekspresji czynnika pochodzenia stromalnego 1 (SDF-1) [64]; hamowanie szlaku NF-ĸB i zmniejszanie produkcji TNF-α i IL-1β [65]. 3.2. Artretyzm Artretyzm jest przewlekłą chorobą stawów, wywoływaną stanem zapalnym, o różnym podłożu (dna moczanowa, osteoartretyzm lub artretyzm reumatyczny). U chorych na reumatoidalne zapalenie stawów najważniejszą zmianą patologiczną jest tworzenie nowych naczyń w zmienionej zapalnie błonie maziowej stawów. Podłoże molekularne angiogenezy może być różne i powodowane przez prozapalne cytokiny, VEGF oraz indukowany niedotlenieniem czynnik-1alfa (HIF-1α). Udowodniono, że emodyna stosowana w warunkach hipoksji znacznie zmniejsza wytwarzanie cytokin prozapalnych (TNF-α, IL-6, IL-8), mediatorów (prostaglandyny E (2), PGE (2)) i metaloproteinaz macierzy pozakomórkowej (MMP-1 i MMP-13) w IL-1β i synowiocytach traktowanych LPS. Terapeutyczne właściwości emodyny w leczeniu zapalenia stawów związane są również z hamowaniem ekspresji czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF), cyklooksygenazy 2 (COX-2), HIF-1α i deacetylazy histonów 40 Emodyna – naturalny antrachinon o aktywności przeciwnowotworowej i przeciwzapalnej (HDAC1). Ostatnie doniesienia wskazują, że związek ten bezpośrednio stymuluje proliferację i różnicowanie komórek w liniach komórkowych osteoblastów MC3T3-E1, a zatem może być stosowany nie tylko w leczenia reumatoidalnego zapalenia stawów, ale także złamań oraz urazów mięśni [66, 67]. 3.3. Astma Astma jest przewlekłą chorobą zapalną, która objawia się nadreaktywnością oskrzeli i częstym oskrzelowym zapaleniem dróg oddechowych. Obecnie kwalifikowana jest jako jedna z najpoważniejszych chorób cywilizacyjnych na świecie. Mogą ją powodować zarówno czynniki genetyczne jak i środowiskowe, natomiast u podłoża napadów asmy leżą mechanizmy zapalne, alergiczno-immunologiczne oraz reakcja alergiczna na niektóre substancje. W badaniach z wykorzystaniem modelowych organizmów myszy uczulanych owoalbuminą z prowokowanymi napadami astmy, wykazano zwiększoną produkcję cytokin Th2 (takich jak IL-5 i IL-13), eozynofilów i wyższy poziom immunoglobuliny E (IgE) w surowicy krwi. Ponadto, stwierdzono podwyższony poziom składnika mucyny MUC5AC i chitynaz. Z kolei u myszy, którym podawano emodynę przed uczuleniem owoalbuminą nie rozwijało się zapalenie dróg oddechowych oraz hamowana była ekspresja komponentów mucyny i chitynaz. Skutecznie hamowany był również szlak sygnalizacji NF-ĸB, który reguluje ekspresję wielu mediatorów zapalnych. W innych badaniach potwierdzono silny antyalergiczny charakter emodyny, związany z oddziaływaniem na mastocyty (komórki tuczne), które są ważnymi mediatorami alergii i reakcji anafilaktycznej [68, 69]. 3.4. Zapalenie mięśnia sercowego Inną chorobą zapalną, w leczeniu i zapobieganiu której istnieje możliwość zastosowania emodyny jest zapalenie mięśnia sercowego. Do najczęstszych przyczyn tej choroby należą infekcje bakteryjne, wirusowe i pasożytnicze, choroby autoimmunologiczne, bywa też skutkiem zatrucia lekami, narkotykami lub metalami ciężkimi. Stan zapalny obejmuje komórki mięśnia sercowego, tkankę śródmiąższową i naczynia serca. Choroba ta charakteryzuje się wysoką ekspresją prozapalnych chemokin i cytokin. W szczurzym doświadczalnym modelu autoimmunologicznego zapalenia mięśnia sercowego wykazano, że leczenie emodyną znacznie poprawia funkcjonowanie lewej komory i zmniejsza zapalenie mięśnia sercowego. Ponadto, znacząco obniża poziom prozapalnych cytokin i ich regulatora – czynnika jądrowego ĸBp65 (NF-ĸBp65), TNF-α i IL-1 [70]. Emodyna chroni komórki mięśniowe serca przed uszkodzeniem poprzez hamowanie TNF-α i NF-ĸB, jak również apoptozy zależnej od kaspazy-3 [71]. 3.5. Kłębuszkowe zapalenie nerek Emodyna znalazła również zastosowanie w leczeniu kłębuszkowego zapalenia nerek. Choroba ta charakteryzuje się zwiększeniem ilości komórek mezangium, której może towarzyszyć przybytek macierzy i poszerzenie przestrzeni mezangialnej. Jest 41 Monika Janeczko często powikłaniem infekcji bakteryjnej lub wirusowej [72]. Terapeutyczne działanie emodyny w tym przypadku może być rozpatrywane na kilku płaszczyznach: inhibicja kinazy białkowej CK2, zaangażowanej w proces zapalny; hamowanie wytwarzanie fibronektyny, która jest istotnym składnikiem macierzy zewnątrzkomórkowej; zmniejszenie akumulacji macierzy mezangialnej; zmniejszenie poziomu IL-1; hamowanie proliferacji fibroblastów; promowanie apoptozy przez zwiększenie ekspresji genu c-myc [73, 74]. 3.6. Choroba Alzheimera Choroba Alzheimera to ciężka choroba neurodegeneracyjna, której podłoże związane jest z patologiczną akumulację B-amyloidu (Ab) i nieprawidłowym fałdowaniem białka tau, co prowadzi do powstawania sparowanych filamentów helikalnych (PHF) i splątków neurofibrylarnych.. Emodyna skutecznie zapobiega nieprawidłowej agregacji białka tau w PHF. Ponadto jest skutecznym lekiem neuroochronnym, ze względu na zaangażowanie w regulację aktywności Bcl-2, aktywowane szlaków ER/PI3K/AKT i hamowanie fosforylacji JNK1/2 [75]. 4. Podsumowanie Emodyna jest naturalnym antrachinonen o ogromnym potencjale terapeutycznym, znanym już w starożytności. W ostatnim czasie jest chętnie wykorzystywana w badaniach nad uzyskaniem efektywnej terapii przeciwzapalnej i przeciwotworowej, co związane jest z pogłębianiem wiedzy na temat spektrum jej działania na poziomie molekularnym. Okazuje się, że jest to cząsteczka wysoce plejotropowa, co wydaje się być kluczowe biorąc pod uwagę molekularne uwarunkowania tych chorób. Emodyna silnie hamuje aktywność kinaz, takich jak Her-2/neu, CK2 i PKC, wpływa również na regulację szlaków sygnalizacyjnych NF-ĸB, STAT3, AKT, MMP i Bax/Bcl-2. Ponadto, emodyna w połączeniu z innymi chemioterapeutykami i w terapiach celowanych skuteczne eliminuje lub hamuje wzrost komórek nowotworowych. Wyniki badań przedklinicznych powinny być w przyszłości uzupełnione danymi na temat biodostępności, farmakokinetyki i metabolizmu emodyny. Bezpieczne stosowanie związku w badaniach klinicznych u ludzi wymaga również określenia wpływu emodyny na metabolizm innych leków. 42 Emodyna – naturalny antrachinon o aktywności przeciwnowotworowej i przeciwzapalnej Literatura 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. Munn L. L., Cancer and inflammation, Wiley Interdisciplinary Reviews: Systems Biology and Medicine, DOI: 10.1002/wsbm.1370 (2016) [Wydanie elektroniczne przed wydrukiem] Muto A., Hori M., Sasaki Y., Saitoh A., Yasuda I., Maekawa T., Uchida T., Asakura K., Nakazato T., Kaneda T., Kizaki M., Ikeda Y., Yoshida T., Emodin has a cytotoxic activity against human multiple myeloma as a Janus-activated kinase 2 inhibitor, Molecular Cancer Therapeutics, 6(3) (2007), s. 987-994 Shang X. Y., Yuan Z. B., Determination of six effective components in Rheum by cyclodextrin modified micellar electrokinetic chromatography, Yao Xue Xue Bao 37, (2002), s. 798-801 Wei-Tian W., Sheng-Zhang L., Dian-Lei L, Zhao-Hong W., The distinct mechanisms of the antitumor activity of emodin in different types of cancer, Oncology Reports 30, (2013), s. 2555-2562 Tan W., Lu J., Huang M., Li Y., Chen M., Wu G., Gong J., Zhong Z., Xu Z., Dang Y., Guo J., Chen X., Wang Y., Anti-cancer natural products isolated from Chinese medicinal herbs, Chinese Medicine 6, (2011) s. 27 Chen Y. C., Shen S. C., Lee W. R., Emodin induces apoptosis in human promyeloleukemic HL-60 cells accompanied by activation of caspase 3 cascade but independent of reactive oxygen species production, Biochemical Pharmacology 64, (2002), s. 1713-1724 Su Y. T., Chang H. L., Shyue S. K., Hsu S. L., Emodin induces apoptosis in human lung adenocarcinoma cells through a reactive oxygen species-dependent mitochondrial signaling pathway, Biochemical Pharmacology 70, (2005), s. 229-241 Srinivas G., Anto R. J., Srinivas P., Vidhyalakshmi S., Senan V. P. Karunagaran D., Emodin induces apoptosis of human cervical cancer cells through poly(ADP-ribose) polymerase cleavage and activation of caspase-9, European Journal of Pharmacology 473, (2003), s. 117-125 Wang S. C., Zhang L., Hortobagyi G. N., Hung M. C., Targeting HER2: recent developments and future directions for breast cancer patients, Seminars in Oncology 28, (2001), s. 21-29 Sun Z. H., Bu P., Downregulation of phosphatase of regenerating liver-3 is involved in the inhibition of proliferation and apoptosis induced by emodin in the SGC-7901 human gastric carcinoma cell line, Experimental and Therapeutic Medicine 3, (2012), s. 1077-1081 Liu A., Chen H., Wei W., Ye S., Liao W., Gong J., Jiang Z., Wang L., Lin S., Antiproliferative and antimetastatic effects of emodin on human pancreatic cancer, Oncology Reports 26, (2011), s. 81-89 Li J. N., Lv F. Z., Xiao J. L., Effects of emodin on proliferation cycle and apoptotic gene of human lung adenocarcinoma cell line Anip 973, Zhongguo Zhong Xi Yi Jie He Za Zhi 26, (2006), s. 1015-1017. 1020 Yu C. X., Zhang X. Q., Kang L. D., Zhang P. J., Chen W. W., Liu W. W., Liu Q. W., Zhang J. Y., Emodin induces apoptosis in human prostate cancer cell LNCaP, Asian Journal of Andrology 10, (2008), s. 625-634 Liu J. B., Gao X. G., Lian T., Zhao A. Z., Li K. Z., Apoptosis of human hepatoma HepG2 cells induced by emodin in vitro, Ai Zheng 22, (2003), s. 1280-1283 43 Monika Janeczko 15. Hsu C. M., Hsu Y. A., Tsai Y., Shieh F. K., Huang S. H., Wan L., Tsai F. J., Emodin inhibits the growth of hepatoma cells: finding the common anti-cancer pathway using Huh7, Hep3B, and HepG2 cells, Biochemical and Biophysical Research Communcations 392, (2010), s. 473-478 16. Kim M. S., Park M. J., Kim S. J., Lee C. H., Yoo H., Shin S. H., Song E. S., Lee S. H., Emodin suppresses hyaluronic acid-induced MMP-9 secretion and invasion of glioma cells, International Journal of Oncology 27, (2005), s. 839-846 17. He L., Bi J. J., Guo Q., Yu Y., Ye X. F., Effects of emodin extracted from Chinese herbs on proliferation of non-small cell lung cancer and underlying mechanisms, Asian Pacific Journal of Cancer Prevention 13, (2012), s. 1505-1510 18. Zhou X., Song B., Jin L., Hu D., Diao C., Xu G., Zou Z., Yang S., Isolation and inhibitory activity against ERK phosphorylation of hydroxyanthraquinones from rhubarb, Bioorganic and Medicinal Chemistry Letters 16, (2006), s. 563-568 19. Ueno N., Kiyokawa N., Hung M., Growth suppression of low HER-2/neuexpressing breast cancer cell line MDA-MB-435 by tyrosine kinase inhibitor emodin, Oncology Reports 3, (1996), s. 509-511 20. Lu Y., Zhang J., Qian J., The effect of emodin on VEGF receptors in human colon cancer cells, Cancer Biotherapy and Radiopharmaceuticals 23 (2008), s. 222-228 21. Su Y. J., Tsai M. S., Kuo Y. H., Chiu Y. F., Cheng C. M., Lin S. T., Lin Y. W., Role of Rad51 down-regulation and extracellular signal-regulated kinases 1 and 2 inactivation in emodin and mitomycin C-induced synergistic cytotoxicity in human non-small-cell lung cancer cells, Molecular Pharmacology 77, (2010), s. 633-643 22. Ko J. C., Su Y. J., Lin S. T., Jhan J. Y., Ciou S. C., Cheng C. M., Chiu Y. F., Kuo Y. H., Tsai M. S., Lin Y. W., Emodin enhances cisplatin-induced cytotoxicity via downregulation of ERCC1 and inactivation of ERK1/2, Lung Cancer 69, (2010), s. 155-164 23. Ko J. C., Tsai M. S., Kuo Y. H., Chiu Y. F., Weng S. H., Su Y. C., Lin Y. W., Modulation of Rad51, ERCC1, and thymidine phosphorylase by emodin result in synergistic cytotoxic effect in combination with capecitabine, Biochemical Pharmacology 8, (2011), s. 680-690 24. Li J., Liu P., Mao H., Wanga A., Zhang X., Emodin sensitizes paclitaxel-resistant human ovarian cancer cells to paclitaxel-induced apoptosis in vitro, Oncology Reports 21 (2009) 1605-1610 25. Cha T. L., Qiu L., Chen C. T., Wen Y., Hung M. C., Emodin down-regulates androgen receptor and inhibits prostate cancer cell growth, Cancer Research 65, (2005), s. 2287-2295 26. Liu A., Chen H., Wei W., Ye S., Liao W., Gong J., Jiang Z., Wang L., Lin S., Antiproliferative and antimetastatic effects of emodin on human pancreatic cancer, Oncology Reports 26, (2011), s. 81-89 27. Huang Q., Shen H.M., Ong C.N., Inhibitory effect of emodin on tumor invasion through suppression of activator protein-1 and nuclear factor-kappaB, Biochemical Pharmacology 68, (2004), s. 361-371 28. Lin S. Y., Lai W. W., Ho C. C., Yu F. S., Chen G. W., Yang J. S., Liu K. C., Lin M. L., Wu P. P., Fan M. J., Chung J. G., Emodin induces apoptosis of human tongue squamous cancer SCC-4 cells through reactive oxygen species and mitochondria-dependent pathways, Anticancer Research 29, (2009), s. 327-335 29. Hsu C. M., Hsu Y. A., Tsai Y., Shieh F. K., Huang S. H., Wan L., Tsai F. J., Emodin inhibits the growth of hepatoma cells: finding the common anti-cancer pathway using Huh7, Hep3B, and HepG2 cells, Biochemical and Biophysical Research Communications 392, (2010), s. 473-478 44 Emodyna – naturalny antrachinon o aktywności przeciwnowotworowej i przeciwzapalnej 30. Yu J. Q., Bao W., Lei J. C., Emodin regulates apoptotic pathway in human liver cancer cells, Phytotherapy Research, (2012) 31. Lai J. M., Chang J. T., Wen C. L., Hsu S. L., Emodin induces a reactive oxygen speciesdependent and ATM-p53-Bax mediated cytotoxicity in lung cancer cells, European Journal of Pharmacology 623, (2009), s. 1-9 32. Wei T. N., Hu J. D., Chen Y. Y., Chen X. J., Liu T. B., Lu L. H., Effect of emodin on induction of apoptosis in jurkat cells and its possible mechanisms, Zhongguo Shi Yan Xue Ye Xue Za Zhi 17, (2009), s. 1203-1206 33. Muto A., Hori M., Sasaki Y., Saitoh A., Yasuda I., Maekawa T., Uchida T., Asakura K., Nakazato T., Kaneda T., Kizaki M., Ikeda Y., Yoshida T., Emodin has a cytotoxic activity against human multiple myeloma as a Janus-activated kinase 2 inhibitor, Molecular Cancer Therapy 6, (2007), s. 987-994 34. Kim H. R., Kim K., Lee K. H., Kim S. J., Kim J., Inhibition of casein kinase 2 enhances the death ligand- and natural kiler cell-induced hepatocellular carcinoma cell death, Clinical and Experimental Immunology 152, (2008), s. 336-344 35. Huang L. Y., Hu J. D., Chen X. J., Zhu L. F., Hu H. L., Effects of emodin on the proliferation inhibition and apoptosis induction in HL-60 cells and the involvement of c-myc gene, Zhonghua Xue Ye Xue Za Zhi 26, (2005), s. 348-351 36. Zheng Z. H., Hu J. D., Chen Y. Y., Lian X. L., Zheng H. Y., Zheng J., Lin M. H., Effect of emodin on proliferation inhibition and apoptosis induction in leukemic K562 cells, Zhongguo Shi Yan Xue Ye Xue Za Zhi 17, (2009), s. 1434-1438 37. Guo H. C., Bu H. Q., Luo J., Wei W. T., Liu D. L., Chen H., Tong H. F., Wang Z. H., Wu H. Y., Li H. H., Zuo M. M., Li W., Lin S. Z., Emodin potentiates the antitumor effects of gemcitabine in PANC-1 pancreatic cancer xenograft model in vivo via inhibition of inhibitors of apoptosis, International Journal of Oncolology 40, (2012), s. 1849-1857 38. Subramaniam A., Loo S. Y., Rajendran P., Manu K. A., Perumal E., Li F., Shanmugam M. K., Siveen K. S., Park J. I., Ahn K. S., Hui K. M., Kumar A. P., Sethi G., An anthraquinone derivative, emodin sensitizes hepatocellular carcinoma cells to TRAIL induced apoptosis through the induction of death receptors and downregulation of cell survival proteins, Apoptosis 170(4), (2013), s. 807-821 39. Wang Q. J., Cai X. B.,. Liu M. H, Hu H., Tan X. J., Jing X. B., Apoptosis induced by emodin is associated with alterations of intracellular acidification and reactive oxygen species in EC-109 cells, Biochemical Cell Biology 88, (2010), s. 767-774 40. Yan Y., Su X., Liang Y., Zhang J., Shi C., Lu Y., Gu L., Fu L., Emodin azide methyl anthraquinone derivative triggers mitochondrial-dependent cell apoptosis involving in caspase-8-mediated Bid cleavage, Molecular Cancer Therapy 7, (2008), s.1688-1697 41. Liu J. X., Zhang J. H., Li H. H., Lai F. J., Chen K. J., Chen H., Luo J., Guo H. C., Wang Z. H., Lin S. Z., Emodin induces Panc-1 cell apoptosis via declining the mitochondrial membrane potential, Oncology Reports 28, (2012), s. 1991-1996 42. Jing X., Ueki N., Cheng J., Imanishi H., Hada T., Induction of apoptosis in hepatocellular carcinoma cell lines by emodin, Japanese Journal of Cancer Research 93 (2002), s. 874-882 43. Lai G. H., Zhang Z., Sirica A. E., Celecoxib acts in a cyclooxygenase-2-independent manner and in synergy with emodin to suppress rat cholangiocarcinoma growth in vitro through a mechanism involving enhanced Akt inactivation and increased activation of caspases-9 and -3, Molecular Cancer Therapy 2, (2003), s. 265-271 44. Olsen B. B., Bjorling-Poulsen M., Guerra B., Emodin negatively affects the phosphoinositide 3-kinase/AKT signalling pathway: a study on its mechanism of action, International Journal of Biochemistry and Cell Biology 39, (2007), s. 227-237 45 Monika Janeczko 45. Yan Y. Y., Zheng L. S., Zhang X., Chen L. K., Singh S., Wang F., Zhang J. Y., Liang Y. J., Dai C. L., Gu L. Q., Zeng M. S., Talele T. T., Chen Z. S., Fu L. W., Blockade of Her2/neu binding to Hsp90 by emodin azide methyl anthraquinone derivative induces proteasomal degradation of Her2/neu, Molecular Pharmacology 8, (2011), s.1687-1697 46. Li Y., Luan Y., Qi X., Li M., Gong L., Xue X., Wu X., Wu Y., Chen M., Xing G., Yao J., Ren J., Emodin triggers DNA double-strand breaks by stabilizing topoisomerase II-DNA cleavage complexes and by inhibiting ATP hydrolysis of topoisomerase II, Toxicological Sciences 118, (2010), s. 435-443 47. Radha K. S., Madhyastha H. K., Nakajima Y., Omura S., Maruyama M., Emodin upregulates urokinase plasminogen activator, plasminogen activatorinhibitor-1 and promotes wound healing in human fibroblasts, Vasclular Pharmacology 48, (2008). s.184-190 48. Kwak H. J., Park M. J., Park C. M., Moon S. I., Yoo D. H., Lee H. C., Lee S. H., Kim M. S., Lee H. W., Shin W. S., Park I. C., Rhee C. H., Hong S. I., Emodin inhibits vascular endothelial growth factor-A-induced angiogenesis by blocking receptor-2 (KDR/Flk-1) phosphorylation, International Jourrnal of Cancer 118, (2006), s. 2711-2720 49. Braumann C., Tangermann J., Jacobi C. A., Muller J. M., Dubiel W., Novel antiangiogenic compounds for application in tumor therapy – COP9 signalosome-associated kinases as possible targets, Mini- Reviews in Medicinal Chemistry 8, (2008), s. 421-428 50. Kaneshiro T., Morioka T., Inamine M., Kinjo T., Arakaki J., Chiba I., Sunagawa N., Suzui M., Yoshimi N., Anthraquinone derivative emodin inhibits tumor-associated angiogenesis through inhibition of extracellular signal-regulated kinase 1/2 phosphorylation, European Journal of Pharmacology 553, (2006), s. 46-53 51. Ok S., Kim S. M., Kim C., Nam D., Shim B. S., Kim S. H., Ahn K. S., Choi S. H., Ahn K. S., Emodin inhibits invasion and migration of prostate and lung cancer cells by downregulating the expression of chemokine receptor CXCR4, Immunopharmacology and Immunotoxicology 34, (2012), s. 768-778 52. Lu H. F., Lai K. C., Hsu S. C., Lin H. J., Kuo C. L., Liao C. L., Yang J. S., Chung J. G., Involvement of matrix metalloproteinases on the inhibition of cells invasionand migration by emodin in human neuroblastoma SH-SY5Y cells, Neurochemistry Research 34, (2009), s. 1575-1583 53. Sun Z. H., Bu P., Downregulation of phosphatase of regenerating liver-3 is involved in the inhibition of proliferation and apoptosis induced by emodin in the SGC-7901 human gastric carcinoma cell line, Experimental and Therapeutic Medicine 3, (2012), s. 10771081 54. Kumar A., Dhawan S., Aggarwal B. B., Emodin (3-methyl-1,6,8- trihydroxyanthraquinone) inhibits TNF-induced NF-kappaB activation, IkappaB degradation, and expression of cell surface adhesion proteins in human vascular endothelial cells, Oncogene 17, (1998), s. 913-918 55. Meng G., Liu Y., Lou C., Yang H., Emodin suppresses lipopolysaccharideinduced proinflammatory responses and NF-kappaB activation by disrupting lipid rafts in CD14negative endothelial cells, British Journal of Pharmacology 161, (2010), s. 1628-1644 56. Kuo Y. C., Meng H. C., Tsai W. J., Regulation of cell proliferation, inflammatory cytokine production and calcium mobilization in primary human T lymphocytes by emodin from Polygonum hypoleucum Ohwi, Inflammation Research 50, (2001), s. 73-82 57. Zhang W., Li H., Bu H., Chen H., Tong H., Liu D., Guo H., Lin S. Z., Emodin inhibits the differentiation and maturation of dendritic cells and increases the production of regulatory T cells, International Journal of Molecular Medicine 29, (2012), s. 159-164 46 Emodyna – naturalny antrachinon o aktywności przeciwnowotworowej i przeciwzapalnej 58. Shen M. Y., Liu Y. J., Don M. J., Liu H. Y., Chen Z. W., Mettling C., Corbeau P., Chiang C. K., Jang Y. S., Li T. H., Young P., Chang C. L., Lin Y. L., Yang W. C., Combined phytochemistry and chemotaxis assays for identification and mechanistic analysis of antiinflammatory phytochemicals in Fallopia japonica, PLoS ONE 6, (2011), s. 27480 59. Li H. L., Chen H. L., Zhang H., Li K. L., Chen X. Y., Wang X. W., Kong Q. Y., Liu J., Regulatory effects of emodin on NF-kappaB activation and inflammatory cytokine expression in RAW 264.7 macrophages, International Journal of Molecular Medicine 16, (2005), s. 41-47 60. Lee W., Ku S. K., Kim T. H., Bae J. S., Emodin-6-O-beta-d-glucoside inhibits HMGB1induced inflammatory responses in vitro and in vivo, Food and Chemical Toxicology 52C, (2012), s. 97-104 61. Xia X. M., Li B. K., Xing S. M., Ruan H. L., Emodin promoted pancreatic claudin-5 and occludin expression in experimental acute pancreatitis rats, World Journal of Gastroenterology 18, (2012), s. 2132-2139 62. Wu J. X., Xu J. Y., Yuan Y. Z., Effects and mechanism of emodin and sandostatin on pancreatic ischemia in acute haemorrhagic necrotizing pancreatitis, Zhongguo Zhong Xi Yi Jie He Za Zhi 17, (1997), s. 356-359 63. Lou K. X., Gong Z. H., Yuan Y. Z., Study on effect of emodin on TGF beta 1 expression in pancreatic tissue of rats suffering from acute pancreatitis, Zhongguo Zhong Xi Yi Jie He Za Zhi 21, (2001), s. 433-436 64. Li Z. F., Xia X. M., Huang C., Zhang S., Zhang J., Zhang A. J., Emodin and baicalein inhibit pancreatic stromal derived factor-1 expression in rats with acute pancreatitis, Hepatobiliary and Pancreatic Diseases International 8, (2009), s. 201-208 65. Li Y. H., He F. Q., Huang Z. W., Xue P., Xia Q., Protective effects of emodin on intestinal lesion in rat model with acute necrotizing pancreatitis, Sichuan Da Xue Xue Bao Yi Xue Ban 41, (2010), s. 1012-1015 66. Ha M. K., Song Y. H., Jeong S. J., Lee H. J., Jung J. H., Kim B., Song H. S., Huh J. E., Kim S. H., Emodin inhibits proinflammatory responses and inactivates histone deacetylase 1 in hypoxic rheumatoid synoviocytes, Biological and Pharmaceutical Bulletin 34, (2011), s. 1432-1437 67. Xiang M. X., Xu Z., Su H. W., Hu J., Yan Y. J., Emodin-8-O-beta-D-glucoside from Polygonum amplexicaule D. Don var. sinense Forb. promotes proliferation and differentiation of osteoblastic MC3T3-E1 cells, Molecules 16, (2011), s. 728-737 68. Chu X., Wei M., Yang X., Cao Q., Xie X., Guan M., Wang D., Deng X., Effects of an anthraquinone derivative from Rheum officinale Baill, emodin, on airway responses in a murine model of asthma, Food and Chemical Toxicology 50, (2012), s. 2368-2375 69. Lu Y, Yang J. H., Li X., Hwangbo K., Hwang S. L., Taketomi Y., Murakami M., Chang Y. C., Kim C. H., Son J. K., Chang H. W., Emodin, a naturally occurring anthraquinone derivative, suppresses IgE-mediated anaphylactic reaction and mast cell activation, Biochemical Pharmacology 82, (2011), s. 1700-1708 70. Song Z. C., Wang Z. S., Bai J. H., Li Z., Hu J., Emodin, a naturally occurring anthraquinone, ameliorates experimental autoimmune myocarditis in rats, Tohoku Journal of Experimental Medicine 227, (2012), s. 225-230 71. Wu Y., Tu X., Lin G., Xia H., Huang H., Wan J., Cheng Z., Liu M., Chen G., Zhang H., Fu J., Liu Q., Liu D. X., Emodin-mediated protection from acute myocardial infarction via inhibition of inflammation and apoptosis in local ischemic myocardium, Life Sciences 81, (2007) s. 1332-1338 47 Monika Janeczko 72. Yamada M., Katsuma S., Adachi T., Hirasawa A., Shiojima S., Kadowaki T., Okuno Y., Koshimizu T. A., Fujii S., Sekiya Y., Miyamoto Y., Tamura M., Yumura W., Nihei H., Kobayashi M., Tsujimoto G., Inhibition of protein kinase CK2 prevents the progression of glomerulonephritis, Proceedings of the National Academy of Sciences USA 102, (2005), s. 7736-7741 73. Wei J., Ni L., Yao J., Experimental treatment of rhubarb on mesangioproliferative glomerulonephritis in rats, Zhonghua Nei Ke Za Zhi 36, (1997), s. 87-89 74. Liu G., Ye R., Tan Z., Effect of emodin on fibroblasts in lupus nephritis, Zhongguo Zhong Xi Yi Jie He Za Zhi 20, (2000), s. 196-198 75. Liu T., Jin H., Sun Q. R., Xu J. H., Hu H. T., Neuroprotective effects of emodin in rat cortical neurons against beta-amyloid-induced neurotoxicity, Brain Research 1347, (2010), s. 149-160 Emodyna – naturalny antrachinon o aktywności przeciwnowotworowej i przeciwzapalnej Emodyna (1,3,8-trihydroksy-6-metyloantrachinon) jest naturalnie występującą pochodną antrachinonu izolowaną z korzeni i liści licznych roślin, grzybów i porostów. Jako aktywny składnik ziół stosowanych w medycynie chińskiej, pozyskiwanych m.in. z Rheum palmatum i Polygonam multiflorum wykazuje działanie moczopędne, przeciwbakteryjne, przeciwwirusowe, przeciwwrzodowe, przeciwzapalne i przeciwnowotworowe. Aktywność przeciwzapalna emodyny jest szeroko badana w takich chorobach jak: w zapalenie trzustki, zapalenie stawów, astma, miażdżyca tętnic i zapalenie kłębuszków nerkowych. Jako środek przeciwnowotworowy emodyna skutecznie hamuje wzrost linii komórkowych różnych nowotworów, w tym raka wątrobowokomórkowego, raka trzustki, piersi, okrężnicy, białaczki i płuc. Emodyna jest plejotropową cząsteczką zdolną do interakcji z wieloma celami molekularnymi głównie NF-ĸB, kinazą kazeinową 2, HER2/neu, HIF-1a, Akt/mTOR, STAT3, CXCR4, inhibitorami topoizomerazy II, białkami p53 i p21 oraz receptorami androgenowymi. W niniejszej pracy przeanalizowano potencjalną rolę terapeutyczną emodyny w leczeniu chorób zapalnych i nowotworów w odniesieniu do szerokiego spektrum celów molekularnych tej cząsteczki. Słowa kluczowe: antrachinony, aktywność biologiczna, zapalenie, nowotworzenie Emodin – a natural anthraquinone with anticancer and anti-inflammatory activity Emodin (1,3,8-trihydroxy-6-methylanthraquinone) is a natural occurring anthraquinone derivative isolated from roots and leaves of numerous plants, and from molds and lichens. It is found as an active ingredient in different Chinese herbs including Rheum palmatum and Polygonam multiflorum, and has diuretic, antibacterial, anti-viral, anti-ulcerogenic, anti-inflammatory, and anti-cancer effects. The anti-inflammatory effects of emodin have been exhibited in pancreatitis, arthritis, asthma, atherosclerosis and glomerulonephritis. As an anti-cancer agent, emodin has been shown to suppress the growth of various tumor cell lines including hepatocellular carcinoma, pancreatic, breast, colorectal, leukemia, and lung cancers. Emodin is a pleiotropic molecule capable of interacting with several major molecular targets including NF-jB, casein kinase II, HER2/neu, HIF-1a, AKT/mTOR, STAT3, CXCR4, topoisomerase II, p53, p21, and androgen receptors which are involved in inflammation and cancer. In the present paper summarized the potential therapeutic role emodin in the treatment of inflammatory diseases and tumors in relation to a wide range of molecular targets of this molecule. Keywords: anthraquinones, biological activity, inflammation, carcinogenesis 48 Joanna Harasym1, Jacek Wilczak2, Joanna Gromadzka-Ostrowska3 β-glukan z owsa – właściwości immunostymulujące, przeciwzapalne, prebiotyczne i przeciwnowotworowe oraz charakterystyka metod jego wyodrębniania i ich wpływu na właściwości fizykochemiczne i charakterystykę aktywności 1. Wstęp β-glukany jako polimery zbudowane z glukozy, wytwarzane są przez wiele organizmów zwłaszcza w królestwie roślin, a przede wszystkim w ziarnach zbóż, głównie owsa i jęczmienia. Poza tym występują także w formie egzopolisacharydów bakteryjnych, znajdowane są w ścianach komórkowych grzybów Basidiomycota, drożdży piekarniczych (Saccharomyces cerevisiae) i algach. W zależności od źródła i sposobu ekstrakcji β-glukany wykazują odmienne właściwości fizykochemiczne, takie jak masa cząsteczkowa, stopień rozgałęzienia, rozpuszczalność w wodzie i lepkość [1]. β-glukany z drożdży z uwagi na strukturę polimeru są nierozpuszczalne w wodzie, a w β-glukanach grzybów kapeluszowych 53 do 83% stanowi frakcja nierozpuszczalna. Z kolei β-glukany zbożowe zbudowane są z cząsteczek glukozy połączonych liniowo wiązaniami β (1,3) i β (1,4) – glikozydowymi i ta struktura sprawia, że są one rozpuszczalne w wodzie. Wśród zbóż, najwyższą zawartość β-glukanu (w gramach na 100 gramów suchej masy) wykazano dla jęczmienia (2-20 g, z czego 65% to frakcja rozpuszczalna w wodzie) i owsa (3-11 g, z czego 82% stanowi frakcja rozpuszczalna w wodzie). Pozostałe zboża zawierają także β-glukan, ale w znacznie mniejszych ilościach: sorgo 1,1-6,2 g, żyto 1,3-2,7 g, kukurydza 0,8-1,7 g, pszenżyto 0,3-1,2 g, pszenica 0,5-1,0 g, pszenica durum 0,5-0,6 g, ryż 0,13 g [2]. Zbożowy beta-glukan jest liniowym homopolisacharydem reszt D-glukopiranozylowych, połączonych za pomocą dwóch wiązań β-(1-4) i β-(1-3). Odcinki reszt 1 [email protected], Bio-Ref Lab, KatedraBiotechnologiiiAnalizyŻywności, WydziałInżynieryjnoEkonomiczny, UniwersytetEkonomiczny we Wrocławiu, www.ue.wroc.pl; Department of Agriculture and Forestry Engineering, College of Agricultural and ForestryEngineering, University of Valladolid, http://www.uva.es/export/sites/uva/ 2 [email protected], Katedra Nauk Fizjologicznych, Wydział Medycyny Weterynaryjnej, Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego 3 [email protected], Zakłąd Fizjologii Żywienia, Katedra Dietetyki, Wydział Nauk o Żywieniu Człowieka i Konsumpcji, Szkołą Główna Gospodarstwa Wiejskiego 49 Joanna Harasym, Jacek Wilczak, Joanna Gromadzka-Ostrowska połączonych wiązaniami (1-4), czyli segmenty celulozy oligomerycznej, są oddzielone pojedynczymi wiązaniami (1-3). Chociaż większość segmentów celulozowych jest trójmonomeryczna (zawierająca trzy identyczne monomery) i tetramonomeryczna, długie jednostki celulodekstryn są także obecne w łańcuchach polimerów [3]. Zbożowy beta-glukan wykazuje znaczną różnorodność w budowie. Mimo podobieństw pomiędzy beta-glukanami występującymi w różnych rodzajach zbóż, betaglukan z owsa, jęczmienia i pszenicy jest faktycznie strukturalnie odmienny, co wykazała analiza ilościowa HPLC tych oligosacharydów wykonana przy użyciu lichenazy [3]. Enzym lichenaza, czyli (1-3)-(1-4)-β-D-4-glukanohydrolaza, specyficznie rozszczepia wiązania glikozydowe (1-4) na trzecim podstawniku reszty glukozy w β-glukanie, poddając oligomery trzem stopniom polimeryzacji (DP). Główne produkty hydrolizy beta-glukanu ze zboża to 3-0-β-celulobiozylo-D-glukoza (DP3) i 3-0-β-celulotriozyloD-glukoza (DP4), ale celulodekstryno-podobne oligosacharydy też są uwolnione w mniejszej ilości (~5-10%) z regionu polimeru, zawierającego więcej niż trzy kolejno ułożone reszty wiązań 4-O-glukozowych. Rozmieszczenie oligosacharydów wewnątrz tych samych rodzajów zbóż jest bardzo podobne, z główną różnicą występującą jedynie pomiędzy β-glukanami różnego botanicznego pochodzenia [3]. Dane z literatury wskazują, że pojawiają się również różnice pomiędzy stosunkami DP3:DP4 wewnątrz β-glukanów tych samych rodzajów zbóż, co można przypisać genotypowi i parametrom środowiskowym. β-glukan z odmiany woskowej jęczmienia wskazuje wyższy stosunek DP3:DP4, w porównaniu do uprawy jęczmienia niewoskowatego. Ponadto, stosunek tri- do tetrasacharydów w β-glukanie z tkanki aleuronowej jęczmienia i owsa jest wyższy, niż ten z tkanki skrobiowej endospermy [3]. β-glukan wykazuje wszystkie funkcjonalne właściwości lepkich i tworzących żel żywnościowych hydrokoloidów, połączone ze wszystkimi własnościami fizjologicznymi włókna pokarmowego. Za fizyczne właściwości β-glukanu, takie jak rozpuszczalność i własności reologiczne w roztworze i stanie żelowym, odpowiedzialne są jego cechy molekularne, takie jak występowanie oligomerów celulozowych, wzór strukturalny, masa cząsteczkowa, jak również temperatura i stężenie [4]. W procesie rozpuszczania β-glukan wchłania dużo wody i tworzy żele, które nie są trawione w jelicie cienkim. Z tego powodu traktowany jest on jako błonnik pokarmowy. Zdolność β-glukanu do tworzenia lepkich żeli w przewodzie pokarmowym leży u podstaw roli jaką odgrywa on w profilaktyce choroby niedokrwiennej serca i cukrzycy typu 2. Wpływ β-glukanów z owsa i jęczmienia na regulacje stężenia glukozy we krwi po posiłku oraz stężenia cholesterolu jest bardzo dobrze znany w literaturze naukowej i stanowi naukową podstawę dla uzasadnienia czterech dopuszczonych w UE oświadczeń zdrowotnych [5]. Mechanizmy, za pośrednictwem których rozpuszczalne włókna, takie jak β-glukan, wywierają efekty hipocholesterolemiczne i hipoglikemiczne są nadal badane, ale najbardziej znana i uznana hipoteza opiera się na wzroście lepkości światła jelita. Wyniki badań sugerują, że zbożowy β-glukan obniża absorpcję i wchłanianie zwrotne cholesterolu, kwasów żółciowych i ich metabolitów przez zwiększenie objętości treści 50 β-glukan z owsa – właściwości immunostymulujące, przeciwzapalne, prebiotyczne i przeciwnowotworowe oraz charakterystyka metod jego wyodrębniania i ich wpływu na właściwości fizykochemiczne i charakterystykę aktywności obszaru żołądkowo-jelitowego, jak również opóźniając opróżnianie żołądka i hamując absorpcję jelitową składników pokarmowych, takich jak przyswajalne węglowodany, a tym samym zmniejszając poposiłkową hiperglikemię i wydzielanie insuliny. Ta ostatnia właściwość jest korzystna zdrowotnie u chorych na cukrzycę typu drugiego, a także jest związana z obniżaniem ryzyka rozwijania cukrzycy i niewrażliwości na insulinę [6]. Metabolizm lipidów i węglowodanów są ze sobą silnie powiązane, a insulina jest odpowiedzialna za zwiększenie wątrobowej syntezy cholesterolu. Dlatego, jeśli włókno pokarmowe zmniejsza absorpcję węglowodanów i wydzielanie insuliny, może także przyczynić się pośrednio do efektu hipocholesterolemicznego. Ponadto, zwiększona lepkość wywołana rozpuszczalnym włóknem pokarmowym wpływa na emulsyfikację tłuszczu poprzez zwiększenie rozmiaru kropelek emulsji, co może osłabić absorpcję tłuszczu [7]. Oprócz korzystnego wpływu β-glukanów dotyczącego poziomu lipidów i metabolizmu glukozy mają one również wiele innych aktywności biologicznych. Istnieją dowody naukowe potwierdzające właściwości antyoksydacyjne, przeciwwirusowe, immunomodulacyjne i antykancerogenne, stwierdzone głównie w badaniach oddziaływań grzybowych β-glukanów. Korzystny wpływ β-glukanów zbożowych na układ immunologiczny oraz jego rola w zapobieganiu infekcjom, przewlekłym zapaleniom lub nowotworom są również dobrze udokumentowane, ale często niedoceniane. Ponieważ pod względem częstotliwości przypadków, choroby onkologiczne są drugą a autoimmunologiczne choroby zapalne trzecią najczęstszą przyczyną zgonów w krajach rozwiniętych, pilnie potrzebne są nowe strategie zapobiegania i leczenia tych przypadków [8]. Celem tego przeglądu jest przedstawienie najnowszych informacji na temat wpływu (1,3), (1,4)-β-glukanu pochodzącego ze zbóż na odporność i prawidłowe funkcjonowanie przewodu pokarmowego, jak również ocena jego roli w prewencji zapadalności na choroby zapalne i onkologiczne oraz analiza mechanizmów leżących u podstaw tych zjawisk. 2. Występowanie, źródła i właściwości fizykochemiczne β-glukanów zbożowych β-glukany w ziarnach zbóż występuje głównie w ścianach komórek tworzących bielmo i warstwę aleuronową. Zawartość β-glukanu w tych roślinach jest różna w zależności od odmiany jęczmienia lub owsa i warunków wzrostu. β-glukany zbóż to liniowe polisacharydy, które zbudowane są z cząsteczek glukozy połączonych kilkoma wiązaniami β (1,4), które przedzielają wiązania β (1,3)-glikozydowe. Zawartość β-glukanu w owsie wynosi 3-11% suchej masy w całym ziarnie i 6-9% suchej masy w otrębach owsianych [9, 10]. Najwyższą masę cząsteczkową wśród β-glukanów zbożowych stwierdzono w owsie (65-3100 x 103 g/mol), podczas gdy jęczmienny β-glukan charakteryzuje masa w zakresie od 31 do 2700 x 103 g/mol [1]. 51 Joanna Harasym, Jacek Wilczak, Joanna Gromadzka-Ostrowska Strukturę chemiczną β-glukanu, określa się za pomocą lichenazy (β (1,3), (1,4) – 4glukanohydrolazy D-glukanu), enzymu, który katalizuje hydrolizę cząsteczki β-glukanu do oligosacharydów. Stosunek molowy trójsacharydów do tetrasacharydów (DP3/DP4) wynosi (3,0-4,5) dla pszenicy, (1,8-3,5) dla jęczmienia i (1,5-2,3) dla owsa [1]. 3. Immunomodulujące działanie β-glukanów zbóż β-glukany są znane z wykazywania silnych właściwości immunomodulujących oraz oddziaływania jako modyfikator odpowiedzi biologicznej (BRM). Cząsteczki β-glukanu mają zdolność do wiązania receptorów występujących w komórkach prezentujących układu odpornościowego (takich jak granulocyty, monocyty, makrofagi czy komórki NK) oraz wpływania na ich reakcję immunologiczną, w tym wytwarzanie cytokin, jak również indukowania wybuchu tlenowego [11]. Do najintensywniej badanych receptorów β-glukanu należą receptor Dectin-1, CR-3 i receptory Toll-like. 3.1. Receptory β-glukanu Rola specyficznych receptorów w rozpoznaniu β-glukanu zbożowego przez komórki nieswoistej odpowiedzi immunologicznej nie jest jeszcze jasna. Może to wynikać z różnej czystości badania izolatów β-glukanu, różnic w ich strukturze, różnic między rodzajami komórek oraz tym, że część badań jest prowadzona na receptorach człowieka, a część świni czy myszy. Większość aktualnych badań skłania się ku teorii, że ponieważ receptor Dectin-1 znany jest z potencjału wiązania β-glukanów z długimi łańcuchami zbudowanymi z cząstek glukozy powiązanych wiązaniami β-(1,3)glikozydowymi, to nie jest możliwe, aby oddziaływał z nim β-glukan z różnymi ilościami wiązań β-(1,3) przedzielonymi wiązaniami β-(1,4). Jednakże wyniki badań in vitro są jednak nadal niejednoznaczne i zostaną omówione poniżej. Dectin-1 jest znany jako główny receptor wrodzonej odpowiedzi immunologicznej na β-(1,3)-glukan obecny przeważnie w monocytach, co jest mocno udokumentowane w przypadku badań nad β-glukanami grzybowymi [12]. Wiadomo również, że receptor ten współdziała z receptorem typu Toll-like 2 (TRL2) w rozpoznaniu β-glukanu i pośredniczy w wytwarzaniu czynnika martwicy nowotworu (TNF-α) [13]. Ludzki receptor Dectin-1 występuje w kilku izoformach, ale tylko dwie z nich znajdują się w błonach komórkowych komórek układu odpornościowego i są w stanie rozpoznać węglowodany z wiązaniami glikozydowymi β-(1,3) i β-(1,6) [14]. Innym receptorem, który może się wiązać się ze zbożowymi β-glukanami o mieszanych wiązaniach i odgrywać istotną rolę w regulacji odpowiedzi immunologicznej przez te związki jest receptor dopełniacza 3 (CR3). Receptor ten jest glikoproteiną transbłonową i zbudowany jest z białek integryny αM (CD11b) i p2 (CD18). Te dwie podjednostki są związane wiązaniem niekowalencyjnym i wyeksponowane na powierzchni komórek efektorowych. CR3 mają dwa oddzielne miejsca wiążące – miejsce wiązania węglowodanów w obrębie końca C odcinka CD11b i centrum wiążące iC3b na końcu N L-domeny CD11b integryny [11]. 52 β-glukan z owsa – właściwości immunostymulujące, przeciwzapalne, prebiotyczne i przeciwnowotworowe oraz charakterystyka metod jego wyodrębniania i ich wpływu na właściwości fizykochemiczne i charakterystykę aktywności Ostatnie badania przeprowadzone przez Bose na β-glukanach pochodzących z drożdży wykazały, że w ludzkich komórkach jednojądrzastych krwi obwodowej (PBMC) Dectin-1 był receptorem dla całych cząstek β-glukanu, a CR3 dla rozpuszczalnych β-glukanów unieruchomionych na nośniku [15]. Z kolei badania in vitro wykonane na komórkach odpornościowych świni (neutrofilach) wykazały, że CR3 służy jako główny receptor dla 6 różnych β-glukanów. Równocześnie wyniki tych badań sugerują, że wiele receptorów jest zaangażowanych w rozpoznanie β-glukanu przez te makrofagi Wyniki te są zgodne z późniejszymi badaniami in vitro na liniach komórek odpornościowych ludzkich [16]. Są one również zgodne z niedawno przeprowadzonymi badaniami na mysich makrofagach RAW264.7. W badaniu tym wysokooczyszczony β-glukan z drożdży wchodził w interakcje z receptorami CR3 i TLR2 indukując aktywację komórek, a następnie jądrową translokację NF-κB p 65, fosforylację kinazy c-Jun N-końcowej (JNK) oraz kinazy zewnątrzkomórkowej regulowanej sygnałem (ERK) powodując syntezę TNF-α i cytokin chemotaktycznego białka-1 monocytów (MCP-1) [13]. Jest jednak wciąż zbyt mało dowodów, aby stwierdzić, czy immunomodulujące działanie β-glukanów zbożowych wykorzystuje ten sam mechanizm. Badania in vitro prowadzone pare lat wcześniej przez Tada i współpracowników sugerują dominującą rolę receptora Dectin-1 jako receptora dla β-glukanu jęczmienia w makrofagach i neutrofilach [17]. Z drugiej strony, w ostatnich badaniach weryfikujących rozpoznawanie β-glukanów przez ludzki receptor Dectin-1 przy użyciu mikromacierzy DNA stwierdzono brak wiązania przez ten receptor β-glukanu jęczmiennego i innych glukanów o mieszanych wiązaniach. Zjawisko to zostało wyjaśnione faktem, że do receptora Dectin-1 wiążą się wyłącznie glukany o wiązaniu β-1,3 o DP wynoszącym 10 lub wyższym [18]. W innym badaniu in vitro wykonanym przez Noss i współpracowników β-glukany o różnym pochodzeniu, masie i strukturze molekularnej wywoływały silną odpowiedź cytokin w hodowlach komórek pełnej krwi ludzkiej. β-glukan z jęczmienia indukował silną, a z owsa umiarkowaną syntezę interleukin IL-6 i IL-8. Jest mało prawdopodobne, aby odpowiedź zapalna była regulowana przez receptor Dectine-1, a to ze względu na jego powinowactwo do struktur zawierających szkielet zbudowany z wiązań β-(1,3). Cytowani autorzy sugerują, że w obserwowanej odpowiedzi immunologicznej może pośredniczyć CR3 [12]. 4. Aktywność przeciwzapalna β-glukanu zbóż W badaniu przeprowadzonym w 2015 roku przez Bermudez-Brito i współpracowników, β-glukan jęczmienny spowodował w ludzkich komórkach dendrytycznych zwiększenie wytwarzania IL-8 i ekspresji CD83 (marker aktywacji występujący na powierzchni komórek dendrytycznych) [19]. Badanie zostało zaprojektowane w celu określenia mechanizmów komunikacji pomiędzy specyficznymi komórkami jelita w obecności błonnika pokarmowego. W związku z tym badano odpowiedź immunolo- 53 Joanna Harasym, Jacek Wilczak, Joanna Gromadzka-Ostrowska giczną komórek dendrytycznych pojawiającą się w wyniku bezpośredniego ich kontaktu z β-glukanem i okazało się, że jęczmienny β-glukan znacznie obniżał stężenie cytokin prozapalnych IL-12, IL-6 i IL-8. W innym badaniu in vitro [20] β-glukan ze zbóż zmniejszał indukowane podaniem LPS (lipopolisacharyd bakteryjny) wytwarzanie IL-12 i nasilał syntezę IL-10 w komórkach dendrytycznych myszy. Zgodnie z wynikami tego badania wpływ β-glukanu zbożowego na odpowiedź immunologiczną jest uzależniony od przygotowania próbki, w tym rozpuszczalności i agregacji polisacharydu w roztworze. Te wyniki potwierdzają właściwości immunomodulujące zbożowych β-glukanów i ich zdolność do zmniejszenia prozapalnych efektów wywołanych podaniem LPS in vitro. Wyniki naszych ostatnich badań in vivo potwierdzają te ustalenia [21-23] W badaniu na szczurach z wywołanym przez podanie LPS zapaleniem jelit, żywionych paszą z dodatkiem dwóch różniących się masą cząsteczkową frakcji β-glukanu owsa, wytworzonych przez nas opatentowanymi metodami [24, 25] oznaczono wybrane markery immunologiczne w jelicie, śledzionie, wątrobie, żołądku oraz komórkach krwi obwodowej. Podawanie β-glukanu spowodowało znaczne obniżenie stężenia IL-12 w okrężnicy, które zwiększyło się wcześniej po podaniu LPS. Obie frakcje masy cząsteczkowej β-glukanu spowodowały znaczne zmniejszenie wytwarzania tej cytokiny. Indukowane przez LPS zapalenie jelit spowodowało również wzrost poziomu IL-10 w tkance jelita grubego. Wzrost ten został złagodzony przez podanie β-glukanu owsianego niezależnie od jego masy cząsteczkowej. Wyniki te wskazują na silną aktywność przeciwzapalną β-glukanów z owsa i mogą stanowić zalecenie dla osób cierpiących na zapalenie jelit [26]. Niestety brak jest innych badań, które mogłyby potwierdzić tego rodzaju aktywność zbożowych β-glukanów wobec schorzeń zapalnych jelit (IBD) u ludzi, dlatego kolejne etapy badań są niezbędne. 5. Wpływ na układ pokarmowy i właściwości prebiotyczne β-glukanów zbożowych Skład mikroflory okrężnicy zależy w znacznym stopniu od obecności w niej określonych składników pokarmowych, takich jak np. błonnik. Jest to spowodowane przede wszystkim tym, że błonnik pokarmowy jest głównym źródłem energii dla tych mikroorganizmów. Za pomocą odpowiednich strategii żywieniowych można więc zmieniać skład flory bakteryjnej jelita. Błonnik pokarmowy może wpływać na stężenie i profil długo- i krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych, jak również na zmiany mikrobiomu. Ponadto, niektóre polisacharydy, takie jak β-glukan, mogą oddziaływać jak prebiotyki i stymulować wzrost bifidobakteri w jelicie grubym [27]. Wyniki kilku badań wykonanych zarówno in vitro, jak i in vivo, na zwierzętach i z udziałem ludzi wskazują, że β-glukan zbożowy wykazuje aktywność prebiotyczną. Prebiotyki są substancjami, które nie są strawione w górnej części przewodu pokarmowego i mogą ulec fermentacji przez mikroflorę okrężnicy, prowadząc do pewnych korzystnych skutków zdrowotnych w organizmie gospodarza. 54 β-glukan z owsa – właściwości immunostymulujące, przeciwzapalne, prebiotyczne i przeciwnowotworowe oraz charakterystyka metod jego wyodrębniania i ich wpływu na właściwości fizykochemiczne i charakterystykę aktywności Beeren i współpracownicy (2015), zaprojektowali badanie używając znakowanych fluorescencyjnie β-glukanów, co pozwoliło śledzić ich rozkład w symulacji trawienia in vitro. W tym modelu enzymatyczny rozkład β-glukanów zaczynał się w szybkiej reakcji katalizowanej przez endo-(1,3),(1-4)-β-glukanazę bakteryjną rozkładającą polisacharyd do trimerów i tetramerów. Etap ten jest następnie w wolniejszym procesie katalizowany przez egzo-1,3(4)-β-glukanazę, prowadząc do wytwarzania 3-O-βglukozyl-D-glukozy [28]. Zdolność korzystnej, probiotycznej flory bakteryjnej do fermentowania β-glukanów zbożowych jest dobrze zbadana. W badaniach nad wpływem dodatku β-glukanów zbożowych do jogurtu β-glukany poprawiły przeżywalność i stabilność Bifidobacterium animaliss sp. lactis podczas 4. tygodniowego okresu przechowywania [29]. β-glukan także poprawiał wzrost bakterii Lactobacillus plantarum, Lactobacillus acidophilus i Lactobacillus fermentum w warunkach bezstresowych, jak również w symulacji procesu trawienia in vitro. Ponadto matryce spożywcze zawierające β-glukany miały pozytywny wpływ na interakcję pomiędzy probiotykami a enterocytami [30]. Z drugiej strony w różnych badaniach in vitro stwierdzono, że β-glukan z owsa i jęczmienia nie stymuluje wzrostu szczepów probiotycznych, jeśli jest stosowany jako jedyne źródło węgla w pożywce fermentacyjnej. Badane β-glukany nie miały również wpływu na zwiększenie przeżywalności bakterii w symulacji żołądka in vitro [31]. Prebiotyczne właściwości zbożowych β-glukanów zostały również potwierdzone w badaniach in vivo. Β-glukan z jęczmienia o wysokiej lepkości dodany do paszy spowodował wzrost w treści jelita szczurów rRNAs pochodzącego z L. acidophilus w porównaniu do szczurów żywionych dietą na bazie celulozy [32]. Również u szczurów karmionych dietą oparta na owsie wykazano w treści jelita zwiększenie stężenia kwasów tłuszczowych o krótkim łańcuchu, takich jak octan, propionian i maślan [33]. Dongowski i współpracownicy (2002) stwierdzili, że dieta bogata w błonnik jęczmienia spowodowała redukcję ilości bakterii E. coli i Bacterioides, jak również wzrost liczby Lactobacillus i stężenia krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych w dolnych odcinkach jelita [34]. W nowszych badaniach wykonanych na 200 szczurach żywionych 6 tygodni przez dożołądkowy zgłębnik β-glukanem z owsa lub jęczmienia wykazano pewne korzystne dla fizjologii jelit działanie owsa i β-glukanu. β-glukan korzystnie zmieniał zawartość wody w kale, wartość pH, stężenie amoniaku, aktywność β-glukuronidazy i azoreduktazy, jak również stężenie krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych w okrężnicy, przy czym efekt ten był większy dla β-glukanu z owsa [35]. W naszym badaniu na szczurach z zapaleniem jelit wywołanym LPS stwierdzono korzystne zmiany w charakterystyce krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych zawartych w odchodach szczurów karmionych β-glukanem owsa. Ponadto zaobserwowano zwiększoną liczbę bakterii kwasu mlekowego, co wskazuje na prebiotyczną charakterystykę tych substancji [26]. Choć dowodów prebiotycznego działania β-glukanu u ludzi jest mało, to prebiotyczny potencjał β-glukanu z jęczmienia był 55 Joanna Harasym, Jacek Wilczak, Joanna Gromadzka-Ostrowska badany stosunkowo niedawno w randomizowanym, podwójnie zaślepionym, z kontrolowanym placebo badaniu klinicznym. W wyniku tych badań stwierdzono, że dzienne spożycie ciasta zawierającego β-glukan jęczmienny było dobrze tolerowane przez starszych (≥50 lat) pacjentów i spowodowało silny efekt bifidogenny. Żadne inne modyfikacje nie były wprowadzone do diet pacjentów, a jęczmienny β-glukan spowodował wzrost liczby Bifidobacterium na poziomie wykrywalnym w porównaniu z niewykrywalną ilością tych bakterii w grupie kontrolnej [36]. Wyniki badań wskazujących na właściwości prebiotyczne zbożowych β-glukanów skutkować mogą rozwojem nowych funkcjonalnych produktów spożywczych. Fortyfikacja mleka zawierającego kulturę jogurtową 1,4% β-glukanu z owsa spowodowała wzrost żywych komórek kultury liczyć podczas przechowywania. Ten typ fermentowanych produktów mlecznych pozwala połączyć zalety probiotyczne Lactobacillum z efektami hipocholesterolemicznymi β-glukanu [37]. Innym rodzajem produktów probiotycznych zawierających β-glukany ze zbóż są wielofunkcyjne fermentowane produkty owsiane. Takie produkty stanowią obfite źródło rozpuszczalnych i nierozpuszczalnych włókien, tłuszczy roślinnych i organizmów probiotycznych. W badaniu przeprowadzonym na nowym produkcie owsianym naukowcy zauważyli, że zaszczepienie szczepem L. plantarum (nadproduktorem ryboflawiny) doprowadziło do biofortyfikacji ryboflawiną in situ. W tym samym badaniu, fermentacja produktu szczepem L. plantarum wytwarzającym egzopolisacharydy doprowadziła do korzystnych zmian cech reologicznych produktu, chociaż ulepszenia te zostały utracone podczas przechowywania [38]. Pomimo że istnieje wiele obiecujących danych dotyczących prebiotycznego działania β-glukanu zbóż stwierdzonych zarówno w badaniach in vitro, jak i in vivo, nadal brak jest wyników badań klinicznych u ludzi, które mogłyby potwierdzić korzystny dla zdrowia wpływ konsumpcji probiotycznej żywności funkcjonalnej wzbogaconej w β-glukan. 6. Właściwości przeciwnowotworowe β-glukanów zbożowych Jak to zostało opisane wcześniej przez Rieder i Samuelsena,wstępne badania in vitro sugerują, że β-glukan wykazuje cytotoksyczność wobec komórek nowotworowych. β-glukany zwiększają cytotoksyczność makrofagów (poprzez ich aktywację), oraz cytotoksyczność zależną od dopełniacza. Według wyników badań na zwierzętach β-glukany zbóż mogą także intensyfikować terapię nowotworów złośliwych metodą fotodynamiczną i przeciwciałami z klasy immunoglobulin IgG1 (rytuksymab) [39]. W badaniu przeprowadzonym przez Modak i współpracowników, myszom z ciężkim łącznym niedoborem odporności (SCID) wstrzyknięto komórki ludzkiego chłoniaka Burkitta i badano guzy podskórne. Leczenie rytuksymabem i β-glukanem spowodowało zmniejszenie wzrostu guza [40]. Doustnie podawany β-glukan z jęczmienia spowodował znaczne zmniejszenie objętości nowotworu w u samic myszy C57BL/6 z rakiem płuca Lewisa. β-glukan również skutecznie hamował wzrost guza, zwłaszcza w skojarzeniu z fotodynamiczną terapią nowotworów (PDT). Wyniki dla kombinacji 56 β-glukan z owsa – właściwości immunostymulujące, przeciwzapalne, prebiotyczne i przeciwnowotworowe oraz charakterystyka metod jego wyodrębniania i ich wpływu na właściwości fizykochemiczne i charakterystykę aktywności tych terapii były znacznie lepsze niż wyniki dla samego PDT i grupy kontrolnej, co sugeruje, że β-glukan może zwiększać siłę terapii fotodynamicznej [41]. W innym badaniu Akramiene i współpracownicy porównali terapię adjuwantową z trzema różnymi β-glukanami na skuteczność w terapii fotodynamicznej w raku płuc u myszy. Β-glukany z drożdży piekarskich, morskich alg brunatnych L. digitata, jak również z jęczmienia wzmacniały odpowiedź guza na PDT, zwiększając nekrozę guzów i hamowanie naprawy uszkodzeń DNA aktywowanego terapią fotodynamiczną [42]. W wykonanych stosunkowo niedawno badaniach in vitro, β-glukan owsa wykazał działanie cytotoksyczne na komórki czerniaka skóry ludzkiej HTB-140. Związek ten powodował większą aktywację kaspazy-3/-7 i wiązanie fosfatydyloseryny do aneksyny na powierzchni błony komórkowej w stopniu zależnym od stężenia. Oba te mechanizmy są wskaźnikami apoptozy komórek. β-glukan spowodował również zmniejszenie poziomu wewnątrzkomórkowego ATP i potencjału mitochondrialnego, które mogą prowadzić do aktywacji mitochondrialnego szlaku apoptozy. Wyniki te wskazują na potencjalną rolę β-glukanu zbożowego jako środka przeciwnowotworowego [43]. Inne niedawne badanie in vitro β-glukanu z owsa o niskiej masie cząsteczkowej wskazują, że związek ten indukuje silną ekspresję kaspazy-12, co prowadzi do apoptozy we wszystkich badanych liniach komórek nowotworów złośliwych. β-glukan, również zmniejsza żywotność komórek nowotworowych w sposób zależny od dawki nie uszkadzając jednocześnie zdrowych komórek [44]. Shah i współpracownicy badali wpływ promieniowania γ na badane in vitro właściwości antyproliferacyjne β-glukanu z owsa i jęczmienia (w 2014 i 2015, odpowiednio). Wykazano, że napromieniowanie spowodowało zależne od dawki zmniejszenie masy cząsteczkowej β-glukanów. Stwierdzono ponadto, że β-glukany z owsa i jęczmienia hamowały proliferację ludzkich komórek raka okrężnicy (Colo-205), raka komórek nabłonkowych sutka (T47D) i ludzkich komórek gruczolakoraka piersi (MCF7). W obu przypadkach efekt antyproliferacyjny wzrastał wraz ze zmniejszeniem masy molowej β-glukanów z owsa. Według autorów wzrost tego oddziaływania β-glukanów zbożowych spowodowanego przez promieniowanie może być związany z łatwiejszym dostępem mniejszych cząsteczek β-glukanu do cząsteczek docelowych [45, 46]. Ostatnio przeciwnowotworowe właściwości β-glukanu zostały również zbadane u ludzi. Naukowcy badali wpływ β-glukanu pochodzącego z jęczmienia na genotoksyczność wód kałowych u 69 pacjentów po polipektomii. Grupie kontrolnej podawano chleb powszechnie dostępny na rynku, a grupy eksperymentalne przyjmowały chleb wzbogacony w β-glukan z jęczmienia (3 g β-glukanu w przeliczeniu na dzień). Obie grupy spożywały 125 g chleba dziennie przez okres 3 miesięcy. Genotoksyczność wód kałowych pacjentów spożywających β-glukany malała stopniowo podczas interwencji żywieniowej. Wyniki tych badań sugerują rolę ochronną β-glukanu w przypadkach prewencji raka jelita grubego [47]. W świetle powyższych ustaleń wydaje się jasne, że β-glukany mogą odgrywać istotną rolę w profilaktyce i leczeniu nowotworów. Badania in vitro wykazały, że 57 Joanna Harasym, Jacek Wilczak, Joanna Gromadzka-Ostrowska β-glukany zbożowe mogą działać apoptotycznie i cytotoksycznie wobec komórek nowotworowych, a także hamować ich proliferację. Badania na zwierzętach sugerują synergizm β-glukanów zbożowych w przeciwnowotworowej terapii fotodynamicznej i przeciwciałami, a badania z udziałem ludzi potwierdzają znaczenie tych związków w profilaktyce raka jelita grubego. Jednak potrzebne są dalsze badania, aby w pełni poznać mechanizmy przeciwnowotworowej aktywności β-glukanów zbóż. 7. Charakterystyka metod wyodrębniania β-glukanów ze zbóż i ich wpływ na właściwości fizykochemiczne Stężenie β-glukanu w całych ziarnie owsa mieści się zazwyczaj w zakresie od 2 do 11 % i od 6 do 16 % w produktach otrębowych [48, 49, 50]. Na rynku można spotkać produkty deklarujące nawet wyższe stężenia β-glukanu – 20, 22, 30, 34% [51, 52], które są zwykle poprawnie określane jako koncentraty otrąb lub całkowicie błędnie jako β-glukan z owsa. β-glukan w owsie zlokalizowany jest całym bielmie, ale w największych ilościach występuje w ściankach komórek aleuronowych i subaleuronowych warstw otrębowych. Te warstwy mogą być oddzielone od bielma przy użyciu konwencjonalnego mielenia i przesiewania. Jednakże typowe procesy zazwyczaj nie są w stanie dostarczyć produktów zawierających β-glukan w wysokim stężeniu. Ponadto, stosunkowo mała zawartość β-glukanu w typowych otrębach sprawia, że znajduje on zastosowanie tylko do ograniczonej liczby funkcjonalnych produktów żywnościowych. Koncentraty β-glukanu, zawierające wyższe stężenia β-glukanu niż otręby owsiane, umożliwiają wytwarzanie produktów bogatszych w β-glukan, nie wpływając aż tak bardzo na teksturę i odczucie w ustach [53, 54], natomiast izolaty β-glukanu wytwarzane na drodze ekstrakcji nie mają już żadnych ograniczeń stosowania i umożliwiają tworzenie szerokiej gamy produktów zarówno spożywczych, jak i farmaceutycznych. Metody ekstrakcji β-glukanu można podzielić na tzw. metody mokre i suche. Metody mokre to metody wykorzystujące proces ekstrakcji do wyodrębnienia wysokooczyszczonej aktywnej substancji jaką jest β-glukan z surowca, natomiast metody suche opierają się na mieleniu, frakcjonowaniu i odrzucaniu frakcji ubogich w β-glukan, co skutkuje jego zatężaniem w koncentracie. Oczyszczanie frakcji β-glukanu z owsa drogą ekstrakcji na mokro odbywa się zazwyczaj w oparciu o następujące technologie: a) enzymatycznej hydrolizy wszystkich składników oprócz β-glukanu; b) precypitacji kwasowej, zasadowej lub rozpuszczalnikowej; c) oraz odsiewania na mokro nierozpuszczalnych w wodzie części stałych. Przy zastosowaniu metod mokrych można otrzymać stężenie β-glukanu do 95%. Na przykład, sposób opracowany przez USDA opiera się na wykorzystaniu α-amylazy i ekstrakcji gorącą wodą [55]. Po ekstrakcji, cząstki stałe zawierające β-glukan oddziela się i suszy. Produkt ten można dalej modyfikować przez dalsze oddzielenie rozpuszczalnego błonnika poprzez wykorzystanie wysokotemperaturowego mechanicznego ścinania w środowisku wodnym. Włókna nierozpuszczalne usuwa się przez 58 β-glukan z owsa – właściwości immunostymulujące, przeciwzapalne, prebiotyczne i przeciwnowotworowe oraz charakterystyka metod jego wyodrębniania i ich wpływu na właściwości fizykochemiczne i charakterystykę aktywności filtrację lub odwirowanie, a ciecz jest suszona w celu wytworzenia koncentratu rozpuszczalnego β-glukanu [56]. Naukowcy z University of Alberta opracowali proces wodno-etanolowej ekstrakcji w połączeniu z obróbką enzymatyczną, co pozwala na hydrolizę skrobi i białek, ale zapobiega rozpuszczaniu się β-glukanu. Koncentrat β-glukanu odzyskano z zawiesiny przez przesiewanie lub filtrację [57]. Zgodnie z tym patentem mąkę owsianą o początkowym stężeniu 3,6 % β-glukanu można zatężyć aż do 24.8-32,9% (przy wydajności 12.4-11.7%), a inną mąkę owsianą zawierającą 7,3% β-glukanu do 30.2-44,2% (wydajność 20.7-14.0%), odpowiednio. Kvisti wsp. [58] oraz Kvist i Lawther [59] opracowali metodę wzbogacania β-glukanu za pomocą ksylanazy i/lub obróbki β-glukanazą i mieleniem na mokro, po którym następuje kolejno odwirowanie i ultrafiltracja. β-glukan (początkowo w 14 p% w przeliczeniu na suchą masę) może zostać dodatkowy zagęszczony przez cykliczne zamrażanie/rozmrażanie i wytrącania, w wyniku czego zawartość β-glukanu wzrośnie do 34-57%. Masa molowa produktu wynosi 800-3000 kDa, ale nie ma informacji o wydajności tego procesu. W metodzie Pottera [60] zmielone otręby owsiane są zawieszane w zimnej wodzie i przesiewane, aby usunąć skrobię. Materiał, który pozostanie na sicie, ekstrahuje się roztworem alkalicznym w celu rozpuszczenia β-glukanu. Białko może być wytrącone z roztworu przez zakwaszenie. Pozostały roztwór może być albo odparowany, albo poddany mikrofiltracji aby zatężyć β-glukan. Można osiągnąć stężenia β-glukanu w zakresie do 50-95%, przy masie molowej 50-2400 kDa. W innym procesie Redmond i Fielder [61], oczyszczają otręby owsiane na drodze powietrznej klasyfikacji lub przesiewania, a następnie ekstrahują β-glukan w warunkach zasadowych (pH 9-10). Substancje stałe są usuwane przez odwirowanie, a dodanie flokulanta lub koagulantu powoduje wytrącenia materiału białkowego. Do hydrolizy skrobi zostały wykorzystane enzymy amylolityczne. Na koniec β-glukan wydziela się z roztworu przez wytrącanie etanolem, a następnie odwirowanie. Stężenie β-glukanu może wynosić od 75 do 92% (wydajność 1,2-1,6%), a jego masa molowa wynosi 1000-2000 kDa. Opracowane przez nas metody ekstrakcji β-glukanu na mokro umożliwiają selektywne otrzymywanie frakcji o różnych masach molowych wykazujących się zredukowaną polidyspersjnością. Wyodrębnianie β-glukanu o wysokiej masie molowej uzależnione jest od kontroli aktywności enzymu selektywnie rozkładającego ten związek, jakim jest endogenna 1-3, 1-4, β-D-glukanohydrolaza obecna w ziarnach zbóż. Enzym ten po inaktywacji z wykorzystaniem napromieniowania mikrofalami surowca przestaje wpływać na skracanie się łańcucha polimeru glukozowego jakim jest β-glukan, co przy wykorzystaniu ekstrakcji alkalicznej umożliwia otrzymanie β-glukanu o masie molowej w zakresie 2000-3000 kDa [62]. Z kolei otrzymywanie β-glukanu o masie molowej niskiej często realizowane jest z wykorzystaniem metody enzymatycznej dekompozycji łańcucha, co daje rezultat w postaci mieszanki oligomerów niemającej odpowiednika w faktycznej częstotliwości wiązań β-glukanu. W naszych badaniach stworzyliśmy metodę nieenzymatycznej dekompozycji β-glu- 59 Joanna Harasym, Jacek Wilczak, Joanna Gromadzka-Ostrowska kanu, która pozwala na otrzymanie czystego preparatu o niskiej masie molowej w zakresie <100kDa [63]. Mokre procesy są zwykle ograniczone wysoką lepkością ekstraktów wodnych, nawet przy niskim stężeniu β-glukanu, co prowadzi do dużych objętości cieczy i wysokich kosztów związanych z suszeniem i etapami odzyskiwania rozpuszczalnika. Wysoka zawartość wody stanowi również wyzwanie pod względem jakości mikrobiologicznej, stabilności lipidów owsianych i wykorzystania resztkowych strumieni bocznych. Dlatego też przy opracowywaniu składników tradycyjnych i tanich produktów żywnościowych, byłoby bardziej ekonomiczne wykorzystać metodę frakcjonowania suchego, która eliminuje potrzebę energochłonnych etapów suszenia i jednocześnie pozwala otrzymać frakcje wzbogacone w β-glukan o wyższej wydajności masowej w porównaniu do mokrej ekstrakcji. Malkki i in. [64] opracowali sposób frakcjonowania na sucho w oparciu o dwa lub więcej kolejnych przemiałów i klasyfikacje powietrzną. Produkt końcowy charakteryzuje stężenie β-glukanu w wysokości 11-25 % (na przykład 16,9 % β-glukan można otrzymać z wydajnością 21,3% całego procesu). Podobne stężenia i wydajności z suchego frakcjonowania uzyskali Lehtomäki i Myllymäki [65], Wu i Doehlert [66] oraz Wu i Stringfellow [67]. Schemat frakcjonowania oparty o usuwanie lipidów i późniejszy proces suchego frakcjonowania został opracowany przez KaukovirtaNorja i wsp. [68] i analizowany przez Sibakova i wsp. [69]. Proces ten polega na ekstrakcji lipidów owsa nadkrytycznym dwutlenkiem węgla (SC-CO2) przed sekwencyjnym procesem mielenia i odsiewu otrąb. Ostatnie badania wykazały, że tłuszcze w owsie bielma są połączone z białkami i skrobią. Tak więc, usuwanie fazy lipidowej pozwala na stosowanie technologii mielenia i frakcjonowania na sucho w znacznie bardziej skuteczny sposób, niż w przypadku wykorzystania jako surowiec owsa zawierającego lipidy. Proces ten może dostarczyć koncentrat β-glukanu o zawartości 34 % (ale z niską wydajnością 8-9 %) i masie molowej 1000-2000 kDa. Koncentrat β-glukanu pochodzi głównie z warstwy aleuronowej, a zawiera także około 10% i 24% białka. Wydajność resztkowej mąki wynosi około 80% materiału wyjściowego. W celu pełnego wykorzystania potencjału owsa, materiał skrobiowy był później dodatkowo frakcjonowany w celu uzyskania koncentratu białka 73% (wydajność 5-8%) i koncentratu skrobi owsianej 77% (wydajność 60-70%) [70]. Mając na uwadze ogólną wydajność procesu, należy wziąć pod uwagę fakt, że ważnym czynnikiem wpływającym na cenę jest to, jak duża część frakcji owsa (zwykle tylko koncentrat β-glukanu, a właściwie jego izolat) może być wykorzystywana w produktach spożywczych o dużej wartości dodanej. Na przykład, z procesów suchych wszystkie frakcje owsa są łatwe do przechowywania i dostarczania do innych rodzajów zastosowań, ale są to zastosowania ograniczone właściwościami fizykochemicznymi tych frakcji. Jedną z możliwości może być połączenie zalet obu ekstrakcji na sucho i na mokro. W tego rodzaju procesie, pierwszy (na sucho) etap zatężania przyniósłby częściowo wzbogacony w β-glukan surowiec w sposób ekono- 60 β-glukan z owsa – właściwości immunostymulujące, przeciwzapalne, prebiotyczne i przeciwnowotworowe oraz charakterystyka metod jego wyodrębniania i ich wpływu na właściwości fizykochemiczne i charakterystykę aktywności miczny. Takie podejście zostało wykorzystane w naszych badaniach, w których opracowaliśmy technologię biorafinacji błonnika owsianego o wysokiej zawartości β-glukanu, która pozwala na uzyskanie w sposób bezodpadowy trzech frakcji: wysokooczyszczony preparat β-glukanu, preparat białka owsianego oraz błonnika nierozpuszczalnego [24]. 8. Podsumowanie Jako zboże, owies jest uprawiany od tysięcy lat i uważany za bardzo zdrowy. Zarówno nasze jak i prowadzone w wielu ośrodkach na świecie badania naukowe potwierdziły, że owies jest cennym składnikiem diety, gdyż zawiera m.in. rozpuszczalny błonnik, β-glukan. Jest to polimer o unikalnych połączeniach cząsteczek glukozy w pozycjach C1-C3 i C1-C4. Znaczenie tego związku trudno przecenić. Jak wykazano, β-glukan przyczynia się do obniżenia poziomu cholesterolu we krwi, jest cennym dodatkiem do diety odchudzającej, ale najcenniejsze właściwości wiążą się z jego działaniem immunomodulacyjnym, przeciwzapalnym i antyoksydacyjnym. Przy tak szerokiej gamie aktywności nie powinno zabraknąć go w diecie każdego człowieka. Literatura Lazaridou A., Biliaderis C. G., Molecular aspects of cereal β-glucan functionality: Physical properties, technological applications and physiological effects, Journal of Cereal Science, 2007, 46(2), 101-118 2. El Khoury D., Cuda C., Luhovyy B. L., Anderson G. H., Beta glucan: Health benefits in obesity and metabolic syndrome, Journal of Nutrition and Metabolism, 2012 doi:10.1155/2012/851362 3. Johansson L., Tuomainen P., Ylinen M., Ekholm P., Virkki L., Structural analysis of water-soluble and -insoluble β-glucans of whole-grain oats and barley, Carbohydrate Polymers, 2004, 58(3), 267-274 4. Hu X., Zhao J., Zhao Q., Zheng J., Structure and characteristic of β-glucan in cereal: A review, Journal of Food Processing and Preservation, 2015, 39(6), 3145-53 5. Harland, J., Authorised EU health claims for barley and oat beta-glucans, Foods, nutrients and food ingredients with authorised EU health claims, 2014, 25-45) 6. Brennan C. S., Cleary L. J., The potential use of cereal (1→3,1→4)-β-d-glucans as functional food ingredients, Journal of Cereal Science, 2005,42(1), 1-13 7. Wang H., Xu Q., Liu D., Wang H., Xie B., Rheological properties of β-glucans from oats, Nongye Gongcheng Xuebao, 2008, 24(5), 31-6 8. Tran T., Amiji M. M., Targeted delivery systems for biological therapies of inflammatory diseases, Expert Opinion on Drug Delivery, 2015, 12(3), 393-414 9. Beer M. U., Wood P. J., Weisz J., Molecular weight distribution and (1→3)(1→4)-β-Dglucan content of consecutive extracts of various oat and barley cultivars, Cereal Chemistry, 1997,74(4), 476-480 10. Skendi A., Biliaderis C. G. Lazaridou A., Izydorczyk M. S., Structure and rheological properties of water soluble β-glucans from oat cultivars of avena sativa and avenabysantina, Journal of Cereal Science, 2003, 38(1), 15-31 11. Hong F., Yan J., Baran J. T., Allendorf D. J., Hansen R. D., Ostroff G. R., Ross G. D., Mechanism by which orally administered β-1,3-glucans enhance the tumoricidal activity 1. 61 Joanna Harasym, Jacek Wilczak, Joanna Gromadzka-Ostrowska 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. of antitumor monoclonal antibodies in murine tumor models, Journal of Immunology, 2004, 173(2), 797-806 Noss I., Doekes G., Thorne P. S., Heederik D. J., Wouters I. M., Comparison of the potency of a variety of β-glucans to induce cytokine production in human whole blood, Innate Immunity, 2013, 19(1), 10-19 Zheng X., Zou S., Xu H., Liu Q., Song J., Xu M., Zhang L., The linear structure of β-glucan from baker's yeast and its activation of macrophage-like RAW264.7 cells, Carbohydrate Polymers, 2016, 148, 61-68 Volman J. J., Mensink R. P., Burman W. A., Önning G., Plat J., The absence of functional dectin-1 on enterocytes may serve to prevent intestinal damage, European Journal of Gastroenterology and Hepatology, 2010, 22(1), 88-94 Bose N., Wurst L. R., Chan A. S. H., Dudney C. M., Leroux M. L., Danielson M. E., Vasilakos J. P., Differential regulation of oxidative burst by distinct β-glucan- binding receptors and signaling pathways in human peripheral blood mononuclear cells, Glycobiology, 2014, 24(4), 379-391 Baert K., Sonck E., Goddeeris B. M., Devriendt B., Cox E., Cell type-specific differences in β-glucan recognition and signalling in porcine innate immune cells, Developmental and Comparative Immunology, 2015, 48(1), 192-203 Tada R., Ikeda F., Aoki K., Yoshikawa M., Kato Y., Adachi Y.,... Ohno N., Barleyderived β-d-glucan induces immunostimulation via a dectin-1-mediated pathway, Immunology Letters, 2008, 123(2), 144-148 Palma A. S., Liu Y., Zhang H., Zhang Y., McCleary B. V., Yu G., Chai W., Unravelling glucan recognition systems by glycome microarrays using the designer approach and mass spectrometry, Molecular and Cellular Proteomics, 2015, 14(4), 974-988 Bermudez-Brito M., Sahasrabudhe N. M., Rösch C., Schols, H. A., Faas M. M., De Vos, P., The impact of dietary fibers on dendritic cell responses in vitro is dependent on the differential effects of the fibers on intestinal epithelial cells, Molecular Nutrition and Food Research, 2015, 59(4), 698-710 Mikkelsen M. S., Jespersen B. M., Mehlsen A., Engelsen S. B., Frøkiær H., Cereal β-glucan immune modulating activity depends on the polymer fine structure, Food Research International, 2014, 62, 829-836 Suchecka D., Harasym J. P., Wilczak J., Gajewska, M., Oczkowski M., Gudej, S., Gromadzka-Ostrowska, J., Antioxidative and anti-inflammatory effects of high beta-glucan concentration purified aqueous extract from oat in experimental model of LPS-induced chronic enteritis, Journal of Functional Foods, 2015,14, 244-254 Błaszczyk, K., Wilczak, J., Harasym, J., Gudej, S., Suchecka, D., Królikowski, T., Gromadzka-Ostrowska, J., Impact of low and high molecular weight oat beta-glucan on oxidative stress and antioxidant defense in spleen of rats with LPS induced enteritis, Food Hydrocolloids, 2015, 51, 272-280 Suchecka, D., Harasym, J., Wilczak, J., Gromadzka-Ostrowska, J. Hepato- and gastroprotective activity of purified oat 1–3, 1–4-β-D-glucans of different molecular weight, International Journal of Biological Macromolecules, 2016, 91, 1177-1185 Harasym J., Brach J., Czarnota J. L., Stechman M., Slabisz A., Kowalska A., Chorowski M., Winkowski M., Madera A., A method of production of beta-glucan, insoluble food fibre and oat protein preparation, Patent europejski – EP 2515672 B1 62 β-glukan z owsa – właściwości immunostymulujące, przeciwzapalne, prebiotyczne i przeciwnowotworowe oraz charakterystyka metod jego wyodrębniania i ich wpływu na właściwości fizykochemiczne i charakterystykę aktywności 25. Harasym, J., Suchecka, D., &Gromadzka-Ostrowska, J., Effect of size reduction by freezemilling on processing properties of beta-glucan oat bran, Journal of Cereal Science, 2015, 61, 119-125 26. Wilczak J., Błaszczyk K., Kamola D., Gajewska M., Harasym J. P., Jałosińska M., Gromadzka-Ostrowska, J., The effect of low or high molecular weight oat beta-glucans on the inflammatory and oxidative stress status in the colon of rats with LPS-induced enteritis, Food and Function, 2015, 6(2), 590-603 27. Hamaker B. R., Tuncil Y. E., A perspective on the complexity of dietary fiber structures and their potential effect on the gut microbiota, Journal of Molecular Biology, 2014, 426(23), 3838-3850 28. Beeren S. R., Christensen C. E., Tanaka H., Jensen M. G., Donaldson I., Hindsgaul O., Direct study of fluorescently-labelled barley β-glucan fate in an in vitro human colon digestion model, Carbohydrate Polymers, 2014,115, 88-92 29. Vasiljevic T., Kealy T., Mishra V. K., Effects of β-glucan addition to a probiotic containing yogurt, Journal of Food Science, 2007, 72(7), C405-C411 30. Arena M. P., Caggianiello G., Fiocco D., Russo P., Torelli M., Spano G., &Capozzi V., Barley β-glucans-containing food enhances probiotic performances of beneficial bacteria, International Journal of Molecular Sciences,2014, 15(2), 3025-3039 31. Arena M. P., Russo P., Capozzi V., Rascón A., Felis G. E., Spano G., Fiocco D., Combinations of cereal β-glucans and probiotics can enhance the anti-inflammatory activity on host cells by a synergistic effect, Journal of Functional Foods, 2016, 23, 12-23 32. Snart J., Bibiloni R., Grayson T., Lay C., Zhang H., Allison G. E., Tannock G. W., Supplementation of the diet with high-viscosity β-glucan results in enrichment for lactobacilli in the rat cecum, Applied and Environmental Microbiology, 2006,72(3), 1925-1931 33. Drzikova B., Dongowski G., Gebhardt E., Dietary fibre-rich oat-based products affect serum lipids, microbiota, formation of short-chain fatty acids and steroids in rats, British Journal of Nutrition, 2005, 94(6), 1012-1025 34. Dongowski G., Huth M., Gebhardt E., Flamme W., Dietary fiber-rich barley products beneficially affect the intestinal tract of rats, Journal of Nutrition, 2002, 132(12), 3704-3714 35. Shen R., Dang X., Dong J., Hu X., Effects of oat β-glucan and barley β-glucan on fecal characteristics, intestinal microflora, and intestinal bacterial metabolites in rats, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2012, 60(45), 11301-11308 36. Mitsou E. K., Panopoulou N., Turunen K., Spiliotis V., Kyriacou A., Prebiotic potential of barley derived β-glucan at low intake levels: A randomised, double-blinded, placebocontrolled clinical study, Food Research International, 2010, 43(4), 1086-1092 37. Lazaridou A., Serafeimidou A., Biliaderis C. G., Moschakis T., &Tzanetakis N., Structure development and acidification kinetics in fermented milk containing oat β-glucan, a yogurt culture and a probiotic strain, Food Hydrocolloids, 2014, 39, 204-214 38. Russo P., de Chiara M. L. V., Capozzi V., Arena M. P., Amodio M. L., Rascón A., Spano G., Lactobacillus plantarum strains for multifunctional oat-based foods, LWT – Food Science and Technology, 2016, 68, 288-294 39. Rieder A., Samuelsen A. B., Do cereal mixed-linked β-glucans possess immunemodulating activities?, Molecular Nutrition and Food Research, 2012, 56(4), 536-547 40. Modak S., Koehne G., Vickers A., O'Reilly R. J., Cheung, N. -. V., Rituximab therapy of lymphoma is enhanced by orally administered (1 → 3),(1 → 4)-D-β-glucan, Leukemia Research, 2005, 29(6), 679-683 63 Joanna Harasym, Jacek Wilczak, Joanna Gromadzka-Ostrowska 41. Akramiene D., Aleksandraviciene C., Grazeliene G., Zalinkevicius R., Suziedelis K., Didziapetriene J.,... Kevelaitis E., Potentiating effect of β-glucans on photodynamic therapy of implanted cancer cells in mice, Tohoku Journal of Experimental Medicine, 2010, 220(4), 299-306 42. Akramiene D., Graželiene G., Didžiapetriene J., &Kevelaitis E., Treatment of lewis lung carcinoma by photodynamic therapy and glucan from barley, Medicina, 2009, 45(6), 480-485 43. Parzonko A., Makarewicz-Wujec M., Jaszewska E., Harasym J., KozłowskaWojciechowska M., Pro-apoptotic properties of (1,3)(1,4)-β-d-glucan from avena sativa on human melanoma HTB-140 cells in vitro, International Journal of Biological Macromolecules, 2015, 72, 757-763 44. Choromanska A., Kulbacka J., Rembialkowska N., Pilat J., Oledzki R., Harasym J., Saczko, J., Anticancer properties of low molecular weight oat beta-glucan – an in vitro study, International Journal of Biological Macromolecules, 2015, 80, 23-28 45. Shah A., Ahmad M., Ashwar B. A., Gani A., Masoodi F. A., Wani I. A.,... Gani A., Effect of γ-irradiation on structure and nutraceutical potential of β-d-glucan from barley (Hordeum vulgare), International Journal of Biological Macromolecules, 2014, 72, 1168-1175 46. Shah A., Masoodi F. A., Gani A., Ashwar B. A., Effect of γ-irradiation on antioxidant and antiproliferative properties of oat β-glucan, Radiation Physics and Chemistry, 2015, 117, 120-127 47. Turunen K. T., Pletsa V., Georgiadis P., Triantafillidis J. K., Karamanolis D., Kyriacou A., Impact of β-glucan on the fecal water genotoxicity of polypectomized patients, Nutrition and Cancer, 2016, 68(4), 560-567 48. Butt M. S., Tahir-Nadeem M., Khan M. K. I., Shabir R., Butt M. S., Oat: Unique among the cereals, European Journal of Nutrition, 2008,47(2), 68-79 49. Peterson D. M., Oat lipids: Composition, separation and application, Lipid Technology, 2002,14 (0), 56-59 50. Wood P.J., Oats: Chemistry and Technology, 1986, 121-152 51. http://www.blonniknaturalny.pl/ 52. http://www.dsm.com/markets/foodandbeverages/en_US/products/nutraceuticals/oatwell.html 53. Lehtinen P., Kaukovirta-Norja A., Sibakov J., Myllymäki O., Poutanen K., Pihlava J., Functional oat ingredients – opportunities and challenges for food technology, Cereal Foods World, 2009, 54(6), 267-71 54. Vasanthan T., Temelli F., Grain fractionation technologies for cereal beta-glucan concentration, Food Research International, 2008,41(9),876-81 55. Inglett G. E., Oat soluble dietary fiber compositions, U.S. Pat. 373978. Application Date: 1989-06-30 56. Inglett G. E., Dietary fiber gels for preparing calorie reduced foods, U.S. Pat. 9719603. Application Date: 1995-11-28 57. Vasanthan T., Temelli F., Grain fractionation methods and products, WO Pat. 02/27011 A2. Application Date: 2002-04-04 58. Kvist S., Lawther J. M., Concentration of beta-glucans, WO Pat. 2005/122785. Application Date: 2004-06-17 59. Kvist S., Carlsson T. et al., Process for the fractionation of cereal brans, WO Pat. 2002/067698. Application Date: 2001-02-26 60. Potter R. C., Fisher P. A. et al., Polysaccharide compositions and uses thereof, U.S. Pat. 6485945. Application Date: 1999-02-17 64 β-glukan z owsa – właściwości immunostymulujące, przeciwzapalne, prebiotyczne i przeciwnowotworowe oraz charakterystyka metod jego wyodrębniania i ich wpływu na właściwości fizykochemiczne i charakterystykę aktywności 61. Redmond M. J., Fielder D. A., Improved extraction and purification method for cereal beta-glucan, WO Pat. 2004/096862. Application Date: 2003-05-02 62. Harasym J., Brach J., Sposób otrzymywania polisacharydu nieskrobiowego ze zbóż, Patent RP – 217750 63. Harasym J., Gromadzka-Ostrowska J., Sposób otrzymywania beta-glukanu zbożowego o niskiej masie cząsteczkowej, Zgłoszenie patentowe polskie, P.410314 64. Mälkki Y., Myllymäki O. et al., A method for preparing an oat product and a foodstuff enriched in the content of beta-glucan, WO Pat. 2001/026479. Application Date: 1999-10-13 65. Lehtomäki I., Myllymäki O., New dry-milling method for preparing bran, WO Pat. 2010/000935. Application Date: 2010-01-07 66. Wu Y. V., Doehlert D. C., Enrichment of β-glucan in oat bran by fine grinding and air classification, LWT – Food SciTechnol, 2002; 35(1):30-3 67. Wu Y.V., Stringfellow A.C., Enriched protein and beta-glukan fraction from high-protein oats by air classification, Cereal Chemistry, 1995, 72, 132-134 68. Kaukovirta-Norja A., Myllymäki O. et al., Method for fractionating oat, products thus obtained, and use thereof, WO Pat. 2008/096044 A1. Application Date: 2008-08-14 69. Sibakov J., Myllymäki O., Holopainen U., Kaukovirta-Norja A., Hietaniemi V., Pihlava J. M., Poutanen K., Lehtinen P., Lipid removal enhances separation of oat grain cell wall material from starch and protein, Journal of Cereal Science, 2011,54(1),104-9 70. Sibakov J., Myllymäki O., Holopainen U., Kaukovirta-Norja A., Hietaniemi V., Pihlava J., Lehtinen P., Poutanen K., Minireview: β-glucan extraction methods from oats, Agro Food Ind Hi-Tech 2012, 23(1), 10-2 β-glukan z owsa – właściwości immunostymulujące, przeciwzapalne i antyoksydacyjne oraz charakterystyka metod jego wyodrębniania i ich wpływu na właściwości fizykochemiczne i charakterystykę aktywności 1-3, 1-4 -β-D-glukan z owsa – to homopolimer glukozowy, który charakteryzują, oprócz wiązań 1-3, również wiązania 1-4. Taka mieszana budowa powoduje, że ten konkretny β-glukan wykazuje wysoką aktywność immunostymulującą przy jednoczesnym oddziaływaniu przeciwzapalnym i przeciwutleniającym. Mieszane wiązania umożliwiają rozpuszczanie się β-glukanu z owsa w wodzie, co znacząco rozszerza zakres jego potencjalnych zastosowań oraz postacie aplikacji. Pewne prozdrowotne oddziaływania β-glukanu z owsa zostały udokumentowane rozlicznymi badaniami z wykorzystaniem ziarna, płatków, mąki oraz otrąb owsianych. Powtarzalne wyniki potwierdzające zdolność obniżania poziomu cholesterolu oraz zmniejszenie poposiłkowej glikemii, jak również regulację wypróżnień umożliwiły w różnych krajach i regionach uzyskanie zgód agencji ds. bezpieczeństwa żywności na stosowanie tzw. oświadczeń zdrowotnych na produktach zawierających w określonych stężeniach β-glukan z owsa. Jednakże powyższe oddziaływania nie są jedynymi, które zostały stwierdzone w rozlicznych badaniach. Niniejsza przegląd piśmiennictwa przedstawia badania dokumentujące właściwości immunostymulujące, przeciwzapalne i antyoksydacyjne wysokoczyszczonego β-glukanu z owsa. Zaprezentowano również charakterystykę metod wyodrębniania tego związku oraz wpływ tych metod izolacji na charakterystykę fizyko-chemiczną β-glukanu. Możliwość wykorzystania tego związku w czystej postaci zwiększa rynek dotychczasowych odbiorców ziarna, płatków, mąki, otrąb owsianych czy koncentratów otrąb o nowe podmioty, m.in. związane z przemysłem farmaceutycznym i medycyną, a także rynkiem zaawansowanych technologicznie produktów żywności funkcjonalnej. Słowa kluczowe: beta-glukan, owies, polisacharyd, przeciwzapalne, przeciwutleniające 65 Joanna Harasym, Jacek Wilczak, Joanna Gromadzka-Ostrowska β-glucan – immunostimulatory, anti-inflammatory and antioxidant properties and isolation methods characteristics and its impact on the physicochemical properties and characteristics of activity 1-3,1-4-β-D-glucan – is a glucose homopolymer, which is characterized, not only by 1-3 bonds, but also the 1-4 bonds. This mixed structure causes that this particular β-glucan has high immunostimulatory activity accompanied by antioxidant and anti-inflammatory activity. Mixed binding enables solubility of β-glucan from oats in water, which significantly expands the scope of its potential applications and forms of application. Some pro-health impact β-glucan from oats have been documented and the manifold studies using grains, cereals, flour and oat bran. Reproducible results confirming the ability to lower cholesterol and reduce the postprandial blood glucose, as well as the regulation of bowel movements allowed in various countries and regions to obtain approvals of food safety agency for the use of the health claims on products containing certain concentrations of β-glucan. However, these impacts are not the only ones that have been established in numerous studies. This literature review presents the studies documenting the immunostimulatory properties, anti-inflammatory and antioxidant of highly purified β-glucan from oats. Also the characteristics of the methods of isolating this compound is presented and the impact of these methods on the physico-chemical characteristics of oat β-glucan. The possibility of using this compound in pure form increases the market for existing customers of grain, cereals, flour, oat bran or bran concentrates by new entities, including the pharmaceutical industry and medicine, as well as the market of high-tech products of functional foods. Keywords: beta-glucan, oat, polysaccharide, anti-inflammatory, antioxidant 66 Ludmiła Bogacz-Radomska1, Joanna Harasym 2 Karotenoidy roślinne – aktywność, rodzaje i metody pozyskiwania 1. Wstęp Rośliny stanowią bogate i wciąż niewyeksploatowane źródło substancji aktywnych, atrakcyjnych poprzez swoje terapeutyczne właściwości i stanowiących surowiec, na bazie którego tworzone są nowe formulacje produktów farmaceutycznych i spożywczych. Barwa roślin, zwłaszcza konsumpcyjnych jak warzywa czy owoce, pochodzi od szeregu substancji, których aktywność metaboliczna jest przedmiotem prac badawczych. Spośród tych substancji najlepiej poznane i wykazujące przez to największy potencjał przemysłowego wykorzystania są karotenoidy i polifenole. Właśnie karotenoidy, grupa związków organicznych o szkielecie węglowodorowym z występującymi wiązaniami nienasyconymi, odpowiadają za barwy żółte, pomarańczowe i czerwone. Ze względu na to, że odznaczają się wysoką aktywnością przeciwutleniającą, a niektóre z nich są prekursorami witaminy A w organizmie człowieka, znajdują zastosowanie w medycynie. W rozdziale przedstawiono aktualny stan wiedzy dotyczący rodzajów i ilości karotenoidów pochodzenia roślinnego, zaawansowania znajomości ich oddziaływania metabolicznego, możliwości zastosowań w medycynie, jak również pożądanych zakresów dalszych badań. Dodatkowo określono zakres ich przemysłowego wykorzystania. Omówiono aktualną charakterystykę rynku produktów i preparatów karotenoidowych, jak również perspektywy jego rozwoju. Przedstawiono również przegląd fizykochemicznych i biotechnologicznych metod pozyskiwania karotenoidów roślinnych. Praca niniejsza realizowana jest w ramach Akcji COST – EUROCAROTEN, której celem jest wymiana i rozwój wiedzy pomiędzy europejskimi naukowcami zajmującymi się karotenoidami. 1 [email protected], Katedra Biotechnologii i Analizy Żywności, Wydział InżynieryjnoEkonomiczny, Uniwersytet Ekonomiczny we Wrocławiu, www.ue.wroc.pl 2 [email protected], Bio-Ref Laboratory, Katedra Biotechnologii i Analizy Żywności, Wydział Inżynieryjno-Ekonomiczny, Uniwersytet Ekonomiczny we Wrocławiu, www.ue.wroc.pl; Department of Agriculture and Forestry Engineering, College of Agricultural and Forestry Engineering, University of Valladolid, http://www.uva.es/export/sites/uva/ 67 Ludmiła Bogacz-Radomska, Joanna Harasym 2. Rodzaje karotenoidów Karotenoidy stanowią grupę naturalnych, powszechnie występujących barwników. Dotychczas zidentyfikowano około siedmiuset karotenoidów, z czego jedynie kilka ma znaczenie przemysłowe. Wśród nich wymienia się α- i β-karoten, likopen, zeaksantynę, kryptoksantynę, luteinę oraz astaksantynę. Wzory wybranych karotenoidów przedstawiono w tabeli 1. Karotenoidy nadają barwę od żółtej do czerwonej zarówno roślinom, zwierzętom jak i drobnoustrojom. Barwa wynika z ilości wiązań podwójnych, lecz dopiero obecność siedmiu układów chromoforowych sprawia, że związki wykazują zabarwienie. Łącząc się z niektórymi białkami tworzą karotenoproteiny i zmieniają zabarwienie na niebieskie, zielone lub purpurowe, występujące np. u morskich bezkręgowców. Do takich związków należą fitoen (3 wiązania podwójne) i fitofluen (5 wiązań podwójnych) [1-3]. Karotenoidy są tetraterpenami zawierającymi w swej strukturze na ogół czterdzieści atomów węgla. Dzieli się je na karoteny – nieutlenione związki typu węglowodorów i ksantofile – zawierające atom tlenu w grupie hydroksylowej, karbonylowej lub epoksydowej. Wśród karotenoidów występują także związki, które posiadają poniżej 40 atomów węgla i cztery grupy metylowe. Noszą nazwę apokarotenoidów. Ich skrócony łańcuch wynika z degradacji lub syntezy chemicznej. Karotenoidy mogą występować w postaci związków acyklicznych, monocyklicznych lub bicyklicznych. Zalicza się je do lipidów izoprenowych, ponieważ zbudowane są z ośmiu reszt izoprenowych, których układ jest odwrócony w środku cząsteczki. Są nierozpuszczalne w wodzie, natomiast bardzo dobrze rozpuszczają się w rozpuszczalnikach niepolarnych lub mało polarnych [4-6]. Karotenoidy to związki polienowe o rdzeniu w postaci acyklicznej struktury C40H56 (Rysunek 1) zbudowanej z długiego łańcucha sprzężonych wiązań podwójnych. Wraz ze wzrostem sprzężonych wiązań podwójnych maksimum absorpcji przesuwa się w kierunku fal długich. Oznacza to, że związki te zmieniają zabarwienie z żółtego na pomarańczowo-czerwone. Wysoka temperatura sprzyja izomeryzacji wiązań podwójnych, co powoduje rozjaśnienie barwy produktów [8, 9]. Karotenoidy powstają w wyniku reakcji hydrogenacji, dehydrogenacji, cyklizacji, utleniania lub kombinacji tych procesów. W zależności od ilości wiązań podwójnych istnieje wiele form izomerycznych cis/trans (E/Z). Związki te łatwo izomeryzują, a kombinacje mono- i poli-cis-izomerów łączą się z formą all-trans. W naturze przeważają formy all-trans [10]. 68 Karotenoidy roślinne – aktywność, rodzaje i metody pozyskiwania Tabela 1. Wzory wybranych karotenoidów Nazwa karotenoidu Wzór sumaryczny β-karoten β,β-karoten C40H56 α-karoten β,ε-karoten C40H56 Likopen ψ,ψ-karoten C40H56 Astaksantyna (3S,3'S)-3,3'dihydroksy-β,βkaroten-4,4'-dion C40H52O4 Zeaksantyna (3R,3'R)- β,β-karoten3,3'-diol C40H56O2 Kryptoksantyna (3R)-β,β-karoten-3-ol C40H56O Luteina (3R,3'R,6')-β,εkaroten-3,3'-diol C40H56O2 Wzór strukturalny Źródło: Opracowanie własne na podstawie [1, 7] 69 Ludmiła Bogacz-Radomska, Joanna Harasym Rysunek 1. Acykliczna struktura C40H56 Źródło: [1] 3. Aktywność karotenoidów Biodostępność karotenoidów, czyli stopień, w jakim związek jest uwalniany w przewodzie pokarmowym z żywności, a następnie wchłaniany i rozprowadzany do tkanek i narządów, zależy od operacji zastosowanych w trakcie przygotowania pożywienia. Na przykład likopen zawarty w surowych pomidorach jest słabo absorbowany przez organizm. Natomiast zastosowanie jadalnych tłuszczów w przygotowaniu warzyw do spożycia oraz ich gotowanie lub krojenie ułatwia i zwiększa jego absorpcję. Karotenoidy, których budowa jest identyczna z cząsteczką retinolu, wykazują aktywność witaminy A. Spośród wszystkich karotenoidów β-karoten wykazuje największą bioaktywność jako prowitamina A. Cząsteczka β-karotenu zawiera dwa pierścienie β-jononowe, których rozerwanie w pozycji –C15=C15'– teoretycznie dostarcza dwie cząsteczki retinolu. Konwersja β-karotenu do retinolu zachodzi na drodze pasywnej dyfuzji w błonie śluzowej jelita cienkiego, podczas której tworzone są karotenoproteiny pod wpływem enzymu 15,15'-dioksygenazy, poprzez formę aldehydową retinalu. Konwersja β-karotenu do witaminy A jest niecałkowita i związek ten wykazuje tylko 1/6 aktywności retinolu, co oznacza, że 1 mg retinolu jest równoważny 6 mg β-karotenu. Związek ten uwalniany w trakcie przygotowania żywności rozpuszcza się w fazie lipidowej, ponieważ karotenoidy wykazują właściwości lipofilne i gromadzą się w błonach komórkowych i lipoproteinach [11-13]. β-karoten jest częściowo konwertowany do witaminy A, pozostała ilość nieprzekonwertowanego β-karotenu oraz estry retinylu są wbudowywane w chylomikrony i wydzielane do limfy, a następnie transportowane do wątroby. Karotenoidy, w cząsteczkach których nie stwierdza się obecności pierścienia β-jononowego, nie wykazują aktywności prowitaminowej [5, 14]. Ze względu na zdolność rozpuszczania się w tłuszczach karotenoidy wpływają na wiele biologicznych procesów, do których należą fotosynteza, zdolność widzenia oraz wyłapywanie wolnych rodników i tlenu singletowego [15-17]. Cechą charakterystyczną dla karotenoidów jest absorpcja światła. W wyniku działania fotonu energii na cząsteczkę karotenoidu powstaje stan singletowy podstawowy S2, który istnieje zaledwie przez 200 fs i przechodzi w stan singletowy S1. Energia 70 Karotenoidy roślinne – aktywność, rodzaje i metody pozyskiwania może być przekazywana z potrójnego fotosensybilizatora lub tlenu singletowego na karotenoid [18]. W roślinach karotenoidy odgrywają ważną rolę w jasnej fazie procesu fotosyntezy podczas zamiany światła na energię. Jako barwniki pomocnicze absorbują światło, które nie zostało zaabsorbowane przez chlorofil, a następnie przekazują energię na cząsteczkę chlorofilu [19]. Karotenoidy chronią lipidy zawarte w błonach komórkowych przed stresem oksydacyjnym. W ten sposób, w organizmie ludzkim, utrzymują sygnały komunikacji między komórkami i receptorami w ścianie komórkowej, co zapewnia normalne funkcjonowanie komórek i zwiększanie odporności [20]. Właściwości przeciwutleniające karotenoidów określa się przy pomocy różnych technik in vitro, ex vivo we frakcji LDL (Low Density Lipoprotein) – lipoprotein o małej gęstości oraz in vivo [21]. Badania in vitro nad właściwościami przeciwutleniającymi karotenoidów stały się podstawą do zrozumienia mechanizmu fotoprotekcji, która polega na wymianie elektronu i transferze energii pomiędzy tlenem singletowym (1O2) i karotenoidem w celu utworzenia stanu trypletowego karotenoidu (3KAR) oraz tlenu w stanie podstawowym. W ten sposób karotenoidy, jak β-karoten, mogą działać jako katalizatory inaktywujące reaktywne formy tlenu zwłaszcza w liposomach. Niektóre badania dowodzą, że nie zawsze wykazują one silne właściwości chroniące komórkę przed stresem oksydacyjnym i wolnymi rodnikami. Osłabienie tych właściwości związane jest z odmiennym działaniem w różnych frakcjach tłuszczowych organizmu. β-karoten może także działać peroksydacyjnie w warunkach wysokiej prężności tlenu (0,1 MPa) [22-24]. Badania ex vivo dotyczące przeciwutleniającego potencjału β-karotenu prowadzone we frakcji LDL – nośnika odpowiedzialnego za transport cholesterolu w organizmie ludzkim – potwierdziły ochronne działanie β-karotenu. Jednakże niektóre badania wskazywały na zwiększenie oksydacji LDL w obecności β-karotenu i innych karotenoidów jak luteiny czy zeaksantyny. Ponadto doświadczenia przeprowadzane na grupie zdrowych ludzi polegające na suplementowaniu diety β-karotenem nie zawsze skutkowały zwiększeniem ochrony frakcji LDL w czasie ekspozycji na czynniki oksydacyjne. Wyniki były uzależnione od czasu stosowania diety, różnych typów i wielkości populacji, a także innych niewyjaśnionych czynników. Badania in vivo wykazały, że obecność dialdehydu malonowego, będącego produktem końcowym utleniania lipidów, zmniejsza się wraz z długotrwałym spożyciem β-karotenu [25, 26]. Z wykorzystaniem technik radiolizy pulsacyjnej ustalono szereg łatwości transferu elektronów dla siedmiu biologicznie aktywnych kationorodników karotenoidów: astaksantyna>8’-apo-β-karotenal>kantaksantyna>luteina> >zeaksantyna>β,β-karoten>likopen Z obserwacji wynika, że likopen posiada największe właściwości redukujące. Natomiast astaksantyna, działając jako akceptor donorów, jest najsłabszym redukto- 71 Ludmiła Bogacz-Radomska, Joanna Harasym rem. Zauważono, że luteina i zeaksantyna są redukowane przez likopen, a β-karoten nie spełnia tej funkcji [27]. Zaobserwowano efekt synergii dotyczący działania przeciwutleniającego między witaminami i związkami fitochemicznymi. Małe ilości witaminy E są wystarczające, by działać ochronnie na karotenoidy, co znacznie zwiększa ich aktywność przeciwutleniającą [28]. 4. Źródła karotenoidów Występowanie karotenoidów jest bardzo powszechne. Karotenoidy syntetyzowane są w roślinach oraz w fotosyntetyzujących i niektórych niefotosyntetyzujących bakteriach, drożdżach i pleśniach. Drobnoustroje syntetyzujące karotenoidy występują na powierzchni roślin, w wodzie i glebie. Zwierzęta nie syntetyzują karotenoidów, lecz muszą je pobierać z pożywieniem, dzięki czemu zyskują zabarwienie piór, łusek lub skóry, czego przykładem mogą być flamingi, łososie czy bociany (nogi). Ich powszechne występowanie w naturze skłania do poszukiwania metod i technologii otrzymywania tych niezwykle cennych barwników [28-30]. Karotenoidy występują w różnych zielonych częściach roślin jak również w kwiatach, owocach, nasionach, korzeniach i bulwach. W komórkach roślinnych karotenoidy zlokalizowane są w błonach tylakoidów będącymi organellami chloroplastu (Rysunek 2). W dużej ilości występują w warzywach m.in. w marchwi, szpinaku, pomidorach, a także w owocach, takich jak arbuzy czy grejpfruty [2]. W tabeli 2 przedstawiono zawartość karotenoidów w wybranych warzywach i owocach. Analiza danych zawartych w tabeli 2 wykazała, że warzywa są bogatsze w karotenoidy w porównaniu do owoców. Stężenie β-karotenu w warzywach mieści się w przedziale od 0,2 mg/100 g w dyni do 9,02 mg/100 g w marchwi. W owocach stężenie β-karotenu osiąga maksymalnie 3 mg/100 g biomasy. Podobną relację obserwuje się w przypadku zawartości α-karotenu, choć jego przeciętna zawartość w warzywach nie jest wysoka i wynosi 0,86 mg/100 g produktu. Najwyższą rozbieżność stężeń w wysokości 18,609 mg/100 g części jadalnych u warzyw i owoców wykazuje luteina. W dużych ilościach występuje w jarmużu i liściach pietruszki, ale również znaczne jej ilości są obecne w roszponce i szpinaku. Najniższe stężenia zarówno u owoców jak i warzyw zaobserwowano w przypadku β-kryptoksantyny, które przeciętnie wynosi w owocach około 0,054, a w warzywach 0,227 g/100 g produktu. Natomiast zawartość likopenu zarówno w pomidorze i arbuzie jest porównywalna i wynosi odpowiednio 11,44 mg/100 g produktu oraz 11,39 mg/100 g produktu. 72 Karotenoidy roślinne – aktywność, rodzaje i metody pozyskiwania Rysunek 2. Budowa komórki roślinnej i chloroplastu Źródło: Opracowanie własne na podstawie [31] 73 Ludmiła Bogacz-Radomska, Joanna Harasym Tabela 2. Zawartość karotenoidów w wybranych warzywach i owocach Zawartość karotenoidu, w mg/100 g produktu Rodzaj materiału roślinnego Marchew Daucus carota L. Pomidor Solanum lycopersicum L. Roszponka warzywna Valerianella locusta (L.) Laterr Szpinak Spinacia oleracea L. Jarmuż Brassica oleracea L. Liście pietruszki Petroselinum crispum Brokuły Brassica oleracea L. Dynia Cucurbita maxima Papryka czerwona roczna Capsicum annuum L. Jagoda Vaccinium myrtillus L. Arbuz czerwony Citrullus vulgaris β-Karoten α-Karoten Luteina Zeaksantyna Likopen β-Kryptoksantyna 9,02 4,89 0,36 0,00 0,00 0,00 0,89 0,15 0,21 0,00 11,44 0,00 3,22 0,08 9,65 0,00 0,00 0,10 3,25 0,09 9,54 0,35 0,00 0,00 7,28 0,15 18,63 0,00 0,00 0,12 5,50 0,17 13,78 0,34 0,00 0,11 0,28 0,00 0,8 0,00 0,00 0,011 0,20 0,00 1,33 0,00 0,00 0,011 3,25 0,51 0,00 2,20 0,13 1,01 0,049 0,00 0,23 0,014 0,00 0,0051 3,00 0,00 0,00 0,00 11,39 0,09 Źródło: Opracowanie własne na podstawie [32, 33, 34] 5. Metody otrzymywania karotenoidów Karotenoidy stanowią cenne źródło barwników i witamin, dlatego opracowanie efektywnych metod ich pozyskiwania jest przedmiotem wielu prac badawczych. Do ich produkcji wykorzystywane są zarówno surowce roślinne jak i mikrobiologiczne. W latach 50-tych ubiegłego wieku odkryto metody syntezy chemicznej, w oparciu o które produkowano karotenoidy na skalę przemysłową. Długi czas stanowiły one główne źródło barwników karotenoidowych. Badania prowadzone nad biologicznymi funkcjami karotenoidów spowodowały większe zainteresowanie naturalnymi źródłami tej grupy związków. W efekcie opracowano wiele metod otrzymywania karotenoidów, które można sklasyfikować jako fizykochemiczne, chemiczne i biotechnologiczne z udziałem drobnoustrojów. Najstarszym sposobem otrzymywania karotenoidów jest ekstrakcja z materiału roślinnego, opierająca się na fizykochemicznych procesach. Karotenoidy ekstrahowane są z zielonych części roślin, kwiatów, owoców, nasion, korzeni i bulw [35]. 74 Karotenoidy roślinne – aktywność, rodzaje i metody pozyskiwania Pod względem efektywności procesu produkcji karotenoidów ważną rolę pełni operacja ekstrakcji. Powszechnie stosuje się mieszaninę ekstrakcyjną złożoną z eteru naftowego i acetonu. Znane są przykłady ekstrakcji z użyciem ditlenku węgla w stanie nadkrytycznym. Wśród nich wymienia się otrzymywanie karotenoidów z produktów ubocznych przetwórstwa pomidorów, z oleju palmowego, z owoców pochodzących z regionu Amazonki Mauritia flexuosa – buriti czy z owoców Rosa canina [36, 37, 38, 39]. Główną wadą produkcji karotenoidów z materiału roślinnego jest wysoki koszt, uwarunkowania geograficzne i sezonowość surowca. Chcąc uzyskać kilka gramów karotenoidów trzeba zużyć kilkadziesiąt kilogramów surowca roślinnego. Z około 50 kg marchwi uzyskuje się tylko 2 g preparatu α- i β-karotenu w postaci krystalicznej. Z tego względu prowadzone są prace nad poprawą efektywności biosyntezy karotenoidów przez niektóre rośliny w oparciu o modyfikacje genetyczne [36]. Wśród preparatów karotenoidowych stosowanych w barwieniu żywności otrzymanych na drodze ekstrakcji z roślin wyróżnia się mieszaninę karotenów, likopen, szafran, annato, oleożywicę z papryki słodkiej oraz luteinę. W tab. 3 i 4 przedstawiono przykłady naturalnych preparatów karotenoidowych otrzymanych z materiału roślinnego, jak również rodzaje zastosowanej ekstrakcji, rozpuszczalników, uzyskanych barwników i ich zabarwienie. Zespół Beyera wprowadził do bielma ryżu (Oryza sativa) geny odpowiedzialne za syntezę β,β-karotenu pochodzące z bakterii Erwinia uredovora i żonkila (Narcissus pseudonarcissus). W efekcie uzyskano heterologiczną ekspresję aktywności enzymów odpowiedzialnych za syntezę fitoenu i β-karotenu, co skutkowało ponad dwudziestokrotnym wzrostem zawartości ogólnej ilości karotenoidów z 2 do 37 μg/gs.m. [40]. Inną strategią zwiększania biosyntezy prowitaminy A jest modyfikacja szlaku karotenogenezy w pomidorach (Solanum lycopersicum) poprzez ekspresję desaturazy fitoenu z Erwinia uredovora – głównego czynnika wpływającego na nagromadzanie likopenu – pod kontrolą promotora 35S z wirusa mozaiki tytoniu CaMV. Badania te doprowadziły do obniżenia ogólnej ilości karotenoidów o 50%, ale zawartość samego β-karotenu została niemal podwojona z 270 do 520 μg/gs.m. [41]. Znane są również przykłady zmiany ekspresji syntazy fitoenu z Erwinia uredovora w rzepaku (Brassica napus). Shewmaker uzyskał 50-krotny wzrost całkowitej zawartości karotenoidów, spośród których najwyższe stężenie osiągnął β-karoten w wysokości 400 μg/gs.m. [42]. Główną wadą produkcji karotenoidów z roślin jest wysoki koszt. Z tego względu poszukuje się innych metod ich otrzymywania, które odznaczałyby się wysoką efektywnością, niskim kosztem oraz prostym procesem produkcji. 75 Ludmiła Bogacz-Radomska, Joanna Harasym Tabela 3. Przykłady naturalnych preparatów karotenowych otrzymanych z materiału roślinnego Rodzaj preparatu karotenowego Oleożywica likopenowa Mieszanina karotenów Olej palmowy nierafinowany Rodzaj materiału roślinnego Marchew Dojrzałe pomidory Solanum lycopersicum Alfalfa (Lucerna siewna) Trawa Pokrzywa Ekstrakcja rozpuszczalnikowa aceton, metyloetyloketon, metanol, etanol, propan-2-ol, heksan, dichlorometan i ditlenek węgla Ekstrakcja rozpuszczalnikowa dichlorometan, ditlenek węgla, octan etylu, aceton, propan-2-ol, metanol, etanol i heksan); rozpuszczalnik jest usuwany Rodzaj karotenoidów i ich wzór sumaryczny Głównie ß-karoten (85%), α-karoten (15%) i śladowe ilości γ-karotenu Likopen C40H56 C40H56 Barwa Pomarańczowa Pomarańczowo- czerwona Rodzaj ekstrakcji Olej Rodzaj rozpuszczalnika Zastosowanie Tłuszcz Tłuszcz Heksan Barwnik do: napojów bezalkoholowych, nieklarownych, o smaku owoców południowych; tłuszczów jadalnych, serów topionych, pieczywa cukierniczego, lodów. Barwnik do: przetworów pomidorowych, dżemów, marmolady. Źródło: Opracowanie własne na podstawie [9] Tabela 4. Rodzaje preparatów ksantofilowych Oleożywica paprykowa Rodzaj preparatu ksantofilowego Annato Rodzaj materiału roślinnego Drzewo tropikalne annato (Bixa orleana), ekstrakt z nasion annato 76 Luteina Mieszanina karotenoidów, Ksantofile Papryka roczna, (zmielone strąki Liście Tagetes erecta Capsicum annuum L. Lucerna z/bez nasion Karotenoidy roślinne – aktywność, rodzaje i metody pozyskiwania A. Rodzaj ekstrakcji Uzyskane karotenoidy B. i ich wzory sumaryczne C. Ekstrakcja rozpuszczalnikowa zewnętrznej powłoki nasion (aceton, metanol, heksan lub dichlorometan, ditlenek węgla); rozpuszczalnik jest usuwany – biksyna C26H33O3 Hydroliza alkaliów wodnych wyekstrahowanej biksyny – norbiksyna C24H28O4 Ekstrakcja alkaliami wodnymi (NaOH, KOH) zewnętrznych powłok nasion – norbiksynaprodukt hydrolizy biksyny C24H28O4 Ekstrakcja z zast. Ekstrakcja z zast. rozpuszczalników rozpuszczalników (metanol, etanol, aceton, heksan, (metanol, etanol, dichlorometan, octan propan-2-ol, heksan, metylu i ditlenek aceton, metylo-etylowęgla) keton, dichlorometan i ditlenek węgla) Kapsantyna C40H56O3 Kapsorubina C40H56O4 Luteina C40H54(OH)2 Ekstrakcja zewnętrznej powłoki D. nasion jadalnym olejem roślinnym – głównie biksyna C26H33O3 Żółto-pomarańczowo-brązowa Barwa A. Rozpuszczalnik Zastosowanie B. C. D. Ciemno czerwona do pomarańczowej Pomarańczowo-żółto-brązowa Tłuszcz Olej Etanol Olej Woda Olej Barwnik do Dodatek smakowy mętnych napojów Barwnik do i barwnik do cytrusowych, sosów napojów owocowych, soków, wędlin i wyrobów sałatkowych, lodów, przetworów pomidorowych, garmażeryjnych, produktów margaryny, masła, lodów, makaronu, serów, konserw mleczarskich, zup w proszku warzywnych, mięsnych wyrobów i rybnych cukierniczych Źródło: Opracowanie własne na podstawie [9] Zastosowanie karotenoidów jest nierozerwalnie związane z ich trwałością. Przechowywanie tych barwników ma duże znaczenie dla utrzymania ich własności. Karotenoidy łatwo ulegają utlenianiu i z tego względu powinny być przechowywane w atmosferze gazu obojętnego. Wśród czynników wpływających na trwałość karotenoidów wymienia się obecność tlenu i rodników, dostęp światła, temperaturę oraz zawartości wody w preparacie. Przy doborze barwników stosowanych w produkcji żywności bierze się pod uwagę nie tylko walory odżywcze, ale również rodzaj produktu, sposób jego utrwalania, pakowania i przechowywania. Badania stabilności karotenoidów dotyczą również przechowywania ich na różnych nośnikach jak np. celuloza mikrokrystaliczna, błonnik celulozowy, błonnik pszenny i skrobia ziemniaczana [43-45, 47, 48]. 77 Ludmiła Bogacz-Radomska, Joanna Harasym Właściwości biologiczne karotenoidów oraz rosnąca świadomość konsumentów sprawiają, że preparaty karotenoidowe pochodzenia naturalnego coraz częściej są stosowane w profilaktyce zdrowotnej i żywieniu. Badania prowadzone w tym obszarze zmierzają do opracowania takich technologii, które umożliwiłyby produkcję karotenoidów o znaczeniu przemysłowym z dużą efektywnością. 6. Wielkość rynku karotenoidów Wielkość światowego rynku karotenoidów wycenianego w dolarach amerykańskich szacowana jest na 1,24 mld USD w roku 2016, a jego wartość prognozowana na rok 2021 ma wynieść 1,53 mld USD, natomiast wskaźnik CAGR (compound annual growth rate) aż 3,78% od 2016 do 2021 [49]. Rynek karotenoidów podzielony jest na segmenty odpowiadające poszczególnym związkom (rysunek 3). Rysunek 3. Schemat segmentacji rynku w zależności od rodzaju związków Źródło: Opracowanie własne na podstawie [49] Gwałtowny wzrost zainteresowania karotenoidami przekładający się na wzrost zapotrzebowania na te związki zauważalny jest szczególnie w porównaniu do poprzedniej dekady, w której światowy rynek karotenoidów był wart 766 mln USD w 2007 roku i oczekiwano wzrostu do poziomu 919 mln USD w 2015 r., przy wskaźniku CAGR wynoszącym 2,3%. Obserwuje się wzrostowy trend rynku naturalnych roślinnych karotenoidów, co wynika z prozdrowotnego zachowania konsumentów i jednocześnie ze zwiększonego zapotrzebowania na lepszą jakość żywności oraz jej atrakcyjny wygląd [50]. Wg firmy Global Industry Analysts (GIA) β-karoten reprezentuje największy segment rynku karotenoidów szacowany w 2010 roku na 392 mln USD. Dominacja β-karotenu jest związana z potwierdzonymi korzyściami zdrowotnymi wynikającymi z jego spożywania. 78 Karotenoidy roślinne – aktywność, rodzaje i metody pozyskiwania Wraz z coraz większą ilością doniesień medialnych na temat badań naukowych wskazujących na szkodliwe czy rakotwórcze oddziaływanie syntetycznego β-karotenu na zdrowie człowieka i zwierząt następuje wyraźnie zauważalny zwrot w kierunku produktów naturalnych będących źródłem β-karotenu jak np. sok z marchwi [51]. Zjawisko to obserwowane jest szczególnie na rynku europejskim. Wynika to ze zwiększonej świadomości konsumenta oraz stale pogłębianej wiedzy na temat konsekwencji wynikających z jakości spożywanej żywności [52]. Stany Zjednoczone Ameryki Północnej (USA) i Europa wspólnie odpowiadają za znaczną część sprzedaży na światowym rynku karotenoidów, natomiast w krajach rozwijających się prognozuje się coraz większe stopy wzrostu. Wg raportu GIA Chiny, Indie, Japonia i Malezja to tylko niektóre z rynków azjatyckich na których oczekiwany jest znaczny wzrost sprzedaży w ciągu najbliższych kilku lat, a firmy azjatyckie stanowią ogromne zagrożenie dla producentów europejskich i amerykańskich [49]. Światowy rynek karotenoidów ma stałych liderów agresywnie wchodzących na rynki rozwijające się. DSM i BASF wspólnie posiadają około 55% udziału w rynku, jednak DSM jest największym na świecie producentem syntetycznych karotenoidów i również dąży do rozwijania swojej ofert na rynku karotenoidów naturalnych. Firmy dominujące na tym rynku to: DSM (Holandia), BSF (Dania), LycoRed (Izrael), DIVIS Laboratories (Indie), CAROTECH (Indie), ZMC (Chiny), i ALLIED BIOTECH (Tajwan), w kolejności wielkości udziału. Segment spożywczy nie jest jednak największym odbiorcą karotenoidów. Preparaty karotenoidowe są najczęściej stosowane jako dodatek do pasz, ponieważ nadają mięsu pożądane zabarwienie. Zgodnie z raportem GIA producenci oczekują, że zastosowanie w żywności i paszy astaksantyny, luteiny i kantaksantyny zwiększy się z uwagi na udokumentowane właściwości przeciwutleniające. Rynkiem docelowym jest branża farmaceutyczna a zwłaszcza rynek suplementów diety i leków bez recepty. Trend ten związany jest z pogłębianiem wiedzy w obszarze wpływu stresu oksydacyjnego na dobrostan ludzi i zwierząt. W tabeli 5 przedstawiono obecne zastosowanie karotenoidów w przemyśle. Na uwagę zasługuje fakt, że rynek kosmetyków został oznaczony jako punkt odniesienia, ponieważ charakteryzuje go największy wpływ na rynek nutraceutyków. Takie kraje jak Japonia, Chiny i Niemcy znajdują się na liście najprężniej działających dostawców suplementów wpływających na wygląd zewnetrzny. Również w USA obserwuje się wyraźne zaktywowanie się tego rynku. Obecnie wielkość sprzedaży w Chinach dorównuje do poziomu w Japonii. Tę sytuację tłumaczy wzrost zamożności klasy średniej chińskiego społeczeństwa, co wpływa na zachowania konsumenckie dotyczące zwiększenia wydatków związanych z wyglądem zewnętrznym. W Europie Zachodniej dostrzega się rosnącą tendencję segmentu suplementów kosmetycznych wraz ze wzrostem ich dostępności w różnych punktach sprzedaży detalicznej, takich jak np. sklepy ze zdrową żywnością w Niemczech. Natomiast sprzedaż suplementów kosmetycznych w USA wzrasta w szybszym tempie w porównaniu do innych segmentów, ponieważ konsumenci poszukują nutraceutyków jako alterna- 79 Ludmiła Bogacz-Radomska, Joanna Harasym tywy dla chirurgii plastycznej w celu utrzymaniu młodego wyglądu. Efektem tego trendu jest wzrost liczby składników kosmeceutyków oferowanych przez dystrybutorów w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym [52]. Tabela 5. Zastosowanie karotenoidów w przemyśle Segmenty zastosowań karotenoidów 1. Żywienie człowieka Masło, margaryna, tłuszcze, oleje, ser, napoje, lody, Żywność i napoje jogurty, desery, mąka, cukierki, żelki, sosy zimne, produkty mięsne Suplementy diety i nutraceutyki Składniki żywności - w celu nadania koloru - z powodu właściwości przeciwutleniających 2. Żywienie zwierząt Pasze Pomaga w utrzymaniu dobrej kondycji zwierząt Karma dla zwierząt domowych Umożliwia osiągnięcie intensywnego wybarwienia Pokarm dla ryb i skorupiaków mięsa i skóry u ryb 3. Farmaceutyki i kosmetyki Używany do obniżenia ryzyka zapadalności na niektóre choroby Produkty do pielęgnacji skóry i włosów W ostatnich pięciu latach zanotowano największy wzrost sprzedaży w segmencie kantaksantyny. Związek ten o różowym zabarwieniu stosowany jest powszechnie jako barwnik przy wybarwianiu żółtek jaj oraz do podbarwiania mięsa krewetek i ryb. Kantaksantyna otrzymywana jest na drodze syntezy chemicznej oraz ekstrahowana z piór flamingów. Obecnie rozmiar rynku tego barwnika maleje. Astaksantyna, karotenoid stosowany do wybarwiania krewetek i ryb, jest głównie syntetyzowana chemicznie, chociaż należy wskazać gwałtowny wzrost rynku astaksantyny pochodzącej z alg. Naturalna astaksantyna, z powodu silnych właściwości wymiatających wolne rodniki, sprzedawana jest w postaci suplementów wzbogaconych w przeciwutleniacze. Lecznicze właściwości luteiny związane szczególnie z chorobami wzroku powodują stały wzrost zapotrzebowania na suplementy wspierające zdrowie oczu zwłaszcza wśród osób starszych. Wg GIA zapotrzebowanie na luteinę nadal będzie wzrastać ze względu na nieodwołalnie starzejące się społeczeństwo i wydłużającą się długość życia jednostki [49]. 80 Karotenoidy roślinne – aktywność, rodzaje i metody pozyskiwania 7. Podsumowanie Rosnąca wiedza w zakresie oddziaływania karotenoidów na zdrowie, wymusiła odwrót od metod ich syntetycznego pozyskiwania. Postacie czynne związków karotenoidowych dostępne ze źródeł naturalnych znacznie przewyższają skutecznością związki pochodzenia syntetycznego. Dodatkowo nie wykazują oddziaływań toksycznych czy kancerogennych. Jest to główną przyczyną wzrostu zapotrzebowania na te związki pozyskane naturalnie, których podstawowym źródłem są wciąż warzywa i owoce. Jednakże metody otrzymywania karotenoidów z surowców roślinnych są ekonomicznie nieopłacalne oraz dyskusyjne przez wzgląd na zrównoważony rozwój gospodarki, z tego powodu wzrasta zainteresowanie biotechnologicznymi metodami ich pozyskiwania z drożdży, alg i mikroalg. Właściwości barwiące oraz związana z barwą aktywność biologiczna powodują, że spektrum zastosowań karotenoidów wciąż się rozszerza, co nie pozostanie bez wpływu na wielkość rynku wytwarzania i sprzedaży tych substancji. Literatura Ötleş S., Chemical and functional properties of food components series. Methods of analysis of food components and additives, Boca Raton, CRC Press, 2012, 231-246 2. Gryszczyńska A., Gryszczyńska B., Opala B., Karotenoidy. Naturalne źródła, biosynteza, wpływ na organizm ludzki, Postępy fizjoterapii, 2011, 2, 127-143 3. Andersson S. C., Carotenoids, tocochromanols and chlorophylls in sea buckthorn berries (Hippophae rhamnoides) and rose hips (Rosa sp.), Doctoral Thesis Swedish University of Agricultural Sciences, Alnarp, 2009, 15-20 4. Kączkowski J., Podstawy biochemii, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne. Warszawa, 2009, 160-164 5. Sikorski Z. E., Chemia żywności. Skład, przemiany i właściwości żywności, Warszawa, 2006, 403-408 6. Świderski F., Żywność wygodna i żywność funkcjonalna, Wydawnictwa NaukowoTechniczne, Warszawa, 2009, 109-117 7. Schieber A., Weber F., Carotenoids, W: Handbook on Natural Pigments in Food and Beverages: Industrial Applications for Improving Food Color, ISBN: 978-0-08-100371-8. 2016, 101-123 8. Fratianni A., Cinquanta L., Panfili G., Degradation of carotenoids in orange juice during microwave heating, LWT-Food Science and Technology, 2010, 43, 867-71 9. Meléndez-Martínez A. J., Escudero-Gilete M. L., Vicario I. M., Heredia F. J., Study of the influence of carotenoid structure and individual carotenoids in the qualitative and quantitative attributes of orange juice color, Food Research International, 2010, 43, 1289-96 10. Baranski R., Cazzonelli C. I., Carotenoid Biosynthesis and Regulation in Plants, W: Carotenoids in Nutrition: Therapy, Spectroscopy and Technology, Wiley Blackwell, ISBN: 978-1-118-62226-1, 2016, 159-189 11. Tunamihardjo S. A., Carotenoids and human health, Humana Press, New York, 2013, 31-32 12. Stachowiak B., Czarnecki Z., Drożdże Phaffia rhodozyma jako potencjalne źródło naturalnej astaksantyny, Żywność. Nauka, Technologia Jakość, 2006, 2(47), 17-28 1. 81 Ludmiła Bogacz-Radomska, Joanna Harasym 13. Fernández-García E., Carvajal-Lérida I., Jarén-Galán M., Garrido-Fernández J., PérezGálvez A., Hornero-Méndez D., Carotenoids bioavailability from foods: From plant pigments to efficient biological activities, Food Research International, 2012, 46, 438-450 14. Harrison E., Mechanisms involved in the intestinal absorption of dietary vitamin A and provitamin A carotenoids, Biochimica et Biophysica Acta, 2012, 1821, 70-77 15. Geens A., Dauwe T., Eens M., Does anthropogenic metal pollution affect carotenoid colouration, antioxidative capacity and physiological condition of great tits (Parus major)?, Comparative Biochemistry Physiology, Part C, 2009, 150, 155-63 16. Odriozola-Serrano I., Soliva-Fortuny R., Hernández-Jover T., Martin-Belloso O., Carotenoid and phenolic profile of tomato juices processed by high intensity pulsed electric fields compared with conventional thermal treatments, Food Chemistry, 2009, 112, 258-66 17. Widomska J., Kostecka-Gugała A., Latowski D, Gruszecki W. I., Strzałka K.., Calorimetric studies of the effect of cis-carotenoids on the thermotropic phase behavior of phosphatidylcholine bilayers, Biophysical Chemistry, 2009, 140, 108-14 18. Krinsky N., Johnson E., Carotenoid actions and their relation to health and disease, Molecular Aspects of Medicine, 2005, 26, 459-516 19. Ohmiya A., Qualitative and quantitative control of carotenoid accumulation in flower petals, Scientia Horticulturae, 2013, 163, 10-19 20. Zhuo Z., Wanpeng X., Yan H., Chao N., Zhiqin Z., Antioxidant activity of Citrus fruits, Food Chemistry, 2016, 196, 885-896 21. Yaqub S., Farooq U., Shafi A., Akram K., Murtaza M. A., Kausar T., Siddique F., Chemistry and Functionality of Bioactive Compounds Present in Persimmon, Journal of Chemistry, 2016, Article number 3424025 22. Rodriguez-Amaya D. B., Carotenes and xanthophylls as antioxidants, W: Handbook of Antioxidants for Food Preservation, ISBN: 978-1-78242-089-7, Elsevier Ltd. 2015, 17-50 23. Chen G., Djuric Z., Carotenoids are degraded by free radicals but do not affect lipid peroxidation in unilamellar liposomes under different oxygen tension, FEBS Letters, 2001, 505, 151-154 24. S. Chanda S., Dave R., In vitro models for antioxidant activity evaluation and some medicinal plants possessing antioxidant properties: An overview, African Journal of Microbiology Research, 2009, 3(13), 981-996 25. Li Y., Zhang J. J., Xu D. P., Zhou T., Zhou Y., Li S., Li H. B., Bioactivities and Health Benefits of Wild Fruits, International Journal of Molecular Sciences, 2016, 17(8), E1258 26. Hininger I. A., Meyer-Wenger A., Moser U., Wright A., Southon S., Thurnham D., Chopra M., van der Berg H., Olmedilla B., Favier A. E., Roussel A. M., No significant effects of lutein, lycopene or beta-carotene supplementation on biological markers of oxidative stress and LDL oxidizability inhealthy adults subject, Journal of American College of Nutrition, 2001, 20, 232-238 27. Igielska-Kalwat J., Gościańska J., Nowak I., Karotenoidy jako naturalne antyoksydanty, Postępy Higieny I Medycyny Doświadczalnej (online), 2015, 69, 418-428 28. Amitava D., Kimberly K., Antioxidant vitamins and minerals (Chapter 15), Antioxidants in Food, Vitamins and Supplements, 2014, 277-294 29. Geens A., Dauwe T., Eens M., Does anthropogenic metal pollution affect carotenoid colouration, antioxidative capacity and physiological condition of great tits (Parus major)?, Comparative Biochemistry Physiology, Part C, 2009, 150, 155-63 82 Karotenoidy roślinne – aktywność, rodzaje i metody pozyskiwania 30. Liang J., Tian Y. X., Yang F., Zhang J. P., Skibsted L. H., Antioxidant synergism between carotenoids in membranes. Astaxanthin as a radical transfer bridge, Food Chemistry, 2009, 115, 1437-42 31. Juola F. A., McGraw K., Dearborn D. C., Carotenoids and throat pouch coloration in the great frigatebird (Fregata minor), Comparative Biochemistry and Physiology, 2008, 149, 370-377 32. Solovchenko A., Photoprotection in Plants: Optical Screening-based Mechanisms, Springer Science & Business Media, 2010, 55-100 33. Tiwari B. K., Brunton N. P., Brennen C. S., Handbook of Plant Food Phytochemicals. Sources, stability and extraction, Wiley-Blackwell, 2013, 113-116 34. de la Rosa L., Alvarez-Parrilla E., Gonzalez-Aquilar G. A., Fruit and Vegetable Phytochemicals. Chemistry, Nutritional Value and Stability, Wiley-Blackwell, 2010, 187-192 35. Grajek W., Przeciwutleniacze w żywności. Aspekty zdrowotne, technologiczne, molekularne i analityczne, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2007, 97, 172-176, 344, 431 36. Dasgupta A., Klein K., Antioxidants in Food, Vitamins and Supplements. Prevention and Treatment of Disease, ISBN 978-0-12-405872-9, Elsevier, 2014, 209-235 37. Szterk A., Sosińska E., Obiedziński M. W., Lewicki P., Metoda otrzymywania preparatu naturalnego &- i ß-karotenu z marchwi, Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 2008, 4(59), 269-274 38. Tozzi R., Mulinacci N., Storlikken K., Pasquali I., Vincieri F. F., Bettini R., Supercritical Extraction of carotenoids from Rosa canina L. Hips and their formulation with βcyclodextrin, AAPS PharmSciTech., 2008, 9, 693-700 39. Vagi E., Simandi B., Vasarhelyine K. P., Daood H., Kery A., Doleschall F., Nagy B., Supercritical carbon dioxide extraction of carotenoids, tocopherols and sitosterols from industrial tomato by-products, The Journal of supercritical fluids, 2007, 2(40), 218-226 40. Puah C. W., Choo Y. M., Ma A. N., Chuah C. H., Supercritical Fluid Extraction of Palm Carotenoids, American Journal of Environmental Sciences, 2005, 1(4), 264-269 41. Beyer P., Al.-Babili S., Ye X., Lucca P., Schaub P., Welsch R., Portykus I., Introducing the β-carotene biosynthesis pathway into rice endosperm by genetic engineering to defeat vitamin A deficiency, Journal of Nutrition, 2002, 132, 506S-510S 42. Fraser P. D., Enfissi E. M. A., Bramley P., Genetic engineering of carotenoid formation in tomato fruit and the potential application of systems and synthetic biology approaches, Archives of Biochemistry and Biophysics, 2009, 483, 196-204 43. Shewmaker C. K., Sheehy J. A., Daley M., Colburn S., Ke D. Y., Seed specific overexpression of phytoene synthase: increase in carotenoids and other metabolic effects, The Plant Journal, 1999, 20, 401-412 44. Jintasataporn O., Yuangsoi B., Stability of Carotenoid Diets During Feed Processing and Under Different Storage Conditions. Molecules, 2012, 17, 5651-5660 45. Boon C. S., Mcclements D. J., Weiss J., Decker A., Factors influencing the chemical stability of carotenoids in food, Critical reviews in Food Science and Nutrition, 2010, 50, 515-532 46. Culver C. A., Wrolstad R. E., Color Quality of Fresh and Processed Foods, American Chemical Society, 2008, 140-150 47. Szterk A., Lewicki P. P., Badanie stabilności ß-karotenu na nośnikach stałych, Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, Kraków, 2007a, 5(54), 173-185 83 Ludmiła Bogacz-Radomska, Joanna Harasym 48. Dłużewska E., Bednarek P., Wpływ wybranych czynników na stabilność ß-karotenu w napojach bezalkoholowych, ACTA Scientiarum Polonorum Technologia Alimentaria, 2005, 4(2), 59-69 49. Carotenoids Market by Type (Astaxanthin, Beta-Carotene, Canthaxanthin, Lutein, Lycopene, &amp; Zeaxanthin), Source (Synthetic and Natural), Application (Supplements, Food, Feed, and Cosmetics), &amp; by Region – Global Trends &amp; Forecasts to 2021, By: marketsandmarkets.com, Data publikacji: June 2016 50. The Word Beta-Carotene Ingerdient Market, UBIC Consulting 2015 51. Prieto M. A., Rodriguez-Amado I., Vazquez J. A., Murado M. A., β-Carotene Assay Revisited. Application To Characterize and Quantify Antioxidant and Prooxidant Activities in a Microplate, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2012, 60 (36), 8983-8993 52. http://www.nutraceuticalsworld.com/contents/view_online-exclusives/2010- 12-13/thecarotenoid-market-beyond- beta-carotene#sthash.NBQ4C07e.dpuf, Data publikacji: 09.10.2016 Karotenoidy roślinne – aktywność, rodzaje i metody pozyskiwania Rośliny stanowią bogate i wciąż nie wyeksploatowane źródło substancji aktywnych, atrakcyjnych nie tylko poprzez swoje terapeutyczne właściwości, ale także stanowiących surowiec do tworzenia produktów farmaceutycznych i spożywczych. Barwa roślin, zwłaszcza konsumpcyjnych jak warzywa czy owoce, pochodzi od szeregu substancji, których aktywność metaboliczna jest wciąż badana. Spośród tych substancji najlepiej zbadane i wykazujące przez to największy potencjał przemysłowego wykorzystania stanowią karotenoidy i polifenole. Właśnie karotenoidy – grupa związków organicznych o szkielecie węglowodorowym z występującymi wiązania nienasyconymi – odpowiadają za barwy żółte, czerwone, pomarańczowe i różowe. Jednocześnie charakteryzuje je m. in. wysoka aktywność przeciwutleniająca, a niektóre z nich są prekursorami witaminy A w organizmie człowieka. W rozdziale przedstawiono aktualny stan wiedzy dotyczący rodzaju i ilości karotenoidów pochodzenia roślinnego, stanu badań w zakresie ich oddziaływania metabolicznego, możliwości zastosowań w medycynie, jak również pożądanych zakresów dalszych badań. Określono również potencjał ich przemysłowego wykorzystania, wielkość i charakterystykę rynku jaką obecnie zajmują produkty i preparaty karotenoidowe, jak również perspektywy rozwoju tego rynku oraz przegląd metod pozyskiwania karotenoidów z roślin oraz metodami biosyntezy mikrobiologicznej. Słowa kluczowe: karotenoidy, biosynteza, barwniki naturalne Plant carotenoids – activity, types and methods of obtaining Plants are a rich and still not exploited source of active substances, attractive not only due its therapeutic properties, but also as the raw material for the creation of pharmaceutical products and food. Plant color, especially eatables as vegetables or fruits, derived from several substances which the metabolic activity is still under study. Among these substances the best researched and showing the greatest potential for this industrial use are the carotenoids and polyphenols. That carotenoids – a group of organic compounds with hydrocarbon backbone with occurring unsaturated bonds – are responsible for the yellow, red, orange and pink colors. At the same time, they are characterized by high antioxidant activity, and some of which are precursors of vitamin A in the body. This chapter presents the current state of knowledge concerning the type and quantity of carotenoids of plant origin, the status of research in terms of their metabolic impact, their potential applications in medicine, as well as the desirable ranges for further research. Also, the potential of industrial use has been identified, size and characteristics of the market which is currently occupied by carotenoid products and preparations, as well as the prospects of this market as well as an overview of methods to obtain carotenoids from plants and methods of microbial biosynthesis. Keywords: carotenoid biosynthesis, natural colorants 84 Remigiusz Olędzki1, Joanna Harasym2 Antocyjany w medycynie, farmacji i przemyśle 1. Wprowadzenie Antocyjany należą do naturalnych substancji nieodżywczych, które nadają barwę wielu gatunkom owoców i warzyw. Jest to najliczniejsza grupa związków o charakterze rozpuszczalnych w wodzie barwników, występujących wyłącznie w roślinach, które mogą wykazywać działanie profilaktycznie. Badania przeprowadzone na ludziach i zwierzętach potwierdzają duże znaczenie antocyjanów w różnych działach medycyny i terapii. Zastosowanie to wynika m.in. ze szczególnie silnego działania przeciwutleniającego, przeciw miażdżycowego, przeciwzapalnego oraz przeciwnowotworowego. Preparaty z surowców roślinnych zasobnych w należące do flawonoidów antocyjany były od stuleci wykorzystywane jako środki lecznicze w tradycyjnej medycynie ludowej. Związki te obecne w naturalnych surowcach zielarskich, owocowych czy warzywnych dostępne w postaci surowych produktów, nalewek czy wyciągów (np. alkoholowych lub olejowych) mogą dostarczyć organizmowi wielu korzyści zdrowotnych. Współczesna nauka potwierdza korzystne oddziaływanie antocyjanów na organizm człowieka nie tylko ze względu na cenne właściwości biochemiczne, ale również ze względu na wysoką aktywność i selektywność w stymulowaniu procesów biochemicznych, jak również możliwość wybiórczego oddziaływania na wybrane komórki ludzkiego organizmu. O wyjątkowości antocyjanowych substancji bioaktywnych mogą świadczyć przeprowadzone badania nad związkiem pomiędzy spożyciem warzyw i owoców o wysokiej zawartości antocyjanów a ryzykiem tzw. śmiertelności całkowitej (zgonu o niedokładnie określonej lub nieznanej przyczynie) oraz zgonu o wyraźnie określonej przyczynie (wywołanego np. ostrąniewydolnością krążeniowo-oddechową, udarem mózgu czy zatorowością płucną). Wykazano, że mężczyźni, którzy spożywają warzywa i owoce zasobne w antocyjany (np. borówki czarne) częściej niż 27 razy w miesiącu,charakteryzują się od 8 do 10% mniejszym ryzykiem całkowitej śmiertelności w porównaniu z osobami o mniejszym spożyciu tych produktów. Ponadto zaobserwowano, że badana grupa osób charakteryzuje się prawie o 20% zmniejszonym ryzykiem zgonu wywołanego udarem mózgu. Podobna tendencja dotyczy również 1 [email protected], Katedra Biotechnologii i Analizy Żywności, Wydział InżynieryjnoEkonomiczny, Uniwersytet Ekonomiczny we Wrocławiu, www.ue.wroc.pl 2 [email protected], Laboratorium Bio-Ref, KatedraBiotechnologiiiAnalizyŻywności, WydziałInżynieryjno-Ekonomiczny, UniwersytetEkonomiczny we Wrocławiu, www.ue.wroc.pl; Department of Agriculture and Forestry Engineering, College of Agricultural and ForestryEngineering, University of Valladolid, http://www.uva.es/export/sites/uva/ 85 Remigiusz Olędzki, Joanna Harasym umieralności z powodu nowotworów, która zgodnie z wynikami badań jest odwrotnie proporcjonalna do ogólnego spożycia owoców zasobnych w antocyjany [1]. Badania wskazują, że niektóre rodzaje owoców, warzyw czy ziół o intensywnie fioletowej, pomarańczowej, żółtej czy czerwonej barwie, w szczególny sposób pomagają chronić przed rozwojem wielu poważnych i coraz częściej występujących współcześnie schorzeń. Najczęściej opisywane schorzenia, w których antocyjany oddziałują korzystnie na organizm docelowy, to choroby układu sercowo-naczyniowego, układu pokarmowego, schorzenia metaboliczne, neurodegeneracyjne, cukrzyca i otyłość. Aspektem najbardziej istotnym z punktu widzenia przeciętnego człowieka są bezpośrednie korzyści wynikające z zastosowania antocyjanów nie tylko w medycynie konwencjonalnej, ale również w medycynie o koncepcji holistycznej, która kładzie nacisk na całościowe podejście do leczenia człowieka. Podejście to skupione jest nie tylko na bolącym organie czy niedomagającym układzie funkcjonalnym człowieka, ale na ludzkiej istocie ze wszystkimi obszarami i aspektami jej funkcjonowania, w szczególności związanymi m.in. ze sposobem odżywiania czy rodzajem spożywanego pokarmu. Medycyna holistyczna koncentruje się na naturalnych procesach zdrowienia, podczas których pacjent ma również istotny wpływ na proces wspomagania leczenia. Zgodnie z jej założeniami zdrowie pacjenta zależy w dużym stopniu od aktywnego zaangażowania chorego w walkę z chorobą. Umiejętne zrównoważenie w czerpaniu zarówno z osiągnięć medycyny konwencjonalnej, jak i medycyny holistycznej może stanowić sekret zdrowia i długowieczności. W chwili obecnej prowadzonych jest szereg badań nad związkami bioaktywnymi uzyskiwanymi z naturalnych surowców, które po fazach badań eksperymentalnych i klinicznych są wprowadzane do produkcji preparatów farmaceutycznych. W niniejszym opracowaniu dokonano omówienia najważniejszych obecnie kierunków badań nad możliwościami praktycznego zastosowania antocyjanów we współczesnej medycynie, farmacji oraz przemyśle. Praca realizowana jest w ramach projektu POSITIVe, niedawno uruchomionej platformy międzynarodowej współpracy, finansowanej przez organizację COST w obszarze Żywność i Rolnictwo. 2. Zastosowanie antocyjanów w medycynie i farmacji Współczesna fitoterapia odnotowuje szereg korzystnych oddziaływań antocyjanów zawartych w diecie. Możliwość tych oddziaływań wynika z silnych właściwości antyoksydacyjnych, przeciwzakrzepowych, przeciwzapalnych, a także przeciwbakteryjnych i przeciwgrzybicznych. 86 Antocyjany w medycynie, farmacji i przemyśle 2.1. Ochronna rola antycyjanów w schorzeniach układu sercowonaczyniowego Spośród dużej ilości związków flawonoidowych obecnych w owocach i warzywach, antocyjanidyny oraz proantocyjanidyny uznaje się za ten rodzaj związków bioaktywnych, które są istotnym czynnikiem zmniejszającym ryzyko chorób sercowo-naczyniowych [2]. Zgodnie z obecnymi wynikami badań antocyjany mogą wywierać istotny wpływ na wydolność układu sercowo-naczyniowego. Wyniki badań wskazują, że konsumpcja borówek czarnych (zarówno świeżych, w postaci soku lub liofilizowanych) i oczyszczonych ekstraktów antocyjanowych z tego rodzaju owoców znacznie ogranicza ryzyko schorzeń układu sercowo-naczyniowego. Efekt ten jest uzyskiwany poprzez ograniczenie utleniania lipoprotein niskiej gęstości (frakcji LDL), hamowanie procesu peroksydacji lipidów oraz poprzez wzrost całkowitej zdolności antyoksydacyjnej osocza krwi. Wykazano również, że konsumpcja antocyjanów przyczynia się do obniżenia poziomu trójglicerydów we krwi [3]. Wśród innych korzystnych oddziaływań, zarówno u osób zdrowych, jak i obarczonych ryzykiem rozwoju miażdżycy i choroby niedokrwiennej serca, które spożywały borówki, truskawki oraz owoce żurawiny, wskazuje się na stymulujący wpływ antocyjanów na proces wytwarzania tlenku azotu (NO) w komórkach śródbłonka oraz zmniejszenie stresu oksydacyjnego i procesów zapalnych mogących skutkować usztywnieniem ścian tętnic. Tym samym antocyjanom przypisuje się poprawę drożności naczyń tętniczych i ograniczanie rozwoju miażdżycy [4]. Wyniki badań potwierdzają, że antocyjany przyczyniają się również do normalizacji ciśnienia tętniczego krwi. Z tego powodu wprowadzenie do diety zwiększonych ilości antocyjanów może stanowić element wspomagający leczenie farmakologiczne u osób z patologicznie wysokim ciśnieniem krwi. Wskazuje się na istotny udział antocyjanów w zmniejszaniu aktywności konwertazy angiotensyny (ACE), która odpowiedzialna jest za zwężenie tętnic i wzrost ciśnienia krwi [5]. Wykazano również, że antocyjany pochodzące z pożywienia odgrywają istotną rolę w regulacji ośrodkowego ciśnienia żylnego (OCŻ) [6]. Badania kliniczne wskazują, że antocyjany zawarte w owocach żurawiny błotnej (Vaccinium sect. Oxycoccus) mogą zmniejszać ryzyko chorób serca. Związki antocyjanowe zawarte w owocach żurawiny powstrzymują tworzenie się zakrzepów i mają stymulujący wpływ na rozszerzanie sięzarówno żylnych, jak i tętniczych naczyń krwionośnych. Ponadto antocyjany obecne w owocach żurawiny ograniczają proces utleniania frakcji LDL cholesterolu, co zmniejsza ryzyko arteriosklerozy [7, 8]. 87 Remigiusz Olędzki, Joanna Harasym 2.2. Rola antocyjanów w obronie przed nowotworami Istnieje wiele obiecujących doniesień dotyczących wykorzystania antocyjanów w zapobieganiu i leczeniu schorzeń onkologicznych [9]. Badania wykazują, że antocyjany pochodzące z owoców czapetki kuminowej (Eugenia jambolana Lam.) selektywnie hamują wzrost komórek nowotworowych okrężnicy, przy stosunkowo niewielkim wpływie lub bez wpływu na wzrost komórek prawidłowych. W tym działaniu istotną aktywność przejawiają takie antocyjany jak glukozyd delfinidyny, diglukozydcyjanidyny, diglukozydpetunidyny, glukozyd peonidyny oraz glukozyd malwidyny. Potwierdzono, że antocyjany te wykazują właściwości antynowotworowe względem komórek ludzkiego raka jelita grubego nie tylko w ich wczesnym stadium rozwoju, ale także hamują podział komórek nowotworu okrężnicy w stadiach zaawansowanych [10]. Badania wskazują, że antocyjany mogą wspomagać terapie kilku innych,często obecnie pojawiających się postaci raka. Według najnowszych badań laboratoryjnych i klinicznych, antocyjany pozyskane z owoców borówki czarnej (Vaccinium myrtillus L.) skutecznie hamują wzrost raka piersi, wywołanego nadekspresją białka HER2, szczególnie względem osób, które wykazują w leczeniu oporność na trastuzumab (herceptynę) czyli rekombinowane humanizowane przeciwciało monoklonalne, które jest skierowane przeciwko ludzkiemu receptorowi naskórkowego czynnika wzrostu 2 – HER2. Wykazano, że w warunkach in vitro i in vivo, takie antocyjany jak glukozyd 3-cyjanidyny oraz glukozyd 3-peonidyny są zdolne do hamowania fosforylacji białka HER2, czym indukują apoptozę komórek nowotworowych oraz hamują migrację i proliferację już istniejących komórek rakowych [11]. Badania na zwierzętach wykazały, że antocyjany zawarte w owocach borówki czarnej, oraz borówki wysokiej (amerykańskiej) (Vaccinium corymbosum) zapobiegają rakowi przełyku, w sytuacji, gdy ten organ narażony jest na oddziaływanie rakotwórczych i mutagennych związków powstających w żywnościna skutek np. przechowywania lub procesów przetwarzania [12]. Podobne badania prowadzone w warunkach laboratoryjnych wskazują, że antocyjany zawarte owocach maliny właściwej (Rubus idaeus L.) mogą również uczestniczyć w hamowaniu onkogenezy przełyku. Związki antocyjanowe z owoców maliny skutecznie ograniczają procesy zapalne przełyku, które często są stanem wyjściowym dla procesów nowotworzenia [13]. Również antocyjanom zawartym w czarnej porzeczce (Ribes nigrum) przypisuje się właściwości antynowotworowe. Badania wskazują, że sok z czarnych porzeczek może mieć istotne znaczenie w zapobieganiu i leczeniu nowotworów, których rozwój jest inicjowany stresem oksydacyjnym i stanami zapalnymi wywołanymi dimetylonitrozoaminą – substancją o silnym działaniu rakotwórczym. Badania wykazały, że zewnętrzna warstwa (skórka) owoców czarnej porzeczki, zawiera frakcję bioaktywnych antocyjanów, które hamują proliferację komórek rakowych wątroby. Na skutek konsumpcji soku z czarnej porzeczki obserwowano zależne od dawki spożytych antocyjanów 88 Antocyjany w medycynie, farmacji i przemyśle obniżenie poziomu wielu markerów stanu zapalnego (m.in. aktywności cyklooksygenazy-2 i czynnika jądrowego-kB – NF-kB) oraz istotne obniżenie ekspresji białek szoku cieplnego (HSP70 i HSP90) w komórkach wątroby zwierząt narażonych na dimetylonitrozoaminę. Wyniki badań eksperymentalnych dostarczają przekonujących dowodów, że poprzez zahamowanie kaskady procesów zapalnych oraz poprzez modulowanie szlaku sygnalizacji NF-kB antocyjany z czarnej porzeczki mogą być zaangażowane w prewencyjne oddziaływanie względem procesów hepatokarcynogenezy [14]. Według doniesieńnaukowych istotną rolę w przeciwdziałaniu procesom nowotworowym odgrywają substancje bioaktywne zawarte w ziemniaku truflowym, zwanym również fioletowym ziemniakiem. Ta odmiana ziemniaka (Solanum tuberosum) swój intensywnie fioletowy kolor zawdzięcza wysokiej zawartości antocyjanów. Istnieją naukowe przesłanki, że regularne spożywanie tych warzywmoże być istotnym i niezależnym czynnikiem ograniczającym ryzyko rozwoju raka okrężnicy. Wykazano, że antocyjany zawarte w miąższu ziemniaka truflowego hamują zarówno wczesną, jak i zaawansowaną proliferację komórek ludzkiego raka okrężnicy oraz indukują apoptozę komórek nowotworowych. W badaniach in vivo, antocyjany ziemniaka truflowego powodowały degradację β-kateniny lub uniemożliwiały łączenie się tego białka z czynnikami transkrypcyjnymi w jądrze komórkowym, deaktywując geny przemian nowotworowych (onkogeny). Ograniczając liczbę jądrowej β-kateniny antocyjany są w stanie stymulować indukcję apoptozy i hamować powstawanie komórek nowotworowych jelita grubego [15]. Wśród mniej znanych owoców, znajdujących się w sferze badań i wymienianych jako źródło bioaktywnych antocyjanów jest winorośl japońska (Vitis coignetiae Pulliat). Wykazano, że antocyjany zawarte w tych owocach wpływają hamująco na proliferację ludzkich mezenchymalnych komórek nabłonkowych raka szyjki macicy (komórek HeLa – linii nowotworowych komórek nabłonkowych pochodzących z szyjki macicy). Ponadto zaobserwowano, że antocyjany z winorośli japońskiej blokują in vitro proces przekształcenia zdrowych komórek nabłonkowych szyjki macicy w komórki nowotworowe i przednowotworowe, a intensywność tego procesu jest zależna od dawki zastosowanych antocyjanów. Omawiane antocyjany ograniczają również intensywność przerzutów, poprzez wpływ nazjawisko adhezji komórek nowotworowych raka szyjki macicy. Zaprezentowane w pracach naukowych dowody wskazują, że antocyjany z winorośli japońskiej, zwiększają ekspresję niektórych białek adhezyjnych, w szczególności E-kadheryn (glikoprotein odpowiadających za adhezję oraz oddziaływanie między komórkami), co ogranicza możliwość migracji do innych narządów nowotworowych komórek inwazyjnych szyjki macicy [16, 17, 18]. Prowadzone badania wykazały także, że antocyjany zawarte w świeżych, dojrzałych granatowo-czerwonych owocach derenia pagodowego (Cornus alternifolia, C. controversa), derenia kousa (Cornus kousa) i derenia kwiecistego (Cornus florida L.) mogą hamować wzrost ludzkiej linii komórkowej guza okrężnicy (HCT-116), raka gruczołu piersiowego (MCF-7), raka płuc (NCI-H460), nowotworu centralnego układu 89 Remigiusz Olędzki, Joanna Harasym nerwowego (SF-268) oraz raka żołądka (AGS). Wykazano, że za ten efekt odpowiedzialny jest znajdujący się w owocach tych krzewów jeden z antocyjanów, a mianowicie cyjanidyno-3-O-glukozyd. Aktywność biologiczna tego antocyjanu względem prawidłowych komórek przejawia się m.in. w przeciwdziałaniu peroksydacji lipidów oraz hamowaniu aktywności niektórych rodzajów cyklooksygenazy (COX), cyklooksygenazy indukowanej (COX-2) [19]. Zwiększona ekspresja COX-2 wiązana jest z rozwojem procesu nowotworzenia w obrębie takich narządów, jak okrężnica, płuca, gruczoł piersiowy, gruczoł krokowy oraz pęcherz moczowy. Hamowanie aktywności COX-2 może chronić przed molekularnymi oraz klinicznymi konsekwencjami nadekspresji tego enzymu, jak nasilona angiogeneza nowotworowa, ograniczenie fizjologicznej apoptozy, upośledzenie układu odpornościowego towarzyszące zaawansowanym postaciom choroby nowotworowej (immunosupresja nowotworowa) czy zwiększona inwazyjność nowotworu [20]. Badania potwierdzają, że również niektóre antocyjanidyny stanowiące aglikony antocyjanów, wykazują istotny, hamujący wpływ na proliferację komórek różnych typów nowotworów występujących u człowieka. Wykazano, że takie antocyjanidyny, jak cyjanidyna, delfinidyna, pelargonidyna, petunidyna oraz malwidyna mogą istotnie hamować proliferację i przeżywalność komórek pochodzących z linii komórek ludzkiego raka żołądka (AGS), okrężnicy (HCT-116), gruczołu piersiowego (MCF-7), płuc (NCI H460) i ośrodkowego układu nerwowego (SF-268) [21]. 2.3. Antocyjany w ochronie przed cukrzycą Badania sugerują, że antocyjany mogą obniżać stężenie glukozy we krwi poprzez zwiększenie wrażliwości insulinowej (zmniejszenie insulinooporności), ochronę komórek endokrynnychbeta, zwiększanie wydzielania insuliny, a także ograniczenie trawienia cukrów w jelicie cienkim. Badania naukowe dostarczają informacji, że osoby spożywające bogate w antocyjany odmiany borówek są o 23% mniej narażone na rozwój cukrzycy typu 2 [22]. Suplementacja antocyjanami z borówek może wywierać również korzystne efekty metaboliczne u osób chorych na cukrzycę typu 2 poprzez unormowanie stężenia lipidów i lipoprotein w osoczu,(obniżenie stężenia triglicerydów i lipoprotein o niskiej gęstości LDL we krwi), zwiększenie zdolności antyoksydacyjnych i ograniczanie insulinooporności [23]. Istnieją doniesienia, że również sok z owoców aronii (Aronia melanocarpa Michx.) i zawarte w nim antocyjany mogą być skuteczne w zapobieganiu cukrzycy typu 2 oraz w ograniczaniu towarzyszącym jej powikłaniom [24]. Sugeruje się, że antocyjany wyizolowane z owoców aronii mogą wpływać na poposiłkowe stężenie glukozy we krwi. Błona w nabłonku jelita wyposażona jest w enzym α-glukozydazę, który katalizuje proces oddzielenia glukozy od disacharydów i oligosacharydów, a tym samym odgrywa kluczową rolę w procesie trawienia węglowodanów. Antocyjany poprzez inhibicję α-glukozydazy i ograniczenie aktywności α-amylazy, opóźniają proces trawienia węglowodanów i wchłaniania monosacharydów 90 Antocyjany w medycynie, farmacji i przemyśle (ograniczenie hiperglikemii). Badania wskazują, że antocyjany mogą hamować aktywność jelitowej α-glukozydazy, a jeden z tych związków cyjanidyno-3-rutynozyd opóźnia wchłanianie węglowodanów [25]. Badania sugerują również, że pokarmy bogate w antocyjany mogą być związane z zahamowaniem stanów zapalnych u kobiety w wieku od 18 do 76 lat cierpiących na cukrzycę. Zauważono, że antocyjany istotnie ograniczają aktywność niektórych cytokin, np. czynnika martwicy nowotworów alfa (TNF-α). Zahamowanie aktywności TNF-α przy udziale antocyjanów następuje poprzez zablokowanie interakcji TNF-α z receptorem p55 na powierzchni komórek (np. adipocytów), co spowalnia postęp procesów zapalnych [26]. Ponadto wykazano, że antocyjany zawarte w owocach borówki czernicy mogą przyczyniać się u kobiet do zredukowania wagi ciała [27]. Sugeruje się, że opisane zjawisko odbywa się na skutek przyspieszenia metabolizmu glukozy, poprzez ograniczenie przepływu glukozy do komórek tłuszczowych oraz poprzez poprawę transportu glukozy do komórek narządów o intensywnym metabolizmie (np. do mięśni) [28]. W badaniach na zwierzętach wykazano, że spożywanie bogatych w antocyjany owoców wiśni pospolita (Prunus cerasus) może wpływać na ograniczenie otyłości, stanów zapalnych i hiperlipidemii, które poprzedzają lub towarzyszą rozwojowi cukrzycy typu 2. Zaobserwowano, że podawanie osobnikom chorym na cukrzycę typu 2 naturalnych agonistów receptorów tkankowych PPAR-gamma (peroxisome proliferator-activated receptors, PPAR-γ) w postaci niektórych rodzajów antocyjanów może prowadzić do zmian w ekspresji szeregu genów zaangażowanych w metabolizm glukozy i lipidów w tkance tłuszczowej. PPAR-gamma są kluczowym czynnikiem transkrypcyjnym w procesie adipogenezy, który odpowiedzialny jest za różnicowanie preadipocytów w dojrzałe komórki tkanki tłuszczowej – adipocyty. Zgodnie z wynikami badań aktywacja tych receptorów zwiększa wychwytywanie przez adipocyty krążących we krwi w nadmiarze wolnych kwasów tłuszczowych, a następnie ułatwia magazynowanie lub ich β-oksydację [29]. Sugeruje się, że antocyjany poprzez aktywację receptorów tkankowych PPARgamma mogą indukować ekspresję genów zaangażowanych m.in. w transbłonowy transport glukozy, proces lipolizy oraz zachodzącą w mitochondriach β-oksydację kwasów tłuszczowych. Tym samym długotrwała aktywacja PPAR-gamma przez antocyjany może przyczyniać się do zmiany liczby i wielkości komórek tłuszczowych na korzyść tworzenia mniejszych adipocytów, ale charakteryzujących się większą wrażliwością na insulinę. Antocyjany poprzez zwiększenie wrażliwości receptora PPAR-gamma w tkance tłuszczowej, mogą być zaangażowane w ochronę wielu innych tkanek (np. mięśniowej, nerwowej) oraz narządów (np. serce, wątroba czy nerki) przed wysokim poziomem glukozy i lipidów u osobników z nadwagą i otyłością [30]. Antocyjany mogą również oddziaływać ochronnie na przeżywalność komórek β wysp trzustkowych. Badania naukowe sugerują, że antocyjany z owoców borówki czarnej mogą zmniejszać ryzyko apoptozy komórek produkujących insulinę, szczególnie w sytuacji, gdy chorobie cukrzycowej towarzyszy wyraźna glukotoksyczność. 91 Remigiusz Olędzki, Joanna Harasym Antocyjany wykazują również działanie antyoksydacyjne względem komórek β trzustki niwelując skutki stresu oksydacyjnego, który towarzyszy stosowaniu terapii lekami doustnymi (np. metforminą). Ponadto wskazuje się, że uzupełnienie terapii farmakologicznej suplementacją antocyjanami wiąże się z redukcją trójglicerydów we krwi [30]. Zatem sugeruje się, że wzbogacenie insulinoterapii i terapii doustnymi lekami przeciwcukrzycowymiprzy wykorzystaniu owoców bogatych w antocyjany, może być skuteczną metodą obniżania glikemii u osób chorych na cukrzycę typu 2 [31]. 2.4. Antocyjany w profilaktyce i leczeniu chorób neurologicznych Badania epidemiologiczne wskazują, że wysokie spożycie żywności bogatej w antocyjany może korzystnie wpływać na poprawę pamięci u osób starszych. U osób dorosłych, u których stwierdzono wczesne zaburzenia pamięci i które przez 12 tygodni spożywały regularnie sok z borówki czernicy stwierdzono poprawę pamięci i koncentracji. Temu korzystnemu efektowi towarzyszyły również niższy poziom glukozy we krwi oraz zmniejszona ilość objawów depresyjnych. Sugeruje się, że antocyjany zawarte w owocach borówki czernicy wspomagają powyższe efekty, poprzez poprawę transportu cząsteczek sygnałowych poprzez synapsy pomiędzy komórkami nerwowymi oraz sprawniejsze wykorzystanie glukozy przez mózg [32]. Również badania na zwierzętach sugerują, że antocyjany mogą obniżać ryzyko uszkodzeń mózgu i wystąpienia demencji u starszych organizmów. Antocyjanom taki jak cyjanidyno-3-rutynozyd przypisuje się pośredni współudział w procesie regeneracji neuronów i przywracania funkcji nerwowych w mózgu po uszkodzeniach w obrębie hipokampa, powstałych na skutek procesu starzenia [33]. Obecnie leczenie innego schorzenia neurodegeneracyjnego – choroby Alzheimera polega na niwelowaniu objawów utraty pamięci i problemów z rozumowaniem. Wykazano, że antocyjany zawarte w owocach borówki czarnej i wysokiej oraz w truskawkach podobnie, jak niektóre leki mogą wspomagać działanie neuroprzekaźników w mózgu. W efekcie spożywania dużych ilości owoców borówki i truskawek możliwe jest zapobieganie rozwojowi demencji i obniżeniu zdolności poznawczych u osób starszych [34]. 2.5. Antocyjany w obronie przedinfekcjami, przeziębieniem, grypą oraz stanami zapalnymi Owoce czarnego bzu (Sambucus nigra L.) od dawna były stosowane w medycynie ludowej jako składnik żywności wspomagający proces zwalczania infekcji powodujących przeziębienia i grypy. W badaniach laboratoryjnych wykazano, że antocyjany zawarte w owocach czarnego bzu wykazują zdolność wiązania cząstek wirusa typu H1N1 (wirusa świńskiej grypy), blokując jednocześnie możliwość wirusa do zakażania komórek gospodarza [35]. 92 Antocyjany w medycynie, farmacji i przemyśle Naukowcy zauważyli, że antocyjany z owoców bzu czarnego działają względem wirusa grypy w sposób podobny do farmaceutycznej postaci leku – oseltamiwiru. Tym samym antocyjany podobnie jak karboksylanoseltamiwiru, spełniają rolę wybiórczego inhibitora neuraminidaz wirusa grypy, których aktywność warunkuje uwolnienie świeżo wytworzonych cząstek wirusa z komórki i ich rozprzestrzenianie w organizmie [36]. Zaobserwowano również, że antocyjany in vivo hamują replikację i patogenność ludzkiego wirusa grypy typu A i B skracając czas występowania objawów choroby [37]. Antocyjany to grupa związków, która charakteryzuje się silną zdolnością do ograniczania odpowiedzi zapalnej, stanowiąc potencjalny czynnik dietetyczny wykorzystywany w prewencji przewlekłych chorób zapalnych. Badania wyraźnie wskazują, że antocyjany zawarte w owocach jeżyny (Rubus fruticosus L.) i czarnej porzeczki (Ribes nigrum L.) hamują aktywację (wywołaną np. stresem oksydacyjnym) transkrypcyjnego czynnika jądrowego-kappaB (NF-kappaB), który reguluje ekspresję wielu genów zaangażowanych w odpowiedź zapalną. Antocyjany hamując aktywację czynnika jądrowego NF-kappaB, zmniejszają tym samym działanie mediatorów prozapalnych, których aktywność towarzyszy powstawaniu schorzeń zwyrodnieniowych [38]. Przeprowadzono wiele badań, które w warunkach laboratoryjnych udowodniły szerokie spektrum działania przeciwbakteryjnego i przeciwgrzybiczego antocyjanów wyizolowanych z owoców wielu odmian jeżyny. Wyniki badań sugerują, że antocyjany z owoców jeżyny w postaci wyciągu mogą być wykorzystywane w ograniczaniu infekcji (np. skórnych) wywołanych niektórymi rodzajami bakterii, jak Staphylococcus aureus, Salmonella enteridis oraz niektórymi rodzajami grzybów. [39, 40, 41]. Przedstawione przykłady zastosowań antocyjanów w medycynie i farmacji to tylko niektóre z najnowszych ustaleń dotyczących licznych korzyści zdrowotnych wynikających z konsumpcji produktów roślinnych zawierających tego rodzaju związki bioaktywne. Ze względu na swoje szerokie właściwości ochronne, antocyjany powinny stanowić ten rodzaj składnika pokarmowego, który w dużej mierze decyduje o wyborze przez konsumenta konkretnego roślinnego produktu spożywczego (owocu lub warzywa). W przyszłości leczenie wielu chorób powinno się skupiać na opracowywaniu leków i rodzajów terapii, które będą uwzględniały współdziałanie preparatów chemicznych z naturalnymi bioaktywnymi fitozwiązkami zawartymi w codziennej diecie lub skoncentrowanymi w postaci suplementów. W ramach pomocniczego leczenia powszechnie występujących schorzeń zalecane jest codzienne stosowanie naturalnych antocyjanów w postaci zatężonych wieloowocowych i wielowarzywnych soków o wysokiej zawartości antocyjanów. 3. Zastosowanie antocyjanów w przemyśle Antocyjany wykorzystywane są w przemyśle spożywczym jako naturalny barwnik stosowany w barwieniu żywności, którego kolor waha się od czerwonawo-fioletowego do intensywnego błękitu. Antocyjany przemysłowo pozyskiwane są przede wszystkim 93 Remigiusz Olędzki, Joanna Harasym z borówek, żurawiny, aronii, czarnych malin, czerwonych malina, jeżyny, czarnej porzeczki, wiśni, skórki bakłażana, czarnego ryżu, czarnej marchewki, winogrona, czerwonej kapusty, truskawek, granatów i fioletowych płatków kwiatowych. Zakres kolorystyczny antocyjanów waha się od czerwonawo-purpurowego do intensywnego ciemnoniebieskiego. Są preparatami rozpuszczalnymi w wodzie z powodu obecności cukru w cząsteczce. W wyniku zmiany pH zmienia się także barwa antocyjanów z czerwonego na niebieski. Na rynku antocyjany są dostępne dla przemysłu w postaci preparatów rozpuszczalnych w wodzie, w oleju lub emulsji. Znajdują zastosowanie w następujących branżach: mleczarstwo: lody, jogurt, mrożone desery, ser topiony, margaryna, masło, lukier; napoje: napoje owocowe, zupy instant; słodycze: przekąski, polewy cukiernicze; pieczywo: wypieki, mieszanki piekarskie; przemysł chemiczny: wskaźnik pH, z powodu zdolności zmiany koloru z czerwonego przez fioletowy do niebieskiego. 3.1. Rynek barwników antocyjanowych Oczekuje się, że światowy rynek antocyjanów doświadczy znacznego wzrostu w ciągu najbliższych siedmiu lat, ze względu na zwiększenie popytu na żywność i napoje, zwłaszcza w gospodarkach wschodzących BRICS (Brazylii, Rosji, Indii, Chin oraz Republiki Południowej Afryki) i Azji Południowej [42]. Planowany wzrost na rynku barwników naturalnych odbywać się ma z prędkością mierzoną współczynnikiem CAGR (compound annual growth rate) wynoszącym 5,1%. Największy udział w rynku barwników mają karotenoidy, ale antocyjany zajmują 22% tego rynku. Rynkiem oddziałującym na wzrost zapotrzebowania na antocyjany będzie rosnący w okresie 2016-2020 rynek barwników do żywności i napojów, w tym naturalnych i syntetycznych. Antocyjany w proszku stosowane są jako barwnik w różnych produktach spożywczych i napojach, gdyż są bezwonnymi i pozbawionymi smaku pigmentamiflawonoidowymi obecnymi w warzywach i owocach, takich jak buraki, fioletowe winogrona, kapusta i jagody. Zwiększenie zakresu zastosowania tego barwnika, z uwagi na jego właściwości przeciwutleniające, o produkty farmaceutyczne i leki specjalistyczne postrzegane jest jakokolejna przyczyna wzrostu zapotrzebowania na antocyjany [42]. Właściwości dodatkowe tych substancji takie jak poprawa mikrokrążenia, aktywność przeciwbakteryjna, przeciwzapalna i anty-alergiczna w połączeniu z dodatkowymi korzyściami dla zdrowia jak stwierdzona aktywność antocyjanów w skutecznym leczeniu chorób takich jak rak, cukrzyca, zaburzenia poznawcze i wielu chorób sercowo-naczyniowe wspomagają wzrost rynku w tym segmencie [42]. Gwałtowna urbanizacja i zwiększenie dochodów do dyspozycji konsumentów są kolejnymi czynnikami, które inicjować będą wzrost rynku antocyjanów, zwłaszcza 94 Antocyjany w medycynie, farmacji i przemyśle w gospodarkach wschodzących, takich jak Chiny, Indie i Brazylia w okresie 20162020. Dodatkowo, zmiany wzorców konsumpcji żywności w połączeniu ze wzrostem popytu na zdrową żywność, to kolejne czynniki zasilające popyt na antocyjany w ciągu najbliższych siedmiu lat, ponieważprzesunięcie preferencji konsumentów w kierunku zdrowych i atrakcyjnych produktów żywnościowych i napojów skutkować będzie wzrostem produkcji i sprzedaży koncentratów owocowych [42]. Światowy rynek dodatków do żywności podzielony jest na następujące segmenty: barwniki, modyfikatory lepkości, naturalne barwniki i przeciwutleniacze. Segment przeciwutleniaczyjest oceniane jako najbardziej obiecującyi oczekuje się, że pozostanie podstawowym segmentem sprzedażowym ze względu na zwiększenie zapotrzebowania na zdrową żywność. Antocyjany są coraz częściej stosowane jako przeciwutleniacze w wielu prozdrowotnych i energetycznych napojach, które jako grupa sprzedażowa, dodatkowo będą napędzać wzrost rynku w ciągu najbliższych kilku lat. Rynek naturalnych barwników doświadczy znacznego wzrostu szczególnie wśród wrażliwych konsumentów w regionie Europy i Ameryki Północnej. Naturalne barwniki są używane w rozmaitych mieszankach w żywności i napojach oraz produktach higieny osobistej. Europa była największym regionalnym rynkiem antocyjanów w 2014 roku (udział w rynku wynosił 26%) i prognozy rynkowe wskazują, że doświadczy znacznego wzrostu w 2016-2020 z powodu rosnącej preferencji dla antyoksydantów pochodzenia naturalnego w tym regionie. Irlandię i Wielką Brytaniępostrzega się jakogospodarki przodujące na rynku europejskim ze względu na rosnące zapotrzebowanie na tego typu produkty spożywcze. Ameryka Północna podąża ściśle za trendami widocznymi w Europie i jej rynek będzie doświadczać znacznego wzrostu dzięki zwiększeniu popytu na naturalne barwniki. Również obszar Azji Pacyficznej rozbuduje rynek naturalnych barwników ze względu na przesunięcie preferencji konsumentów w kierunku zdrowych produktów spożywczych. Chiny i Indie są postrzegane jako faworyci w tym regionie ze względu na rosnące zapotrzebowanie na prozdrowotną żywność i napoje w połączeniu ze wzrostem dochodów do dyspozycji konsumenta. Z kolei Ameryka Południowa doświadczy znacznego rozwoju rynku antocyjanów z powodu zwiększenia popytu na zdrowe produkty w postaci kapsułek i napojów. Ogólnie oczekuje się, że przyszłe zapotrzebowanie na te barwniki pochodzić będzie z gospodarek wschodzących, w tym Meksyku, Brazylii, Chinach i Indiach [42, 43]. Największe firmy działające na globalnym rynku antocyjanów to Lake International Technologies, Albemarle Corporation, The Good ScentsCompany, Akzo Noble N.V. i Ch. Hansen A/S. Innowacyjny rozwój produktów spełniających potrzeby klientów będzie kluczową strategią przyjętą przez te spółki w okresie 2016-2020 [43]. 95 Remigiusz Olędzki, Joanna Harasym 4. Podsumowanie Fakt, że rośliny stanowią niezwykle cenne i wciąż niewyeksploatowane źródło substancji aktywnych wiadomo było od dawna. Jednakże wraz z rozwojem wiedzy na temat wieloaspektowego działania różnych substancji trudno jest deklarować pojedynczą funkcję do każdej substancji. Znakomitym przykładem tego są antocyjany, pierwotni uznane za substancje nieodżywcze, później wykorzystane jako barwniki czy wskaźniki pH, obecnie doświadczają wzmożonego zainteresowania ze strony nauki i przemysłu, z uwagi na udokumentowane działanie prozdrowotne. Również coraz popularniejsze zrównoważone podejście do zasobów surowcowych otwiera szeroki rynek wykorzystania takich wielofunkcyjnych związków jakimi są antocyjany. Piśmiennictwo Hjartåker A., Knudsen M. D, Tretli S, Weiderpass E., Consumption of berries, fruits and vegetables and mortality among 10,000 Norwegian men followed for four decades, Journal of Nutrition, 54(4)(2015) s. 599-608 2. Wallace T. C., Anthocyanins in Cardiovascular Disease, AdvNutr (Advances in Nutrition), 2 (2011) s. 1-7 3. Basu A., Rhone M., Lyons T. J., Berries: emerging impact on cardiovascular health, Nutr Rev. 68(3) (2010) s. 168-177 4. Mateos A., Heiss C., Borges G., Crozier A., Rodriguez J., Berry (poly)phenols and cardiovascular health, Agric Food Chem., 7;62(18) (2014) s. 3842-3851 5. Ojeda D., Jiménez-Ferrer E., Zamilpa A., Herrera-Arellano A., Tortoriello J., Alvarez L., Inhibition of angiotensin convertin enzyme (ACE) activity by the anthocyanins delphinidinand cyanidin-3-O-sambubiosides from Hibiscus sabdariffa, J Ethnopharmacol, 8;127(1) (2010), s. 7-10 6. Jennings A., Welch A. A., Fairweather-Tait S. J., Kay C., Minihane A. M., Higher anthocyanin intake is associated with lower arterial stiffness and central blood pressure in women, Am J ClinNutr. 96(4) (2012), s. 781-788 7. Dohadwala M. M., Holbrook M., Hamburg N. M., Effects of cranberry juice consumption on vascular function in patients with coronary artery disease, Am J ClinNutr., 93(5) (2011), s. 934-940 8. Bräunlich M., Slimestad R., Wangensteen H., Extracts, Anthocyanins and Procyanidins from Aroniamelanocarpa as Radical Scavengers and Enzyme Inhibitors, Nutrients, 5(3) (2013), s. 663-678 9. Matés J. M., Segura J. A., Alonso F. J., Márquez J., Anticancer antioxidant regulatory functions of phytochemicals, Curr. Med. Chem. 18 (2011), s. 2315-2338 10. Lin B. W., Gong C. C., Song H. F., Cui Y. Y., Effects of anthocyanins on the prevention and treatment of cancer, Br J Pharmacol., 2016 Sep 20. doi: 10.1111/bph.13627 11. Li X., Xu J., Tang X., Liu Y., Yu X., Wang Z., Liu W., Anthocyanins inhibit trastuzumabresistant breast cancer in vitro and in vivo, Mol Med Rep. 13(5) (2016), s. 4007-4013 12. Stoner G. D., Wang L. S., et al., Multiple berry types prevent N-nitrosomethylbenzylamineinduced esophageal cancer in rats, Pharm Res. 27(6)(2010), 1138-1145 1. 96 Antocyjany w medycynie, farmacji i przemyśle 13. Peiffer D. S., Zimmerman N. P.et al., Chemoprevention of esophageal cancer with black raspberries, their component anthocyanins, and a major anthocyanin metabolite, protocatechuic acid, CancerPrev Res (Phila).;7(6) (2014), 574-584 14. Bishayee A., Thoppil R. J., Mandal A., Darvesh A. S., Ohanyan V., Meszaros J. G., Háznagy-Radnai E., Hohmann J., Bhatia D., Black currant phytoconstituents exert chemoprevention of diethylnitrosamine-initiated hepatocarcinogenesis by suppression of the inflammatory response, MolCarcinog. 52(4)(2013), 304-317 15. Charepalli V., Reddivari L., Radhakrishnan S., Vadde R., Agarwal R., Vanamala K. P. J., Anthocyanin-containing purple-fleshed potatoes suppress colon tumorigenesis via elimination of colon cancer stem cells, J. Nutr. Biochem. 26, (2015), s. 1641-1649 16. CavallaroU., ChristoforiG., Cell adhesion in tumor invasion and metastasis: loss of the glue is not enough, Biochimica et Biophysica Act 1552 (2001) 17. Jing N. L., Won S. L., Jeong W. Y., Min J. K., Hye J. K., Anthocyanins from VitiscoignetiaePulliat Inhibit Cancer Invasion and Epithelial-Mesenchymal Transition, but These Effects Can Be Attenuated by Tumor Necrosis Factor in Human Uterine Cervical Cancer HeLa Cells Evid Based Complement Alternat Med, (2013), 503043 18. Lin B. W., Gong C. C., Song H. F., Cui Y. Y., Effects of anthocyanins on the prevention and treatment of cancer, Br J Pharmacol. (2016),doi: 10.1111/bph.13627 19. Vareed S. K., Reddy M. K., Schutzki R. E., Nair M. G., Anthocyanins in Cornus alternifolia, Cornuscontroversa, Cornuskousa and Cornusflorida fruits with health benefits, Life Sci. 11;78(7) (2006), 777-784 20. Gately S., Li W. W., Multiple roles of COX-2 in tumor angiogenesis: a target for antiangiogenic therapy, Semin Oncol., 31 (2 Suppl 7) (2004), 2-11 21. Zhang Y., Vareed S. K., Nair M. G., Human tumor cell growth inhibition by nontoxic anthocyanidins, the pigments in fruits and vegetables, Life Sci. 11, 76(13) (2005), 1465-1472 22. Jacques P. F, Cassidy A, et al., Higher Dietary Flavonol Intake Is Associated with Lower Incidence of Type 2 Diabetes, J Nutr. 143(9) (2013), 1474-1480 23. Li D., Zhang Y., et al., Purified Anthocyanin Supplementation Reduces Dyslipidemia, Enhances Antioxidant Capacity, and Prevents Insulin Resistance in Diabetic Patients, The Journal of Nutrition, 145(4) (2015), 742-748 24. Valcheva-Kuzmanova S., Kuzmanov K., Tancheva S., Belcheva A., Hypoglycemic and hypolipidemic effects of Aroniamelanocarpa fruit juice in streptozotocin-induced diabetic rats, Methods Find. Exp. Clin. Pharmacol., 29(2007), 101-105 25. Adisakwattana S., Yibchok-Anun S., Charoenlertkul P., Wongsasiripat N., Cyanidin-3rutinoside alleviates postprandial hyperglycemia and its synergism with acarbose by inhibition of intestinal α-glucosidase, J. Clin. Biochem. Nutr. 49 (2011), 36-41. 26. van der Heijden R. A., Morrison M. C., Sheedfar F., Effects of Anthocyanin and Flavanol Compounds on Lipid Metabolism and Adipose Tissue Associated Systemic Inflammation in Diet-Induced Obesity, Mediators Inflamm., (2016), doi: 10.1155/2016/2042107 27. Jennings A., Welch A. A, et al., Intakes of anthocyanins and flavones are associated with biomarkers of insulin resistance and inflammation in women, J Nutr., 144(2) (2014), 202-208 28. Jennings A., Welch A. A., Spector T., Macgregor A., Cassidy A., Intakes of anthocyanins and flavones are associated with biomarkers of insulin resistance and inflammation in women, J Nutr. 144(2) (2014), 202-208 97 Remigiusz Olędzki, Joanna Harasym 29. Wang S. X., Wei J. G., Chen L. L., Hu X., Kong W., The role of expression imbalance between adipose synthesis and storage mediated by PPAR-γ/FSP27 in the formation of insulin resistance in catch up growth, Lipids Health Dis., 4, 15(1) (2016), 173 30. Seymour E. M., Lewis S. K., Urcuyo-Llanes D. E., Tanone I. I., Kirakosyan A., Kaufman P. B., Bolling S. F., Regular tart cherry intake alters abdominal adiposity, adipose gene transcription, and inflammation in obesity-prone rats fed a high fat diet, J Med Food., 12(5)(2009), 935-942 31. Liu J., Gao F., Ji B., Wang R., Yang J., Liu H., Zhou F., Anthocyanins-rich extract of wild Chinese blueberry protects glucolipotoxicity-induced INS832/13 β-cell against dysfunction and death, J Food Sci Technol. 52(5) (2015), 3022-3029 32. Krikorian R., Shidler M., et al., Blueberry supplementation improves memory in older adults, Agric Food Chem. 14;58(7) (2010), 3996-4000 33. Tan L., Yang H. P., Pang W., Lu H., Hu Y. D., Li J., Lu S. J., Zhang W. Q., Jiang Y. G., Cyanidin-3-O-galactoside and blueberry extracts supplementation improves spatial memory and regulates hippocampal ERK expression in senescence-accelerated mice, Biomed Environ Sci. 27(3)(2014), 186-96 34. Devore D., Eating more berries may reduce cognitive decline in the elderly: flavonoid-rich blueberries and strawberries offer most benefit, Am J Alzheimers Dis Other Demen. 27(5) (2012), 358 35. Roschek B. J., Fink R. C., McMichael M. D., Li D., Alberte R. S., Elderberry flavonoids bind to and prevent H1N1 infection in vitro, Phytochemistry. 70(10) (2009), 1255-1261 36. Costa S. S., Couceiro J. N., Silva I. C., MalvarDdo C., Coutinho M. A., Camargo L. M., Muzitano M. F., Vanderlinde F. A., Flavonoids in the therapy and prophylaxis of flu: a patent review, Expert OpinTher Pat. (2012), 22(10):1111-1121 37. Nikolaeva-Glomb L., Mukova L., Nikolova N., Badjakov I., Dincheva I., Kondakova V., Doumanova L., Galabov A. S., In vitro antiviral activity of a series of wild berry fruit extracts against representatives of Picorna-, Orthomyxo- and Paramyxoviridae, Nat Prod Commun. 9(1) (2014), 51-54 38. Karlsen A., Retterstøl L., Laake P., Paur I., Bøhn S. K, Sandvik L., Blomhoff R., Anthocyanins inhibit nuclear factor-kappaB activation in monocytes and reduce plasma concentrations of pro-inflammatory mediators in healthy adults, J Nutr. 137(8)(2007), 1951-1954 39. González O. A., Escamilla C., Danaher R. J., Antibacterial Effects of Blackberry Extract Target Periodontopathogens, J Periodontal Res. 48(1)(2013), 80-86 40. Fonkeng L. S., Mouokeu R. S., Tume C., Anti-Staphylococcus aureus activity of methanol extracts of 12 plants used in Cameroonian folk medicine, BMC Res Notes. 8 (2015), 710 41. Ngouana V., Valère P., Fokou T., Antifungal activity and acute toxicity of stem bark extracts of drypetesGossweileri S. Moore-Euphorbiaceae from Cameroon, Afr J Tradit Complement Altern Med. 8(3) (2011), 328-333 42. Anthocyanin Market Analysis, Market Size, Application Analysis, Regional Outlook, Competitive Strategies, and Forecasts, 2015 To 2022, GVG report 2015 43. http://www.marketsandmarkets.com/PressReleases/food-colors.asp 98 Antocyjany w medycynie, farmacji i przemyśle Antocyjany w medycynie, farmacji i przemyśle Antocyjany są to naturalne substancje pochodzenia roślinnego, które pod względem chemicznej budowy strukturalnej zalicza się do flawonoidów. Związki te występują zazwyczaj w nadziemnych częściach roślin naczyniowych – w kwiatach, owocach, liściach oraz łodygach nadając wymienionym częściom roślin intensywną barwę od czerwonej aż po niebieską. Substancje antocyjanowe są silnymi antyoksydantami, dzięki czemu znajdują zastosowanie w profilaktyce i terapii szerokiego spektrum schorzeń cywilizacyjnych. Antocyjany z tego względu, że są to substancje dobrze rozpuszczalne w wodzie i roztworach alkoholowych znajdują również zastosowanie w produkcji farmaceutycznej, gdzie są wykorzystywane do wytwarzania preparatów leczniczych (np. zawartych w tabletkach lub w postaci ekstraktów). Ponadto substancje antocyjanowe (np. pozyskiwane z owoców jagodowych) są stosowane również w produkcji żywności m.in. do barwienia napojów, deserów, jogurtów oraz produktów cukierniczych. W niniejszym rozdziale będą omówione medyczne, farmaceutyczne oraz przemysłowe aspekty zastosowań barwników antocyjanowych. Słowa kluczowe: antocyjany, przeciwutleniacze polifenolowe, choroby cywilizacyjne, barwniki w żywności Anthocyanins in the medical, pharmaceutical and industrial applications Anthocyanins are natural substances of vegetable origin, which in terms of the chemical structure are classified as flavonoids. These compounds are usually present in the aerial parts of vascular plants – in flowers, fruits, leaves and stems, giving the plants the intense color from red to the blue. Anthocyanins are also powerful antioxidants, allowing for prophylaxis and treatment of many diseases of civilization.Due to solublity in water and alcoholic solutions are also used in pharmaceutical production, where they are applied for the preparation of medicinal preparations (e.g., in the tablets or in the form of extracts). Moreover, anthocyanins (eg. derived from the berries) are used in food production, among others, for coloring of beverages, desserts, yoghurts and confectionery products. In this chapter will be discussed in medical, pharmaceutical and industrial aspects of the use of anthocyanin pigments. Keywords: anthocyanins, polyphenolic antioxidants, civilization diseases, pigments in food 99 Natalia Stefanik1, Hanna Hüpsch-Marzec2, Rafał Wiench3 Zastosowanie preparatów pochodzenia roślinnego w chorobach przyzębia i błony śluzowej jamy ustnej 1. Wstęp Fitoterapia należy do jednej z najstarszych metod terapeutycznych, a jej korzystny wpływ na organizm człowieka jest powszechnie znany. Współczesna stomatologia coraz chętniej powraca do wykorzystywania naturalnych, pierwotnych metod leczenia, w szczególności w przypadku chorób przyzębia i błony śluzowej jamy ustnej. Surowce naturalne wspomagając zasadnicze metody profilaktyczno-lecznicze, pozwalają na optymalizację leczenia stomatologicznego.Zawarte w roślinach garbniki, olejki eteryczne, flawonoidy, saponozydy i śluzy odpowiadają przede wszystkim za działanie przeciwzapalne, ściągające, antybakteryjne, przeciwkrwotoczne, regenerujące oraz osłaniające. W przeważającej mierze preparaty pochodzenia roślinnego cechuje szerokie spektrum działania biologicznego i farmakologicznego. Stosuje się je przede wszystkim w przypadku chorób dziąseł (gingivitis) i przyzębia (periodontitis), błony śluzowej jamy ustnej (inflamatio mucosae cavi oris), a takżew postępowaniu przedoraz pozabiegowym [1]. Celem pracy jest usystematyzowanie wiedzy na temat działania roślin najczęściej wykorzystywanych w periodontologii. 2. Garbniki Surowce garbnikowe cechują przede wszystkim właściwości ściągające. W wyniku ich działania, poprzez koagulację białka, na powierzchni błony śluzowej powstaje ochronna bariera. Bariera ta chroni przed utratą wody i działaniem szkodliwych czynników, zapobiega infekcjom oraz wspomaga regenerację tkanek. Ponadto garbniki roślinne (taniny) odpowiadają za działanie przeciwzapalnie, przeciwwysiękowe, przeciwobrzękowe oraz znieczulające [1]. 1 [email protected], Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach, Wydział Lekarski z Oddziałem Lekarsko-dentystycznym w Zabrzu, Zakład Chorób Przyzębia i Błony Śluzowej Jamy Ustnej w Zabrzu, Plac Traugutta 2 2 Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach, Wydział Lekarski z Oddziałem Lekarsko-dentystycznym w Zabrzu, Zakład Chorób Przyzębia i Błony Śluzowej Jamy Ustnej w Zabrzu, Plac Traugutta 2 3 Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach, Wydział Lekarski z Oddziałem Lekarsko-dentystycznym w Zabrzu, Zakład Chorób Przyzębia i Błony Śluzowej Jamy Ustnej w Zabrzu, Plac Traugutta 2 100 Zastosowanie preparatów pochodzenia roślinnego w chorobach przyzębia i błony śluzowej jamy ustnej 2.1. Kora dębu – Quercus cortex Kora dębu jest popularnym surowcem garbnikowym pozyskiwanym z dębu bezszypułkowego (z łac. Quercus sessilis) i szypułkowego (z łac. Quercus robur) z rodziny bukowatych. Zawartość garbników w korze dębu wynosi około 10%, dzięki czemu surowiec ten ma przede wszystkim działanie ściągające. Ponadto wykazuje działanie przeciwzapalne, przeciwbakteryjne oraz unieczynniające toksyny bakteryjne. Odwar z kory dębu znajduje zastosowanie w leczeniu stanów zapalnych jamy ustnej, np. gingivitis, gronkowcowym zapaleniu jamy ustnej, półpaścu, aftach Suttona. Kora dębu wchodzi w skład preparatów takich jak: Dentosept płyn, Dentosept A płyn, Stomatosol płyn (zawiera nalewkę z dębianki), Kora Dębu fix, Mucosit żel [1-7]. 2.2. Kłącze pięciornika – Tormentillae rhizoma Rośliną macierzystą jest pięciornik kurze ziele (z łac. Potentilla erecta) z rodziny różowatych. Zawarte w kłączu pięciornika (tzw. kurzym zielu) skondensowane garbniki katechinowe odpowiadają w głównej mierze za ściągające właściwości tej rośliny. Stosowany jako płukanka w wielu schorzeniach jamy ustnej: paradontopatii zanikowej, drożdżycy jamy ustnej, pęcherzycy, liszaju płaskim Wilsona, zapaleniu dziąseł i przyzębia, wrzodziejącym zapaleniu dziąseł, rumieniu wielopostaciowym, zapaleniu gardła. Wchodzi w skład takich preparatów, jak: Stomatosol płyn, Paradentosol płyn. Wykorzystywany także do produkcji niektórych past do zębów [1-4]. 2.3. Kłącze wężownika – Bistortae rhizoma Surowiec pozyskiwany jestz rdestu wężownika (z łac. Polygonum bistorta) z rodziny rdestowatych. Zawartość garbników waha się w przedziale od 15 do 20%. Ma właściwości ściągające, przeciwkrwotoczne, przeciwzapalne, przeciwbakteryjne oraz wspomagające proces gojenia się ran. Zalecany do stosowania zewnętrznego w postaci płukanek w stanach zapalnych jamy ustnej np. pęcherzycy, wrzodziejącym zapaleniu dziąseł [1, 3]. 2.4. Liść i kora oczaru – Folium et cortex Hamamelidis Rośliną macierzystą jest oczar wirginijski (z łac. Hamamelis virginiana) z rodziny oczarowatych. Podobnie, jak inne surowce garbnikowe, charakteryzuje się działaniem ściągającym, przeciwzapalnym, przeciwbakteryjnym, przeciwkrwotocznym oraz uszczelniającym naczynia włosowate. Do stosowania w stanach zapalnych błony śluzowej i gardła. Wykorzystywany w produkcji takich preparatów, jak: Biodent pasta do zębów, Boiron Homeodent pasta do zębów [1, 3, 7]. 2.5. Liść orzecha włoskiego – Juglandis folium Rośliną macierzystą jest orzech włoski (z łac. Juglans regia) z rodziny orzechowatych. Podobnie, jak inne rośliny garbnikowe wykazuje działanie ściągające, a juglon 101 Natalia Stefanik, Hanna Hüpsch-Marzec, Rafał Wiench zawarty w orzechu odpowiada za właściwości przeciwbakteryjne. Do stosowania zewnętrznego w stanach zapalnych jamy ustnej i gardła. Ze względu na liczne badania potwierdzające mutagenne właściwości juglonu, stosowanie wyciągu z liści orzecha powinno być ograniczone [1-3, 5, 7]. 3. Olejki eteryczne Olejki eteryczne to mieszanina substancji lotnych o różnym charakterze chemicznym, charakteryzujących się płynną konsystencją, lipofilnością oraz charakterystycznym, najczęściej przyjemnym zapachem. Surowce olejkowe charakteryzują się przede wszystkim działaniem przeciwzapalnym i antyseptycznym [1]. 3.1. Liść mięty pieprzowej– Folium Menthae piperitae Rośliną macierzystą jest mięta pieprzowa (z łac. Mentha piperita) z rodziny jasnowatych. Poza olejkami eterycznymi(głównie olejkiem miętowym), zawiera garbniki, flawonoidy, gorycze, fenolokwasy i inne. Składowe olejku, m.in. mentol, działają na zakończenia nerwów czuciowych przewodzących bodźce termiczne, wywołując uczucie chłodzenia na błonie śluzowej i skórze. Działanie przeciwzapalne, przeciwbakteryjne oraz odkażające pozwala na zastosowanie mięty w stanach zapalnych i infekcyjnych jamy ustnej.Badania potwierdzają wysoką wrażliwość bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych na olejek z mięty pieprzowej. Surowiec ten wchodzi w skład takich preparatów, jak: Mucosit żel, Dentosept płyn, Dentosept A płyn, Salviasept płyn, Dentomix żel, Septosanfix, Lacalut Fitoformuła pasta do zębów, Parodontax pasta do zębów [1, 2, 4, 6-9]. 3.2. Koszyczek arniki – Anthodium Arnicae Surowiec pozyskiwany z arniki górskiej (z łac. Arnica montana) z rodziny astrowatych. Cechą charakterystyczną tej rośliny jest złożony skład chemiczny. Stosowana zewnętrznie wykazuje działanie antyseptyczne, przeciwzapalne, przeciwbólowe, przeciwbakteryjne i przeciwgrzybicze. Nalewka Tinctura arnicae stosowana jest jako płukanka w schorzeniach jamy ustnej takich jak: zapalenie jamy ustnej, dziąseł i przyzębia, pęcherzyca, rogowacenie białe, owrzodzenia odleżynowe, rumień wielopostaciowy wysiękowy, martwiczo-wrzodziejące zapalenie przyzębia oraz parodontopatie zanikowe. Znajdziemy ją m.in. w Dentoseptcie (płyn), Dentosepcie A (płyn), Tinctura arnicae płyn, Stomatosolu (płyn) [1, 3, 6]. 3.3. Koszyczek rumianku – Anthodium Chamomillae Rośliną macierzystą jest rumianek pospolity (z łac. Chamomilla recutita) z rodziny astrowatych. Poza olejkami eterycznymi,zawiera m.in. także flawonoidy. Znany jest przede wszystkim ze swojego działania przeciwzapalnego, a także przeciwbakteryjnego, przeciwgrzybiczego oraz immunostymulującego. Zewnętrznie stosowany do przemywania, płukania i/lub pędzlowania błony śluzowej jamy ustnej we wszystkich 102 Zastosowanie preparatów pochodzenia roślinnego w chorobach przyzębia i błony śluzowej jamy ustnej jej stanach zapalnych, m.in.: zapaleniu dziąseł i przyzębia, gronkowcowym zapaleniu jamy ustnej, aftach Suttona, pęcherzycy, leukoplakii, rumieniu wielopostaciowym, aftowym zapaleniu jamy ustnej, opryszczce zwykłej i nawrotowej, odpowiedni także w czasie ząbkowania (działa łagodząco oraz uśmierzająco). Ze względu na łagodny smak oraz delikatny zapach jest dobrze tolerowany przez dzieci. Wchodzi w skład takich preparatów jak: Mucosit żel, Azulan płyn, Bobodent żel, Dentinox N żel, Dentosept płyn, Dentosept A płyn, Salviasept płyn, Biodent pasta do zębów, Parodontax pasta do zębów [1-5, 7, 8, 10]. 3.4. Liść szałwii – Folium Salviae Ziele niegdyś uznawane za panaceum na wszelkie schorzenia. Rośliną macierzystą jest szałwia lekarska (z łac. Salvia officinalis) z rodziny jasnowatych. Charakteryzuje ją działanie antyseptyczne i ściągające, niektóre diterpeny wchodzące w skład olejku szałwiowego działają także przeciwwirusowo. Bioaktywne związki polifenolowe działają przeciwzapalnie i przeciwbakteryjnie. Szałwia zawiera ponadto inne substancje czynne: garbniki, flawonoidy, kwasy organiczne, gorycze oraz duże ilości witaminy B1, witaminy C, witaminy PP i karotenów (witamina A).Wraz z rumiankiem jest najczęściej zalecanym surowcem naturalnymw stanach zapalnych i infekcyjnych błony śluzowej jamy ustnej. Uwagę należy zwrócić na fakt, iż jej zbyt długie stosowanie może wywoływać nadmierną suchość błony śluzowej. Jest składnikiem preparatów takich jak: Tinctura salviae płyn, Aphtigel 0,1%, Aphtigel Max 0,3%, Aperisan żel, Mucosit żel, Dentomix żel, Dentosept płyn, Dentosept A żel, Tymsal spray, Salviasept płyn, Biodent pasta, Septosanfix, Lacalut Fitoformuła pasta do zębów, Parodontax pasta do zębów [1-7, 11]. 3.5. Ziele krwawnika – Millefolii herba Rośliną macierzystą jest krwawnik pospolity (z łac. Achilleamille folium) z rodziny astrowatych. Wykazuje działanie przeciwzapalne, przeciwkrwotoczne oraz bakteriostatyczne. Stosowany zewnętrznie w celu łagodzenia stanów zapalnych błony śluzowej jamy ustnejoraz przyśpieszenia regeneracji uszkodzonych tkanek. Preparat: Krawnik Fix, Salviasept płyn [1]. 3.6. Ziele tymianku – Thymi herba Surowiec otrzymywany jest z tymianku pospolitego (z łac. Thymus vulgaris), w lecznictwie stosowane jest ziele (Thymi herba). Tymol, wchodzący w skład olejku eterycznego, odpowiada za silne działanie antyseptyczne tej rośliny. Wykazuje także działanie przeciwbólowe i przeciwświądowe. Stosowany w schorzeniach jamy ustnej m.in. zapaleniach błony śluzowej jamy ustnej, dziąseł i przyzębia, aftowym zapaleniu jamy ustnej, gronkowcowym zapaleniu jamy ustnej. Składnik preparatów takich jak: Mucosit żel, Dentosept płyn, Dentosept A żel, Tymsal spray, Salviasept płyn, Bobodent żel, Septosanfix [1, 4-7]. 103 Natalia Stefanik, Hanna Hüpsch-Marzec, Rafał Wiench 3.7. Ziele macierzanki – Serpylli herba Roślina macierzysta to macierzanka piaskowa (z łac. Thymus serpyllum) z rodziny jasnowatych. W składzie chemicznym tego ziela występuje m.in. tymol. Działa podobnie, jak ziele tymianku – odkażająco i przeciwzapalnie, jednak słabiej [1]. 3.8. Olejek goździkowy – Oleum Caryophylli Olejek goździkowy uzyskiwany jest z pąków kwiatowych drzewa goździkowca wonnego (z łac. Syzygium aromaticum) z rodziny mirtowatych. Zastosowanie w stomatologii znalazł zarówno sam olejek goździkowy, jak i jego główny składnik – eugenol. Wielu autorów potwierdza przeciwdrobnoustrojowe, przeciwutleniające i antykarcinogenne działanie tego surowca. Preparatem stomatologicznym wykorzystywanym w periodontologii, w skład którego wchodzi olejek goździkowy jest np. Salviasept płyn [12]. 4. Śluzy Działanie śluzów ograniczone jest do miejsca ich zastosowania, gdyż nie zostają one wchłonięte do krwioobiegu przez skórę i/lub błonę śluzową. W lecznictwie wykorzystywane są ich właściwości powlekające, osłaniające, zmiękczające, ochronne oraz przeciwzapalne [1]. Jednym z częściej stosowanych surowców śluzowych w periodontologii są nasiona lnu zwyczajnego (z łac. Linum usitatissimum), tzw. siemię lniane, oraz otrzymywany z nich olej lniany. Napar i/lub macerat z siemienia lnianego zalecany jest do płukania jamy ustnej, szczególnie w przypadkach kserostomii (nawilżenie oraz ochrona błony śluzowej), a także wstanach zapalnych, owrzodzeniach, podrażnieniach oraz uszkodzeniach mechanicznych błony śluzowej [7]. 4.1. Korzeń i liść prawoślazu – Radix et folium Althaeae Rośliną macierzystą jest prawoślaz lekarski (z łac. Althaea officinalis) z rodziny ślazowatych. Należy do jednych z najlepszych odżywczych ziół tonizujących i nawilżających błonę śluzową. Stosowany jest, jako środek powlekający, osłaniający, łagodzący wstanach zapalnych błony śluzowej jamy ustnej oraz jej podrażnieniach lub uszkodzeniach. Ze względu na brak silnych substancji czynnych i przyjemny smak, ziele to jest dobrze tolerowane przez dzieci [1-5, 7, 8]. 4.2. Liść podbiału – Folium Farfarae Surowiec ten jest pozyskiwany z podbiału pospolitego (z łac. Tussilago farfara) z rodziny astrowatych. Zaliczany jest do surowców śluzowych, o pewnej zawartości garbników, flawonoidów i olejków eterycznych. Jego różnorodność substancji czynnych powoduje, iż liść podbiału ma zastosowanie przede wszystkim w stanach zapalnychbłony śluzowej. Poza działaniem osłaniającym (śluzy), wywiera także działanie ściągające (garbniki) i przeciwzapalne (flawonoidy, olejki eteryczne) [1, 7]. 104 Zastosowanie preparatów pochodzenia roślinnego w chorobach przyzębia i błony śluzowej jamy ustnej 4.3. Kwiat malwy czarnej – Flos Malvae arboreae W celach farmaceutycznych uprawiana jest jedynie odmiana malwy o kwiatach ciemnych (z łac. Althaea rosea, z rodziny ślazowatych). Surowiec ten zawiera śluzy,antocyjany oraz flawonoidy. Dzięki związkom śluzowym, wodny wyciąg z kwiatów malwy czarnej powleka błony śluzowe jamy ustnej i gardła, zmniejszając nadmierną ich wrażliwość oraz redukując stan zapalny. W stomatologii znajduje zastosowanie w przypadku leczenia nieżytowego zapalenia jamy ustnej i dziąseł, gronkowcowego, wrzodziejącego, aftowego zapalenia jamy ustnej, leukoplakii i liszaja płaskiego Wilsona [1, 7]. 4.4. Babka lancetowata – Plantago lanceolata Liście babki lancetowatej znalazły zastosowanie w stanach zapalnych błony śluzowej przewodu pokarmowego oraz górnych dróg oddechowych, w szczególności z towarzyszącymi infekcjami i uszkodzeniami błony śluzowej. Poza działaniem powlekającym, posiadają właściwości przeciwzapalne i ściągające. Preparatem w skład którego wchodzi wyciąg płynny z babki lancetowatej jest np. Echinasal syrop [1-3, 5, 7]. 5. Flawonoidy Surowce flawonoidowe wykazują wielokierunkowy profil działania: przeciwzapalne, przeciwalergiczne, przeciwwirusowe, przeciwgrzybicze oraz uszczelniające i wzmacniające naczynia włosowate. Należą ponadto do naturalnych przeciwutleniaczy. Liczne badania wykazały także przeciwnowotworowe właściwości flawonoidów. W stomatologii związki te odgrywają istotną rolę przede wszystkim w profilaktyce chorób błony śluzowej i przyzębia. Liczne związki flawonoidowe zawarte są w owocach grejpfruta (z łac. Citrus paradisis). Preparatami zawierającym ekstrakt z grejpfruta jest Citrosept (stosowany jako płukanka antyseptyczna) oraz Citrotravel (krople do rozcieńczania w wodzie). Badania wykazały dużą aktywność przeciwgrzybiczą tych preparatów, w szczególności wobec grzybów drożdżopodobnych, stąd zalecany jest on u osób zmagających się z grzybicą jamy ustnej [1, 2, 13, 14]. 5.1. Korzeń tarczycy bajkalskiej – Radix Scutella riabaicalensis Rośliną macierzystą jest tarczyca bajkalska (z łac. Scutella riabaicalensis) z rodziny jasnotowatych – wieloletnia roślina zielna rosnąca we wschodniej Syberii, Mongolii, Zabajkalu, Korei, Chinach i Japonii. Szerokie zastosowanie od tysięcy lat znajduje w medycynie naturalnej Azji Wschodniej, przede wszystkim japońskiej medycynie Kampo oraz tradycyjnej medycynie chińskiej (TCM, z ang. Traditional Chinese Medicine). Zaliczana jest do tzw. roślin adaptogennych, których główną rolą jest przystosowanie organizmu do niekorzystnych zmian środowiskowych, zarówno tych fizycznych jak, i psychicznych. Tarczycę bajkalską cechuje wysoka zawartość flawonoidów (ok. 20-26%), z których za najważniejszą oraz występującą w największej 105 Natalia Stefanik, Hanna Hüpsch-Marzec, Rafał Wiench ilości (12-17%) uznaje się bajkalinę. Ekstrakty z korzenia tarczycy bajkalskiej wykazują wielokierunkowość działania: przeciwzapalne, przeciwutleniające, przeciwwolnorodnikowe, przeciwgrzybicze (zahamowanie rozwoju grzybów z rodzaju Candida), przeciwbakteryjne (także wobec gronkowca złocistego), przeciwwirusowe (przeciwko Herpes simplex), przeciwbólowe oraz immunomodulujące (pobudzające fibroblasty oraz stymulujące regenerację tkanek). W piśmiennictwie potwierdzono także inne liczne pozytywne oddziaływania tego surowca na organizm ludzki. Z uwagi na szerokie spektrum działania, roślina ta znajduje zastosowanie w codziennej praktyce dentystycznej, m.in.:leczeniu uzupełniającym parodontopatii, zapaleń błony śluzowej jamy ustnej, chronicznych infekcjach bakteryjnych, wirusowych oraz grzybiczych, profilaktyce chorób dziąseł i przyzębia. Na rynku dostępnych jest kilka preparatów leczniczych zawierających zespół flawonów o zawartości 65-80% bajkaliny (tzw. antoksyd). Jednoskładnikowym preparatem dostępnym w Polsce jest Baikadent żel i płyn stomatologiczny [1-3, 7, 15, 16]. 5.2. Kwiat bzu czarnego – Sambuci flos Kwiat bzu pozyskiwany jest z bzu czarnego (z łac. Sambucus nigra) z rodziny piżmaczkowatych. Jedną z substancji czynnych tej rośliny jest flawonoid – rutozyd – odpowiedzialny za uszczelnianie naczyń krwionośnych, w skutek czego dochodzi do zmniejszenia przesięku, odczynu zapalnego oraz obrzęku. Zawarte w bzie czarnym śluzy odpowiadają dodatkowo za działanie osłaniające. Zastosowanie znajduje w leczeniu wrzodziejącego zapalenia jamy ustnej, przewlekłych aftach nawrotowych, liszaju płaskim Wilsona [1, 4]. 5.3. Kwiatostan lipy – Tiliaein florescentia Surowiec pozyskiwany z lipy drobnolistnej (z łac. Tilia cordata) lub szerokolistnej (z łac. Tilia platyphyllos) z rodziny lipowatych. Ze względu na zawartość flawonoidów, śluzów, olejków eterycznych i innych, jego zastosowanie jest podobne, jak w przypadku kwiatów bzu czarnego [1, 5, 7]. 5.4. Ziele fiołka trójbarwnego – Violae tricoloris herba Rośliną macierzystą jest fiołek trójbarwny (z łac. Viola tricolori) z rodziny fiołkowatych. Przeciwzapalne działanie przypisywane jest obecności pochodnych kwasu salicylowego w tej roślinie, natomiast działanie powlekające i łagodzące śluzom. Polecany do płukania jamy ustnej w przebiegu półpaśca [1, 7]. 6. Saponozydy Saponozydy (saponiny) charakteryzuje działanie m.in. wykrztuśne (korzeń pierwiosnka, korzeń mydlnicy, korzeń lukrecji, liść bluszczu), uszczelniające naczynia włosowate (np. nasiona kasztanowca, kłącze ruszczyka) oraz przeciwzapalne (np. koszyczek nagietka) [1]. 106 Zastosowanie preparatów pochodzenia roślinnego w chorobach przyzębia i błony śluzowej jamy ustnej 6.1. Koszyczek nagietka – Calendulae anthodium Surowiec pochodzący od nagietka lekarskiego (z łac. Calendula officinalis) – rośliny bogatej w saponozydy, a także flawonoidy, olejki eteryczne i inne. Działanie przeciwzapalne, przeciwbakteryjne i przeciwgrzybicze, uszczelniające naczynia, immunomodulujące i regenerujące. Do stosowania zewnętrznego w zapaleniach i infekcjach jamy ustnej. Preparatem powstałym na jego bazie jest Larimax T w aerozolu [1, 4-8]. 7. Inne 7.1. Jeżówka purpurowai wąskolistna – Echinacea purpurea et angustifolia Preparaty z ziela jeżówki działają przede wszystkim immunomodulująco na organizm człowieka. Liczne badania donoszą także o przeciwwirusowym i przeciwbakteryjnym działaniu tej rośliny.Zastosowanie znajduje w stanach zapalnych gardła, chorobach dziąseł i przyzębia, owrzodzeniach jamy ustnej, ropniach okołozębowych, chorobach wirusowych jamy ustnej (opryszczkowym zapaleniu jamy ustnej, opryszczce zwykłej i nawrotowej, półpaścu). Powszechnym błędem podczas leczenia preparatami na bazie jeżówki, jest stosowanie zbyt niskich dawek. Na polskim rynku dostępnych jest wiele preparatów immunostymulujących zawierających wyciąg z jeżówki, np.: Echinasal syrop, Echinapur tabletki, Echinacea tabletki, Immunal Forte tabletki, Esberitox N płyn doustny, Parodontax pasta do zębów [1, 4, 7]. 7.2. Aloes drzewiasty – Aloë arborescens Charakteryzuje się szerokim spektrum działania i długą tradycją stosowania. W schorzeniach jamy ustnej najbardziej wykorzystywane jest działanie na układ odpornościowy aloesu – działanie immunostymulujące. Preparatami powstałymi na bazie aloesu w Polsce są: Biostymina, której skuteczność potwierdziły liczne badania kliniczne, a także Bioaron C syrop (wzbogacony o witaminę C) [2, 3, 6, 7, 17]. 7.3. Propolis Propolis (kit pszczeli) wytwarzany jest przez pszczoły robotnice z substancji żywicznych zebranych z pąków niektórych drzew, głównie topoli i drzew iglastych. W propolisie wykryto kilkaset różnorodnych związków chemicznych m.in.: flawonoidy, olejki eteryczne, alkohole, kumaryny, terpeny, sterole, kwasy tłuszczowe, biopierwiastki i inne. Lecznicze działanie propolisu jest efektem synergistycznym zawartych w nim związków chemicznych. Liczne badania kliniczne potwierdzają, że kit pszczeli ma właściwości przeciwzapalne, regenerujące (przyśpieszające procesy gojenia się tkanek), przeciwbakteryjne, przeciwwirusowe, przeciwgrzybicze, a także znieczulające. Za pomocą propolisu leczy się liczne schorzenia i infekcje jamy ustnej, w tym opryszczkowe, aftowe i grzybicze zapalenie jamy ustnej, powierzchniowe zapalenie języka, leukoplakię, parodontopatie. Preparatami dostępnymi na Polskim rynku są np.: Propolisol płyn, Propolis Tinctura krople [5, 18, 19]. 107 Natalia Stefanik, Hanna Hüpsch-Marzec, Rafał Wiench 8. Podsumowanie Preparaty pochodzenia roślinnego stanowią rzeczywiste i potencjalne źródło leków stomatologicznych. Na polskim rynku farmaceutycznym dostępnych jest wiele leków wyprodukowanych na bazie wyciągów roślinnych, a dostęp do roślin leczniczych jest praktycznie nieograniczony. Terapia wspomagająca lekami pochodzenia naturalnego jest względnie bezpieczna, tania, łatwa w stosowaniu, a przez to wysoce akceptowalna przez pacjentów, dodatkowo minimalizuje ryzyko wystąpienia działań niepożądanych, łagodzi objawy choroby, wspomaga leczenie podstawowe i niejednokrotnie ułatwia utrzymanie odpowiedniej higieny jamy ustnej. Tabela 1. Tabela przedstawiająca główne działanie farmakologiczne roślin często wykorzystywanych w periodontologii Antisepticum (odkażające) Czosnek pospolity (Allium sativum), arnika górska (Arnica montana), rdest wężownik (Commiphora abyssinica), szałwia lekarska (Salvia officinalis), tarczyca bajkalska (Scutellaria baicalensis), imbir lekarski (Zingiber officinale), tymianek pospolity (Thymus vulgaris), babka lancetowata (Plantago lanceolata) Adstringens (ściągające) Kora dębowa (Quercus cortex), rumianek pospolity (Chamomilla recutita), oczar wirginijski (Hamamelis virginiana), orzech włoski (Juglans regia), rdest wężownik (Commiphora abyssinica), pięciornik kurze ziele (Potentilla erecta), dębianki z dębu galasowego (Quercus infectoria), jeżówka purpurowa (Echinacea purpurea), arnika górska (Arnica montana), szałwia lekarska (Salvia officinalis) Antiphlogisticum (przeciwzapalne) Rumianek pospolity (Chamomilla recutita), arnika górska (Arnica montanta), nagietek lekarski (Calendula officinalis), babka lancetowata (Plantago lanceolata), kora dębowa (Quercus cortex), szałwia lekarska (Salvia officinalis), tarczyca bajkalska (Scutellaria baicalensis) 108 Zastosowanie preparatów pochodzenia roślinnego w chorobach przyzębia i błony śluzowej jamy ustnej Antibioticum (przeciwdrobnoustrojowe) Cebula (Allium cepa), czosnek (Allium sativum), aloes drzewiasty (Aloë arborescens), aloes zwyczajny (Aloë vera), mięta pieprzowa (Mentha piperita), dębianki z dębu galasowego (Quercus infectoria) Antimycoticum (przeciwgrzybicze) Owoc grejpfruta (Citrus paradisis),tarczyca bajkalska (Scutellaria baicalensis) Immunostimulans, biostimulans (immunostymulujące) Aloes drzewiasty (Aloë arborescens), jeżówka purpurowa (Echinacea purpurea), jeżówka wąskolistna (Echinacea angustifolia) Anaestheticum (miejscowo znieczulające) Mięta pieprzowa (Mentha piperita) Protectivum (powlekające, osłaniające) Prawoślaz lekarski (Althaea officinalis), podbiał pospolity (Tussilago farfara), malwa różowa (Althaea rosea), babka lancetowata (Plantago lanceolota), babka zwyczajna (Plantago major), len zwyczajny (Linumus itatissimum), lipa drobnolistna (Tilia cordata), lipa szerokolistna (Tilia platyphyllos), bez czarny(Sambucus nigra) Źródło: Opracowanie własne na podstawie [3] Literatura 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Szalewski L., Szalewska M., Wójcik D., Bożyk A., Berger M., Naturalne surowce roślinne wykorzystywane w stomatologii, e- Dentico, 2 (54) (2015), s. 102-108 Błecha K., Wawer I., Profilaktyka zdrowotna i fitoterapia, BONIMED, 2011, Żywiec Jędrzejko K., Maniara M., Rośliny stomatologiczne świata i ich zróżnicowanie gatunkowe ze szczególnym uwzględnieniem właściwości leczniczych – analiza statystyczna cech, Ann. Acad. Med. Siles. 61, 6 (2007), s. 468-476 Spyrka A., Zioła w stomatologii, Panacea, 3 (32) (2010), s. 10-12 Wysocki J., Nowicka-Falkowska K., Przegląd preparatów pochodzenia roślinnego stosowanych w stanach dysfunkcji błony śluzowej jamy ustnej i gardła, Polski Przegląd Otolaryngologiczny, 2 (2013), s. 146-158 Szyszkowska A., Koper J., Szczerba J., Puławska M., Zajdel D., The use of medicalplants in dentaltreatment, Herba Polanica, 56, 1 (2010), s. 97-107 Jędrzejko K., Maniara M., Rośliny w leczeniu stomatologicznym na świecie – alfabetyczny wykaz gatunków i ich właściwości farmakologicznych oraz innych cech użytkowych, Ann. Acad. Med. Siles., 61, 3 (2007), s. 221-248 109 Natalia Stefanik, Hanna Hüpsch-Marzec, Rafał Wiench 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. Wyganowska-Świątkowska M., Kurhańska-Flisykowska A., Przydatność alternatywnych metod terapeutycznych w stomatologii: ziołolecznictwo tradycyjne i ajurwedyjskie, homeopatia. Przegląd literatury, Przegląd Lekarski, 69, 10 (2012), s. 1153-1155 Kędzia A., Działanie olejku z mięty pieprzowej (Oleum menthae piperitae) na bakterie beztlenowe, Postępy Fitoterapii, 4 (2007), s. 192-186 Grys A., Kania M., Baraniak J., Rumianek – pospolita roślina zielarska o różnorodnych właściwościach biologicznych i leczniczych, Postępy Fitoterapii, 2 (2014), s. 90-93 Kędzia A., Aktywność olejku szałwiowego wobec bakterii beztlenowych, Postępy Fitoterapii, 2 (2006), s. 66-70 Kędzia A., Kusiak A., Kochańska B., Kędzia A.W., Półjanowska M., Gębska A., Ziółkowska-Klinkosz M., Wrażliwość bakterii tlenowych na olejek goździkowy (Oleum Caryopylli), Postępy Fitoterapii, 3 (2011), s. 164-168 Domańska A., Mertas A., Król W., Flawonoidy jako środki przeciwzapalne w leczeniu chorób przyzębia, Postępy Fitoterapii, 1 (2008), s. 32-36 Jaworska-Zaremba M., Mierzwińska-Nastalska E., Swoboda-Kopeć E., Gierkowska J., Ocena wrażliwości grzybów drożdżopodobnych izolowanych w stomatopatiach protetycznych na wybrane, naturalne preparaty o działaniu przeciwgrzybiczym, Protet. Stomatol. LXII, 5 (2012), s. 390-399 Lamer-Zarawska E., Tarczyca bajkalska w leczeniu schorzeń przyzębia i niektórych dermatoz o podłożu zapalnym, Twój Przegląd Stomatologiczny, 9 (2011), s. 90-94 Niedworok J., Oleszczak A., Starzec R., Badania nad zastosowaniem wyciągu z tarczycy bajkalskiej w leczeniu chorób przyzębia, Postępy Fitoterapii, 4 (2000), s. 13-17 Alkiewicz J., Biostymina, Bioaron i Bioaron C – roślinne biostymulatory w praktyce lekarskiej, Postępy Fitoterapii, 4 (2000), s. 18-20 Kędzia B., Hołderna-Kędzia E., Wykorzystanie propolisu i miodu w zakażeniach, Postępy Fitoterapii, 4 (2007), s. 202-206 Basista-Sołtys K., Filipek B., Potencjał alergogenny propolisu – przegląd danych literaturowych, Alergia Astma Immunologia,18, 1 (2013), s. 32-38 Zastosowanie preparatów pochodzenia roślinnego w chorobach przyzębia i błony śluzowej jamy ustnej Współczesna stomatologia coraz częściej powraca do naturalnych metod leczniczych. Korzystne oddziaływanie surowców pochodzenia roślinnego, wspomagające standardowe metody profilaktyczno-lecznicze, ma znaczenieprzede wszystkim w przypadku chorób przyzębia i błony śluzowej jamy ustnej. Praca przedstawia, na podstawie piśmiennictwa, opis najczęściej wykorzystywanych roślin w periodontologii z podziałem na substancje czynne przeważające w ich składzie. Słowa kluczowe: stomatologia roślinna, surowce roślinne, periodontologia, rośliny medyczne, fitoterapia The use of medications of plant origin in periodontal and oral mucosa diseases Modern dentistry increasingly returns to natural healing methods. The beneficial effects of using medical plants, which supports standard preventive-curative methods, are important especially in periodontal and oral mucosa diseases. The study, based on the literature, presents a description of the most commonly used plants in the periodontology, divided into active substances prevailing in their composition. Keywords: herbal dentistry, herbal materials, periodontology, medical plants, phytotherapy 110 Aleksandra Sentkowska1, Paulina Dróżdż2, Krystyna Pyrzyńska3 Napary ziołowe jako źródło związków polifenolowych 1. Zioła Dobroczynne działanie ziół znane jest już od bardzo dawna. To głównie ono stworzyło podwaliny medycyny ludowej, stosującej napary różnorakich ziół zarówno jako leki, jak i trucizny. Już w starotestamentowej Księdze Psalmów pojawia się wzmianka: „Każesz rosnąć trawie dla bydła i ziołom, by człowiekowi służyły”. Na przestrzeni wieków definicja pojęcia „ziele” ewoluowała. W „Słowniku języka polskiego” pod redakcją A. Zdanowicza z 1861 roku czytamy: „zioło, ziele to ogólna nazwa wszelkiej rośliny mającej łodygę zielną tj. miękką, zieloną, trwająca tylko rok jeden; zioła są też najczęściej roślinami rocznemi” [1]. Jednak niemal w tym samym czasie pojawia się inna definicja ziela, według której wszystkie gatunki nie zaliczone do drzew i krzewów i nieposiadające „twardych części” oraz „niszczejące pod gołem niebem zimą” mogą być uznane za zioła. Według współczesnego słownika języka polskiego ziele to „roślina o nietrwałych, nadziemnych pędach” a także „taka roślina, odpowiednio spreparowana, stosowana w lecznictwie i w przemyśle spożywczym” [2]. W ostatnich latach można zauważyć odrodzenie się zainteresowania tymi roślinami. Okazuje się, że mogą one pomóc przezwyciężyć wiele schorzeń i chorób efektywniej niż konwencjonalne leki. Tak więc na powrót wraca do łask medycyna naturalna a wraz z nią zioła w postaci herbatek, jako składniki suplementów i leków oraz dodatków do kosmetyków. Nowoczesna fitoterapia wykorzystuje same zioła i ich wyciągi jako leki podstawowe, ale też jako chroniące niektóre narządy wewnętrzne przed negatywnymi skutkami stosowania chemioterapeutyków, np. antybiotyków. W warunkach domowych leki ziołowe są pomocne jako zapobiegające środki doraźne oraz wzmacniające w okresie rekonwalescencji. Istnieje wiele kryteriów podziału ziół. Już w XVII wieku Linneusz dokonał podziału ziół ze względu na aromat i wpływ na ludzki organizm Powstało w ten sposób 10 grup leczniczych a wśród nich afrodyzjaki o piżmowym zapachu – Ambrosiaca, Hircosa o działaniu zbliżonym do Ambrosiaca lecz o nieprzyjemnym zapachu, uspokajające Fragrantia i Spirantia, narkotyczne Nidorosa i Tetra, pobudzające ludzkie serce Aromatica. Wyróżnione zostały także Nauseosa o działaniu przeczyszczającym i wywołująca skurcze i mdłości Orgastica, a także odurzająca Virosa [3]. Dziś ten podział jest ciekawy jedynie ze względów historycznych. Bardziej 1 [email protected], Wydział Chemii, Uniwersytet Warszawski [email protected] Laboratorium Chemii Środowiska Przyrodniczego, Instytut Badawczy Leśnictwa 3 [email protected], Wydział Chemii, Uniwersytet Warszawski 2 111 Aleksandra Sentkowska, Paulina Dróżdż, Krystyna Pyrzyńska powszechny jest podział ziół ze względu na działanie. Stosując bardziej lub mniej precyzyjny podział wyróżnia się od 6 do 36 grup. Z punktu widzenia niniejszej publikacji należy zwrócić uwagę na grupę ziół wzmacniających system nerwowy (melisa), uznawanych jako środki przeciwgorączkowe (rumianek), środki pobudzające apetyt i wspomagające trawienie (dziurawiec). To właśnie prozdrowotne działanie ziół sprawia, że wciąż upatrujemy w nich leków na nasze dolegliwości, a także preferujemy preparaty kosmetyczne na bazie ziołowej. Jest to trend ogólnoświatowy. Uprawy ziół do celów leczniczych i kosmetycznych stanowią potężną część gospodarki takich krajów jak Niemcy czy Wielka Brytania. W Polsce plantacje zielarskie zajmują powierzchnię 30 tys. hektarów, a ogólna produkcja ziół oceniana jest na ok. 20 tys. ton rocznie [4]. Najczęściej uprawianymi gatunkami ziół w Polsce są rumianek pospolity (Chamomilla recutita), mięta pieprzowa (Mentha piperita), kozłek lekarski (Valeriana officinalis), dziurawiec zwyczajny (Hypericum perforatum) oraz ostropest plamisty (Silybum marianum). Zioła możemy stosować w różnych postaciach jako napary, wywary, nalewki czy syropy. Napary są bardzo popularnym sposobem przygotowywania ziół do spożycia. Zioła zalewane są świeżo przegotowaną wodą i odstawiane do zaparzenia. Wywary powstają natomiast za pomocą gotowania części ziół i mają zastosowanie w przypadku twardych części roślin, takich jak korzenie, kłącza, nasiona. Zioła zalewane są wodą o temperaturze pokojowej i gotowane pod przykryciem przez odpowiedni okres czasu. Ten sposób parzenia polecany jest zwłaszcza dla ziół zawierających duże ilości krzemu (pokrzywa, skrzyp, podbiał, rdest ptasi). Nalewki to wyciągi z ziół o silnej konsystencji. Otrzymuje się je się najczęściej poprzez wydobycie składników leczniczych ziół za pomocą mieszanki wody i alkoholu. Syrop natomiast może być przygotowany z wywaru lub naparu po dodaniu do niego cukru i powolnym podgrzaniu, aż do zgęstnienia. Konkretne działanie poszczególnych roślin jest ściśle uzależnione od zawartych w nich związków chemicznych. Do najczęściej występujących w ziołach związków należą kwasy polifenolowe, flawonoidy oraz terpeny. Poza nimi zidentyfikowano także saponiny, antrazwiązki (anatrachinony, antrony, antranole i diantrony) oraz azuleny. Celem pracy jest przedstawienie znanych i popularnych ziół jako źródła związków polifenolowych. Porównano zarówno zdolności antyutleniające dziurawca, rumianku oraz melisy, jak i zawartości wybranych związków polifenolowych. Opisano jak czas i sposób parzenia ziół wpływa na właściwości prozdrowotne uzyskiwanego naparu. Celem pracy jest także pokazanie wrzosu jako alternatywnego źródła związków polifenolowych. 2. Związki polifenolowe Związki polifenolowe to obszerna grupa substancji chemicznych będących wtórnymi metabolitami roślinnymi. Do tej pory zidentyfikowanych zostało ok. 8000 tych związków [5]. Grupa ta obejmuje zarówno proste kwasy fenolowe, będące 112 Napary ziołowe jako źródło związków polifenolowych pochodnymi kwasu benzoesowego oraz cynamonowego, a także flawonoidy, taniny i wiele innych. Cechą charakterystyczną tych związków jest występowanie w ich strukturze jednego lub wielu pierścieni aromatycznych oraz jednej lub kilku grup hydroksylowych. Przykładowych przedstawicieli związków polifenolowych przedstawia tabela 1. Najbardziej zróżnicowaną, a zarazem największą grupą związków polifenolowych są flawonoidy. W latach 30 XX wieku Albert Szent-Gyorgyi dokonał identyfikacji flawonoidów w owocach cytrusowych. Dotychczas opisano budowę ponad 4000 związków z tej grupy. Cechą wspólną budowy flawonoidów jest występowanie układu difenylo-propanowego, na który składają się dwa pierścienie benzenowe, połączone pierścieniem piranu, pironu lub łącznikiem trójwęglowym. Główną strukturę flawonoidów przedstawiono na rysunku 1. Rysunek 1. Schemat struktury flawonoidów [5] Tabela 1. Struktura wybranych grup związków polifenolowych [5] Kwasy benzoesowe Kwasy hydroksycynamonowe Kumaryny O O O OH Naftochinony O O OH O Ksantony Stilbeny Chalkony Flawonoidy O O O O 113 Aleksandra Sentkowska, Paulina Dróżdż, Krystyna Pyrzyńska Modyfikacje w obrębie heterocyklicznego pierścienia C prowadzą do powstania różnych związków flawonoidowych, takich jak flawony, flawon-3-ole, flawanony, flawan-3-ole, izoflawony, chalkony oraz antocyjanidyny. Różnorodność tych związków wynika z możliwej obecności ugrupowań hydroksylowych, metoksylowych, cukrów prostych powiązanych wiązaniem O- lub C-glikozydowym. Dodatkowo flawonoidy mogą tworzyć struktury dimeryczne takie jak: flawonolignany (pochodne flawanonolu – sylibina), czy estry katechiny (galusan epigalokatechiny) [6, 7]. W tkankach roślinnych większość flawonoidów występuje (obok wolnych aglikonów) w postaci połączeń glikozydowych. W części cukrowej najczęściej występuje glukoza, ale możliwe jest także połączenie z galaktozą, ramnozą, ksylozą, arabinozą oraz kwasem glukuronowym. Cukry najczęściej przyłączone są do grupy hydroksylowej w pozycji C-7 we flawonach i izoflawonach, pozycji C-3 i C-7 w strukturach flawonoli oraz C-3 i C-5 w przypadku antocyjanidyn [6]. Glikozydy cechuje większa polarność od aglikonów, co tłumaczy ich dobrą rozpuszczalność w wodzie oraz dużo łatwiejsze przechodzenie przez błony komórkowe. 2.1. Rola związków polifenolowych w tkankach roślinnych i w organizmie człowieka Etymologii wyrazu flawonoidy (łac. flavus – żółty) należy upatrywać w jednej z funkcji, jakie te związki pełnią w roślinach. Flawonoidy występują we wszystkich częściach roślin nadając im charakterystyczny kolor. Wpływają na wygląd, smak oraz aromat pożywienia, które jest ich źródłem. Gromadzą się w powierzchownych warstwach tkanek roślinnych, najczęściej w wakuolach. Dodatkowo związki polifenolowe pełnią w roślinach funkcje naturalnych fungicydów oraz chronią przed szkodliwym działaniem promieniowania ultrafioletowego. Są one także niezbędne do prawidłowego funkcjonowania rośliny; pełnią rolę regulatorów wzrostu oraz uczestniczą w przepływie energii. Związki polifenolowe od dawna ceniono za ich właściwości prozdrowotne. Późniejsze badania dowiodły zdolności tych związków do neutralizacji wolnych rodników, hamowania peroksydacji lipidów, a nawet obniżenia aktywności enzymów. Najnowsze badania epidemiologiczne wyraźnie pokazują, że spożywanie produktów bogatych w związki polifenolowe zmniejsza ryzyko zachorowania na choroby krążenia i serca, a nawet na choroby nowotworowe [8-11]. Jednakże sam metabolizm związków polifenolowych oraz mechanizm ich działania in vivo nie został jeszcze dokładnie poznany i wymaga wielu dalszych badań [12]. Mimo to, nie ma wątpliwości co do pozytywnego wpływu związków polifenolowych na ludzki organizm. Zaowocowało to ich wykorzystaniem jako składników leków i suplementów diety. Związki o strukturze flawonoidowej wchodzą w skład preparatów leczniczych stosowanych w chorobach serca i zaburzeniach krążenia (rutyna, hesperydyna, diosmina), schorzeniach wątroby (sylimaryna) oraz w celu łagodzenia objawów menopauzy (izoflawony). 114 Napary ziołowe jako źródło związków polifenolowych Ze względu na prozdrowotne działanie związków polifenolowych zaczęto zwracać uwagę na ich obecność w codziennej diecie. Badania wykazały, że dzienne spożycie związków polifenolowych wynosi 780 mg w przypadku kobiet i 1058 mg w przypadku mężczyzn. Przeszło połowę dziennego spożycia tych związków stanowią kwasy hydroksycynamonowe, 20-25% flawonoidy, a tylko 1% antocyjanidyny [13]. Najczęściej spotykanymi w przyrodzie flawonoidami są flawonole, szczególnie kwercetyna i jej glikozydy. Znaleźć je można w cebuli, herbacie, czerwonym winie czy owocach. Zawartość związków flawonoidowych w owocach czy warzywach zależy głównie od temperatury, nasłonecznienia, a także od ich stopnia dojrzałości. Bogatym źródłem związków polifenolowych są także herbata, wino (szczególnie czerwone) oraz soki owocowe. Litr soku pomarańczowego zawiera 370-7100 mg związków polifenolowych, co oznacza, że szklanka takiego soku (250 mL) może dostarczyć od 100 mg do 1,8 g związków polifenolowych [14]. Warzywa zawierają nieco mniej związków polifenolowych niż owoce, a sam sposób uprawy ma istotny wpływ na zawartość związków polifenolowych w warzywach; cebula z uprawy ekologicznej zawiera znacznie więcej flawonoidów niż ta z uprawy konwencjonalnej [15]. Związki polifenolowe są także składnikiem wielu dostępnych suplementów diety. Należy jednak pamiętać, że ich działanie zależy nie tylko od ich dziennego spożycia, lecz również od stopnia ich wchłaniania oraz dalszych przemian metabolicznych już w ludzkim organizmie. 3. Antyutleniacze Antyutleniacze (antyoksydanty, przeciwutleniacze) są to związki, które mają zdolność do wstrzymania lub spowalniania procesu utleniania danej substancji. Spełniają wiec rolę tarczy obronnej, chroniąc nasz organizm przed uszkodzeniami struktur w komórkach (tzw. stres oksydacyjny). Ogólnie działanie antyutleniaczy polega na wchodzeniu w reakcje redoks z czynnikami utleniającymi, a zdolność antyutleniająca określana jest jako zdolność do redukcji prooksydanta czyli substancji mogącej powodować powstawanie reaktywnych form tlenu lub azotu. Związki polifenolowe, wraz z karotenoidami, tokoferolami i witaminą C, zaliczane są do naturalnych składników żywności o charakterze przeciwutleniaczy. Ich działanie przeciwutleniające polega na eliminowaniu reaktywnych form tlenu i azotu, neutralizacji (zmiataniu) wolnych rodników, inhibicji enzymów z grupy oksydaz oraz chelatowaniu jonów metali (głównie żelaza i miedzi). Aktywność przeciwutleniająca flawonoidów wiąże się z pierścieniową budową cząsteczki mającej sprzężone wiązania podwójne, jak i z obecnością grup hydroksylowych w tych pierścieniach. Im więcej grup hydroksylowych posiada cząsteczka danego związku polifenolowego, tym większe zdolności antyutleniające on wykazuje. Miejsce położenia oraz ilość tych grup ma wpływ na szybkość procesu utleniania, a także na jego złożoność. Katalizatorami reakcji utleniania związków fenolowych mogą być niektóre enzymy (katecholaza i lakaza), a także jony metali (np. miedzi). Drugim czynnikiem wpływającym na 115 Aleksandra Sentkowska, Paulina Dróżdż, Krystyna Pyrzyńska aktywność flawonoidów jest delokalizacja niesparowanego elektronu w rodniku flawonoidowym. Im lepszym donorem wodoru (lub elektronu) jest flawonoid, tym efektywniej działa on jako antyutleniacz (co ma związek z ich potencjałem redukcyjnym) [13, 14, 16]. 3.1. Metody badania zdolności antyutleniających Klasyfikacja stosowanych metod badania zdolności antyutleniających jest różnorodna. Można je podzielić w zależności od mechanizmu reakcji dezaktywacji rodników na metody z przeniesieniem pojedynczego elektronu (ang. single electron transfer, SET) lub z przeniesieniem atomu wodoru (ang. hydrogen atom transfer, HAT). Mechanizm reakcji i efektywność przeciwutleniacza zależy głównie od wartości energii dysocjacji wiązania i wartości potencjału jonizacji. Reaktywność antyutleniaczy według mechanizmu SET zależy od pH, a przebiegające reakcje są zwykle wolne [16]. Gdy powstałe produkty pośrednie mają odpowiednio długi czas życia, ich reakcje wtórne mogą wpływać na uzyskany wynik. Natomiast reakcje przebiegające według mechanizmu HAT są zwykle szybkie i nie zależą od rozpuszczalnika oraz pH. Obecność reduktorów i jonów metali daje jednak zawyżone wyniki. Podobnie jak w przypadku innych pomiarów dotyczących aktywności biologicznej, można wyróżnić metody wykonywane in vitro oraz in vivo. Testy in vitro są łatwiejsze do przeprowadzenia, szybsze i mniej kosztowne. Do oceny aktywności antyutleniającej in vivo wykorzystuje się m.in. zahamowanie utleniania lipoprotein o niskiej gęstości w plazmie krwi, stopień zahamowania uszkodzeń DNA, pomiary peroksydacji indukowanej przez układ NADPH/żelazo w mikrosomach wątrobowych czy pomiary peroksydacji lipidów błon liposomowych narażonych na promieniowanie UV. Stosowane procedury do określania aktywności przeciwutleniającej można także podzielić według stosowanych metod analitycznych na metody spektrofotometryczne, fluorescencyjne, chemiluminescencyjne czy elektrochemiczne. W dalszej części pracy zostaną omówione najczęściej wykorzystywane metody z detekcją spektrofotometryczną [16]. Metoda FRAP Metoda oznaczania zdolności redukowania jonów żelaza(III) (ang. ferric ion reducing antioxidant parameter, FRAP) pozwala na bezpośrednie określenie redukujących zdolności flawonoidów, ich mieszaniny oraz próbki materiału roślinnego [17]. Opiera się na reakcji redukcji kompleksu Fe(III) z (2,4,6-tris(2-pirydylo)-1,3,5triazyną, a jej produktem jest intensywnie niebieski kompleks Fe(II) (λmax = 593 nm). Trwałość kompleksu zależy od pH; optymalne warunki występują przy pH 3,6 (bufor octanowy). Jednak każdy związek (nawet nieposiadający właściwości antyutleniających) o potencjale redoks niższym niż 0,7 V może zredukować stosowany odczynnik, zawyżając uzyskany wynik. Z drugiej strony nie wszystkie utleniacze redukują jony Fe(III) z wystarczającą szybkością, dogodną do pomiaru. Ponadto produktem 116 Napary ziołowe jako źródło związków polifenolowych reakcji są jony Fe(II), które np. w reakcji Fentona mogą wytwarzać dodatkowe rodniki [17]. Metoda CUPRAC Metoda CUPRAC (ang. cupric reducing antioxidant capacity) jest wariantem metody FRAP, a wykorzystuje redukcję Cu(II) do Cu(I) [18]. W obecności przeciwutleniaczy w środowisku obojętnym powstaje pomarańczowy kompleks Cu(I) z batokuproiną (2,9-dimetylo-4,7-difenylo-1,10-fenantrolina) z maksimum absorbancji przy długości fali 450 nm lub pomarańczowo-żółty kompleks z neokuproiną (λmax = 490 nm). Schemat reakcji przedstawia rysunek 2. Rysunek 2. Schemat reakcji wykorzystywanej w metodzie CUPRAC [19] Potencjał formalny tego układu wynosi ok. 0,60 V, a więc utlenianie przez Cu(II) jest bardziej selektywne niż w metodzie FRAP. Oprócz związków polifenolowych reakcji ulega także witamina C i E. Niektóre związki, np. kwercetyna, reagują bardzo szybko, ale inne, np. naryngina – bardzo powoli. Stąd konieczność ogrzewania reagentów na łaźni wodnej w temperaturze 50o C przez ok. 30 min [18]. Metoda Folina–Ciocalteu Metoda Folina–Ciocalteu (FC) opiera się na pomiarze absorbancji kompleksu powstałego na skutek redukcji soli heteropolikwasów fosforowolframomolibdenowych, tzw. odczynnika Folina-Ciocalteu. Dokładny wzór odczynnika nie jest znany, jest on mieszaniną wolframianu sodu, molibdenianu sodu, siarczanu litu, wody bromowej i stężonych kwasów solnego i fosforowego. W czasie reakcji dochodzi do redukcji jonów Mo(VI) do Mo(V), co prowadzi do powstania niebieskiego zabarwienia, pochodzącego od kompleksu [PMoW11O40]4- (λmax = 765 nm). Metoda ta jest często nazywana metodą oznaczania całkowitej ilości polifenoli w próbce. Należy jednak pamiętać, że obecność w próbce innych związków niebędących polifenolami (np. cukry redukujące, aminy, tiole, jony Cu(I) oraz Fe(II)) 117 Aleksandra Sentkowska, Paulina Dróżdż, Krystyna Pyrzyńska wpływa na wynik oznaczenia [20]. Zatem metodę Folina-Ciocalteu należy traktować jako metodę oznaczania zdolności redukującej próbki. Metoda DPPH W metodzie tej wykorzystuje się trwały, handlowo dostępny rodnik DPPH˙, czyli 2,2-difenylo-1-pikrylohydrazyl, którego metanolowy roztwór o ciemnofioletowym zabarwieniu wykazuje pasmo absorpcji w zakresie widzialnym z maksimum przy 515 nm. W wyniku przebiegu reakcji z substancją, która może oddać atom wodoru następuje spadek intensywności zabarwienia proporcjonalny do zawartości antyutleniaczy, a produktem reakcji jest zredukowana forma rodnika 2,2-difenylo-1pikrylo-hydrazyna o barwie żółtej (rysunek 3). Rysunek 3. Schemat reakcji zachodzącej w metodzie DPPH [19] W przebiegu reakcji można wyróżnić dwa etapy. W pierwszym etapie reakcji zachodzi proces przeniesienia elektronu z pierścienia B cząsteczki flawonoidu (3’–OH oraz 4’-OH), natomiast w drugim etapie reagują produkty powstałe w wyniku częściowego utlenienia związków polifenolowych i przypisuje mu się mechanizm HAT [21]. W dalszej części omówiono analizę chromatograficzną naparów oraz wywarów popularnych ziół (melisa, rumianek, dziurawiec) oraz wrzosu pod kątem zawartości w nich związków polifenolowych. oraz ich zdolności antyutleniających z wykorzystaniem trzech przestawionych powyżej metod (Folina-Ciocalteu, CUPRAC oraz z rodnikiem DPPH). Herbaty ziołowe zostały zakupione w lokalnym sklepie i pochodziły od jednego producenta – firmy Herbapol. Według informacji zioła zostały zebrane w sezonie 2015 i suszone w temperaturze 25°C. Procedura przygotowania próbek obejmowała dobór czasu i sposobu przygotowania ekstraktów. Napary otrzymano przez zalanie 2 g ziela (masa pojedynczej torebki) 50 mL gorącej wody (~95°C) i parzeniu przez odpowiedni przedział czasowy. Natomiast wywar tych ziół otrzymano przez dodanie do 2 g herbaty ziołowej 50 mL zimnej wody (10°C) i ogrzewaniu przez odpowiedni czas. 118 Napary ziołowe jako źródło związków polifenolowych 4. Melisa lekarska (Melissa officinalis L.) Melisa lekarska to jedno z najpopularniejszych ziół stosowanych na sen i uspokojenie, ale ziele to ma także właściwości pobudzające pamięć i koncentrację. Płukanki z melisy poleca się osobom zmagającym się z włosami przetłuszczającymi się czy stanami zapalnymi skóry głowy. Warto wiedzieć, że ekstrakty z melisy są składnikami szamponów do włosów, a także kremów silnie nawilżających do cery wrażliwej i płynów do kąpieli. Po zmięciu liści uwalnia się olejek o cytrynowym aromacie, za który odpowiedzialne są związki terpenowe (cytral, linalol i cytronelal). Ze względu na ten aromat melisa często nazywana jest cytrynowym zielem [22]. Zawartości poszczególnych związków polifenolowych w naparach i wywarach melisy w zależności od czasu przygotowania próbki przedstawiono w tabeli 2. W ekstraktach melisy występują duże ilości rutyny oraz kwasu kawowego. Inne obecne flawonoidy to kwercetyna i mirycetyna, choć w mniejszych stężeniach. Tabela 2. Zawartości poszczególnych związków polifenolowych (w mg/L) w wodnych ekstraktach melisy w zależności od czasu oraz sposobu przygotowania próbki Związek Czas, min Kwercytryna Mirycetyna Rutyna Kwas p-HBA Kwas galusowy Kwas kawowy Kwas p-kumarowy Kwas chlorogenowy Kwercytryna Mirycetyna Rutyna Kwas p-HBA Kwas galusowy Kwas kawowy Kwas p-kumarowy Kwas chlorogenowy 10 0,01 0,05 1,03 0,87 0,02 3,75 0,12 0,09 0,03 0,05 6,10 1,77 0,45 3,94 0,50 0,24 15 0,02 0,09 2,81 1,41 0,03 3,77 0,32 0,14 Wywar 20 0,03 0,12 4,59 1,28 0,07 4,61 0,36 0,17 25 0,04 0,12 4,32 1,77 0,28 5,84 0,53 0,26 30 0,11 0,16 3,57 1,02 0,24 5,82 0,49 0,16 0,05 0,07 6,67 1,25 0,55 3,10 0,52 0,27 Napar 0,05 0,43 4,46 1.90 0,50 3,38 0,48 0,28 0,05 0,44 4,46 1,90 0,50 3,39 0,48 0,30 0,06 0,44 4,47 1,90 0,50 3,40 0,48 0,28 Źródło:[23] 119 Aleksandra Sentkowska, Paulina Dróżdż, Krystyna Pyrzyńska Większe zawartości związków polifenolowych oznaczono w próbkach otrzymanych w wyniku parzenia (napar). Wraz z wydłużaniem czasu parzenia zawartości niektórych związków ulegały zmianie, np. zawartość rutyny i kwasu kawowego rośnie wraz z wydłużaniem czasu parzenia. Jednak odwrotnych obserwacji dokonano podczas analizy próbek przygotowanych poprzez gotowanie (wywar). Tu zawartości tych dwóch związków maleje wraz z wydłużaniem czasu gotowania melisy. Dla niektórych związków (np. mirycetyny) zaobserwowano wzrost ich zawartości wraz z wydłużaniem czasu zarówno parzenia, jak i gotowania. Należy pamiętać, że związki polifenolowe w materiale roślinnym mogą występować w różnych miejscach rośliny, dlatego niektóre z nich są silniej związane z matrycą, co wydłuża czas konieczny do ich wyekstrahowania. Z drugiej strony wydłużanie czasu ekstrakcji związków polifenolowych w podwyższonej temperaturze może prowadzić do ich degradacji [24]. Zmiany stężenia głównych związków polifenolowych w naparach melisy w funkcji czasu parzenia przedstawiono na rysunku 4. 7 Zawartość, mg/L 6 Rutyna 5 Kwas kawowy 4 3 Kwas p-HBA 2 Kwas p-kumarowy 1 0 10 15 20 25 30 Czas, min Rysunek 4. Wpływ czasu parzenia na zawartośc związków polifenolowych w naparach melisy Źródło: [19] Wyniki otrzymane metodą Folina-Ciocalteu pokazują, że wraz ze wzrostem czasu parzenia, zdolności antyutleniające naparów melisy rosną (rysunek 5). Dla próbek przygotowanych przez 15 min parzenia obserwuje się maksimum zdolności antyutleniających. Otrzymana wartość jest porównywalna z tą, jaką otrzymano dla czasu ekstrakcji 30 min. Obserwacje te mogą sugerować, że czas 15 min wystarczy by wyekstrahować średnio silnie związane z matrycą związki polifenolowe, które przez kolejne minuty zaczynają ulegać termicznej degradacji. Ich ubytek zostaje wyrównany związkami, które silniej są związane z matrycą, przez co potrzebny jest zdecydowanie 120 Napary ziołowe jako źródło związków polifenolowych dłuższy czas do ich ekstrakcji. Z drugiej strony należy wziąć pod uwagę fakt, że odczynnik Folina reaguje z innymi związkami obecnymi w próbce a niebędącymi związkami polifenolowymi, np. z białkami, witaminami, ketonami [20]. Odwrotne zależności uzyskano analizując te same napary metodą CUPRAC (rysunek 5). Tutaj najmniejszą wartość zdolności antyutleniających otrzymano dla próbki przygotowanej poprzez 15 min parzenie. Wraz z dalszym wydłużeniem czasu obserwowano wzrost zdolności antyutleniających uzyskiwanych naparów z maksymalną wartości dla próbki otrzymanej dla czasu 30 min. Różnice w wynikach uzyskane przy zastosowaniu metody FC oraz CUPRAC mogą wynikać z odmiennych środowiska wykorzystywanych reakcji, a także możliwych interferencji od innych niż polifenole związków stanowiących matrycę badanych materiałów roslinnych. Rysunek 5. Zależność zdolności antyutleniających naparu melisy od czasu parzenia w metodzie FolinaCiocalteu oraz CUPRAC. Źródło:[19, 21] Analizowane ekstrakty równolegle poddano analizie metodą z rodnikiem DPPH, jednak nie stwierdzono istotnych różnic między badaną zdolnością do zmiatania rodnika a czasem przygotowywania próbki. Niezależnie od czasu zaparzania melisy uzyskiwano wartość ok. 1,03 mM troloksu/L. Jedynie w przypadku próbek przygotowanych na drodze gotowania obserwowano nieznaczny spadek zdolności antyutleniających wraz z wydłużaniem czasu ekstrakcji. 5. Rumianek lekarski (Matricaria chamomilla L.) Chociaż za ojczyznę rumianku uważa się rejony basenu Morza Śródziemnego, to dziś jest on rozpowszechniony prawie wszędzie. Surowcem zielarskim są wysuszone koszyczki kwiatowe, w których znajduje się olejek eteryczny zawierajacy głównie chamazulen, bisabolol, flawonoidy, kumaryny i sole mineralne. Rumianek ma właściwości przeciwzapalne i rozkurczające mięśnie. Zewnętrznie stosowany jest jako 121 Aleksandra Sentkowska, Paulina Dróżdż, Krystyna Pyrzyńska środek przyspieszający gojenie ran oraz łagodzący alergie skórne. Wewnętrznie można go stosować w skurczach i podrażnieniach żołądka. Rumianek jest bardzo częstym dodatkiem do kosmetyków [25]. Zawartości poszczególnych związków polifenolowych oznaczonych w naparze i wywarze tego ziela zestawiono w tabeli 3. Główne związki polifenolowe w ekstraktach rumianku to apigenina, rutyna, kwas chlorogenowy, kwas kawowy oraz kwas galusowy. Brak wyraźnej zależności między zawartością poszczególnych związków a czasem parzenia lub gotowania. Dla niektórych związków wraz z wydłużaniem czasu przygotowywania naparu obserwowano wzrost ich zawartości, np. kwas chlorogenowy, dla innych trend ten był odwrotny, np. rutyna (rysunek 6). Podobne obserwacje poczyniono dla próbek otrzymanych na drodze gotowania. Hesperydyna w wywarze pojawia się dopiero po 15 min gotowania próbki, natomiast nie stwierdzono jej obecności w naparach nawet przy długich czasach ekstrakcji. Tabela 3. Zawartości poszczególnych związków polifenolowych (w mg/L) w wodnych ekstraktach rumianku w zależności od czasu oraz sposobu przy gotowania próbki Związek Wywar Luteolina Rutyna Apigenina Hesperydyna Kwas p-HBA Kwas galusowy Kwas kawowy Kwas p-kumarowy Kwas chlorogenowy 10 0,31 1,70 2,24 0,57 11,6 2,00 0,23 5,45 15 0,51 1,27 2,36 0,09 1,63 9,73 2,85 0,10 4,98 Luteolina Rutyna Apigenina Hesperydyna Kwas p-HBA Kwas galusowy Kwas kawowy Kwas p-kumarowy Kwas chlorogenowy 0,08 4,15 2,69 0,62 0,09 0,63 0,09 3,73 0,01 3,59 2,59 0,56 0,07 1,12 0,01 3,64 Czas (min) Źródło:[26] 122 20 0,06 0,44 2,29 0,45 8,00 7,14 2,71 2,89 3,42 Napar 0,13 3,22 2,57 0,79 0,10 1,53 0,11 4,36 25 0,09 0,36 2,29 0,06 0,39 0,03 0,95 0,07 0,38 30 0,10 0,29 2,28 0,02 0,48 0,03 0,92 0,09 0,60 0,13 3,30 2,57 0,79 0,10 1,54 0,11 4,37 0,13 3,31 2,56 0,80 0,11 1,54 0,11 4,37 Napary ziołowe jako źródło związków polifenolowych Główne związki polifenolowe w ekstraktach rumianku to apigenina, rutyna, kwas chlorogenowy, kwas kawowy oraz kwas galusowy. Brak wyraźnej zależności między zawartością poszczególnych związków a czasem parzenia lub gotowania. Dla niektórych związków wraz z wydłużaniem czasu przygotowywania naparu obserwowano wzrost ich zawartości, np. kwas chlorogenowy, dla innych trend ten był odwrotny, np. rutyna (rysunek 6). Podobne obserwacje poczyniono dla próbek otrzymanych na drodze gotowania. Hesperydyna w wywarze pojawia się dopiero po 15 min gotowania próbki, natomiast nie stwierdzono jej obecności w naparach nawet przy długich czasach ekstrakcji. Rutyna Kwas chlorogenowy Zawartoœæ, mg/g 500 400 300 200 100 0 5 10 15 20 25 30 Czas, min Rysunek 6. Zmiana zawartości rutyny i kwasu chlorogenowego w naparach (linia ciągła) i wywarach (linia przerywana) rumianku w funkcji czasu zaparzania. Źródlo: [26] Napary i wywary przygotowane z rumianku charakteryzowały się niższymi zdolnościami antyutleniającymi w porównaniu do poprzednio omawianych wyników uzyskanych dla wodnych ekstraktów z melisy. W przypadku wyników uzyskanych metodą Folina-Ciocalteu zaobserwowano wzrost zdolności antyutleniających od 10 do 25 minut parzenia. Dalsze ogrzewanie powodowało spadek zdolności antyutleniających (rysunek 7). Rysunek 7. Zależność zdolności antyutleniąjacych naparu rumianku od czasu parzenia w metodzie Folina-Ciocalteu i CUPRAC. Żródło: [26, 27] 123 Aleksandra Sentkowska, Paulina Dróżdż, Krystyna Pyrzyńska W przypadku metody z rodnikiem DPPH· uzyskane wyniki były zbliżone do tych, otrzymanych dla ekstraktów z melisy. Wyniki dla kolejnych próbek nie różniły się znacząco, zatem można stwierdzić, że wydłużenie czasu parzenia rumianku nie ma wpływu na zdolności neutralizacji rodnika. Na rysunku 8 przedstawiono wyniki zdolności antyutleniających uzyskane metodą CUPRAC i Folina-Ciocalteau dla kilku naparów „herbatek” z rumianku pochodzacych od różnych producentów [27]. Największą zawartość substancji o właściwościach antyutleniających zawierał rumianek marki „Naturvit”. W przeciwieństwie do innych marek, susz ten był najmniej przetworzony i zawierał on całe koszyczki kwiatów rumianku. Metoda FC Apteo King's Naturvit Posti Bastek Rumianek Fix Carrefour Belin Vitax Herbapol 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 mg kwasu galusowego/L Metoda CUPRAC Apteo King's Naturvit Posti Bastek Rumianek Fix Carrefour Belin Vitax Herbapol 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 mmole troloksu/L Rysunek 8. Właściwości antyutleniajace uzyskane metodą Folina-Ciocalteau i CUPRAC dla naparów z rumianku pochodzących od różnych producentów. Żródło: [28] 124 Napary ziołowe jako źródło związków polifenolowych 6. Dziurawiec zwyczajny (Hypericum perforatum L.) Dziurawiec to bylina o żółto-złotych kwiatach, którą można spotkać na łąkach i obrzeżach lasów. Współczesna fitoterapia poleca dziurawiec jako środek rozkurczający na mięśnie gładkie przewodu pokarmowego, dróg żółciowych i naczyń krwionośnych – odpowiadają za to głównie flawonoidy [4]. Może być stosowany zewnętrznie w stanach zapalnych jamy ustnej, dziąseł i gardła oraz jako środek przyspieszający gojenie się ran. Przypisuje się mu także korzystny wpływ na samopoczucie, co wykorzystuje się w leczeniu zaburzeń nastroju typu depresyjnego. Za działanie przeciwdepresyjne odpowiada głównie hyperycyna, choć badania sugerują, że flawonoidy również wykazują podobny profil działania. Olejek eteryczny powoduje działanie moczopędne, a duże ilości garbników i flawonoidów działają na drobne naczynia krwionośne, uszczelniając je. Należy jednak pamiętać, że w przypadku stosowania preparatów alkoholowych zawierających hyperycynę, może dochodzić do reakcji fototoksycznej (związek absorbuje promienie nadfioletowe). Oznacza to, że po zbyt długiej ekspozycji na światło, może wystąpić zaczerwienienie skóry, pęcherze, wewnętrzne krwawienia i ogólne osłabienie [25]. Zależność zawartości danego związku polifenolowego od czasu gotowania lub parzenia dziurawca ściśle zależy od sposobu przygotowania ekstraktu. (Tabela 4). Z reguły w obydwu stosowanych metodach obserwowano wyraźne maksimum zawartości związku polifenolowego w ekstraktach, po czym w wyniku dalszego ogrzewania następowała jego termiczna degradacja. W metodzie Folina-Ciocalteu zaobserwowano wyraźne maksimum zdolności antyutleniających dla próbek uzyskanych na drodze parzenia przez 15 min (rysunek 9). Wraz z wydłużaniem czasu tego procesu, zdolności antyutleniające ekstraktów wyraźnie malały. Natomiast wyniki uzyskane metodą CUPRAC wskazują na wzrost zdolności antyutleniających wodnych ekstraktów dziurawca wraz ze wzrostem czasu ich parzenia (rysunek 9). 125 Aleksandra Sentkowska, Paulina Dróżdż, Krystyna Pyrzyńska Tabela 4. Zawartości poszczególnych związków polifenolowych (w mg/L) w naparach dziurawca w zależności od czasu oraz sposobu przygotowania próbki Związek Wywar Czas (min) Hesperydyna Katechina Kwercetyna Kwercytryna Rutyna Kwas galusowy Kwas kawowy Kwas p-kumarowy Kwas chlorogenowy Hesperydyna Katechina Kwercetyna Kwercytryna Rutyna Kwas galusowy Kwas kawowy Kwas p-kumarowy Kwas chlorogenowy 10 15 20 25 30 3,13 189 0,34 10,4 266 2,31 0,65 0,33 97,0 3,69 229 0,45 11,4 319 2,92 1,04 0,40 136 6,07 392 1,55 25.1 436 3,24 1,72 0,59 226 3,13 351 2,36 26,4 417 6,31 1,48 0,57 207 3,69 250 0,91 16,4 366 2,88 1,24 0,48 148 4,71 445 1,05 27,0 475 3,00 0,83 0,23 200 Napar 4,22 381 1,43 25,8 89,2 2,37 1,53 0,28 195 4,02 368 0,47 22,0 86,0 2,60 1,61 0,58 191 4,02 363 0,43 22,0 84,9 2,62 1,66 0,60 189 4,00 360 0,40 21,9 83,3 2,63 1,6 0,63 187 Źródło: [26, 27] Rysunek 9. Zależność zdolności antyutleniających naparu dziurawca od czasu parzenia w metodzie FolinaCiocalteu oraz CUPRAC [19] 126 Napary ziołowe jako źródło związków polifenolowych 7. Wrzos zwyczajny (Calluna vulgaris L.) Wrzos zwyczajny to jedna z szeroko rozprzestrzenionych krzewinek zimnozielonych rosnących na terenach leśnych Polski. Porasta suche lasy i torfowiska, znany jest także jako roślina ozdobna. Surowiec zielarski stanowią górne części pędów oraz kwiaty wrzosu. Kwiaty wrzosu są bogatym źródłem steroli, triterpenów i kwasów tłuszczowych oraz związków polifenolowych, takich jak: flawonoidy, kwasy polifenolowe i procyjanidyny [29]. Polifenole występujące w korzeniach wrzosu to głównie katechiny i procyjanidyny, jednak ich ilość jest na tyle mała w porównaniu do kwiatów, że zazwyczaj nie stanowią one obiektu badań [30]. Wyciągi z wrzosu stosuje się najczęściej w stanach zapalnych dróg moczowych, a także pomocniczo w kamicy moczowej, nieżycie żołądka i jelit [31]. Ponadto napary z wrzosu mogą działać przeciwzapalnie i antyutleniająco, a także inhibitować monoaminooksydazy [32, 33]. Poza farmacją kwiaty wrzosu wykorzystywane są w kosmetyce, wchodzą w skład gotowych preparatów ziołowych przeznaczonych do pielęgnacji ciemnych włosów, a także mieszanek stosowanych do kąpieli leczniczych i kosmetycznych. Analiza chromatograficzna ekstraktów z kwiatów wrzosu wykazała w nich dużą zawartość katechiny, epikatechiny, kwercytryny, apigeniny, a także kwasu chlorogenowego (tabela 5). Tabela 5. Zawartości głównych związków polifenolowych (w mg/g) w ekstraktach wrzosu leśnego i ogrodowego Wrzos Leśny Związek Ogrodowy – biały Ekstrakcja wodą Apigenina 9,29 4,40 Kwercytryna 8,14 11,5 Katechina 66,8 81,5 Epikatechina 124 = Kwas chlorogenowy 948 607 Ekstrakcja 60% roztworem etanolu Apigenina 11,1 38,1 Kwercytryna 25,2 23,7 Katechina 180 133 Epikatechina 86,8 Kwas chlorogenowy 1425 996 Ekstrakcja etanolem Apigenina 2,26 28,1 Kwercytryna 19,4 8,39 Katechina 117 Epikatechina 70,3 Kwas chlorogenowy 406 125 Żródło:[34] 127 Ogrodowy – fiolet 10,3 16,6 84,1 135 958 27,6 27,6 95,5 82,1 1296 14,1 20,1 82,1 125 313 Aleksandra Sentkowska, Paulina Dróżdż, Krystyna Pyrzyńska Zawartość flawonoidów zależy od użytego ekstrahenta, największe efektywności ekstrakcji uzyskano przy zastosowaniu mieszaniny alkoholu etylowego i wody. Katechiny są łatwo uwalniane podczas ekstrakcji wodnymi roztworami alkoholi, podczas gdy epikatechiny wodą. Flawonoidy lepiej rozpuszczają się w alkoholach, ale obecność wody może zwiększyć efektywność tego procesu poprzez zwiększenie kontaktu matrycy roślinnej z rozpuszczalnikiem [30, 31]. Spośród analizowanych ekstraktów wrzosowych ekstrakty z kwiatów wrzosu ogrodowego fioletowego są najbogatszym źródłem związków polifenolowych. Nie stwierdzono obecności epikatechiny w żadnym z ekstraktów z białego wrzosu ogrodowego. Różnice w wynikach otrzymanych dla wrzosu leśnego i ogrodowego o fioletowej barwie kwiatów są prawdopodobnie spowodowane różnymi warunkami środowiskowymi, w których rosną wrzosy, m.in. składem gleby czy też dostępnością światła i związków mineralnych. Przygotowane ekstrakty z kwiatów wrzosu zostały poddane analizie właściwości antyutleniajacych przy wykorzystaniu metody CUPRAC (rysunek 10). Ekstrakty z kwiatów wrzosu ogrodowego fioletowego charakteryzowały się najsilniejszymi właściwościami redukującymi (antyutleniającymi). 100% etanol 60% etanol 14 12 mmmol Tr/g 10 8 6 4 2 0 Leśny O-fiolet O-biały Rysunek 10. Zdolności antyutleniające ekstraktów z kwiatów wrzosu w metodzie CUPRAC. Żródło: [33, 34] Ekstrakt z wrzosu ogrodowego fioletowego zawierał także najwięcej związków polifenolowych (tabela 5) oraz wykazywał najwiekszą zdolność do neutralizacji wolnych rodników w metodzie DPPH (rysunek 11) w porównaniu do innych badanych wrzosów. Widać wyraźnie, że zawartość związków polifenolowych w ekstraktach, jak i ich właściwości antyutlnieniające zależą ściśle od rodzaju i miejsca występowania wrzosów. 128 Napary ziołowe jako źródło związków polifenolowych Rysunek 11. Zdolności antyutleniających ekstraktów z kwiatów wrzosu w metodzie DPPH. Źródło: [33, 34]. 8. Wnioski i podsumowanie Napary ziołowe są bogatym źródłem związków polifenolowych. Ze wszystkich analizowanych próbek to napary oraz wywary rumianku charakteryzują się najmniejszą zdolnością antyutleniające spośród wszystkich trzech analizowanych ziół, co przedstawiono na rysunku 12. W pomiarach prowadzonych z użyciem metody FolinaCiocalteu największą zdolność antyutleniające wykazują napary oraz wywary dziurawca, podczas gdy melisa wykazywała największą zdolność antyutleniająca w metodzie CUPRAC. 129 Aleksandra Sentkowska, Paulina Dróżdż, Krystyna Pyrzyńska Rysunek 12. Porównanie zdolności antyutleniających analizowanych ziół. Źródło [27]. Czas, w jakim próbki dziurawca były zaparzane lub gotowane nie wpływał istotnie na uzyskane wyniki. Wraz z wydłużaniem czasu przygotowywania próbki, właściwości antyutleniające ekstraktów dziurawca w metodzie Folina-Ciocalteu rosły. Podobną zależność obserwowano dla naparów i wywarów melisy. Odwrotnie zależności uzyskano z wykorzystaniem metody CUPRAC. Dla próbek melisy wraz z wydłużeniem czasu parzenia próbek całkowita zawartość związków polifenolowych malała, podczas gdy dla dziurawca trend był analogiczny jak w metodzie FolinaCiocalteu. Dla wszystkich ziół istotnym parametrem przygotowania naparu/wywaru jest czas. Wrzos, zarówno leśny, jak i ogrodowy może być alternatywnym źródłem związków polifenolowych w odniesieniu do popularnie stosowanych ziół. Ekstrakty z jego 130 Napary ziołowe jako źródło związków polifenolowych kwiatów zawierają zwłaszcza duże ilości kwasu chlorogenowego (estru kwasu kawowego i kwasu chinowego). Badania epidemiologiczne wykazały, że spożycie kwasu chlorogenowego jako składnika kawy obniża poziom biomarkera wczesnej fazy stresu oksydacyjnego, jakim jest transpeptydaza γ-glutamylowa [36]. Zawierająca kwas chlorogenowy zielona kawa jest ostatnio popularnym środkiem na odchudzanie, gdyż wpływa na metaboloizm glukozy [36]. Należy przypuszczać, że ze względu na swoje właściwości prozdrowotne oraz trendy panujące obecnie w medycynie i terapii w najbliższym czasie będzie obserwowany wzrost zainteresowania ziołami jako naturalnymi źródłami związków polifenolowych. Literatura 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. Zdanowicz A., Szyszko M. B., Filipowicz J., Tomaszewicz W., Czepieliński F., Korotyński W., Trentowski B. F., Słownik języka polskiego, Wilno, 1861 http://eswil.ijp-pan.krakow.pl Doroszewski W., Słownik języka polskiego, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1996 Dłużewski S., Poczet wielkich fito terapeutów – Karol Linneusz, Panacea, 2 (2006), s. 22-23 Stan i perspektywy rozwoju upraw zielarskich oraz sposoby ich wykorzystania, Instytut Roślin i Przetworów Zielarskich, Polski Komitet Zielarski, www.zodr.pl/download/technologia/rynekziol.pdf Harbone J., The Flavonoids: Advances in Research since 1986, 1st ed., Chapman and Hall: London, U.K. 1994 Rice-Evans C. A., Miller M., Paganga G., Antioxidant properties of phenolic compounds, Trends in Plant Science, 2 (1997), s. 152-159 Hodek P., Trefil P., Stiborova M., Flavonoids-potent and versatile biologically active compounds interacting with cytochromes P 450, Chemico-Biological Interaction, 139 (2002), s. 1-2 K’Chahar M., Sharma N., Dobhal M. P., Joshi Y. C., Flavonoids: A verastile source of anticancer drugs, Pharmacognosy Review, 5 (2011), s. 1-12 Hertog M. G. L.,Feskengs E. J. M., Kromhout D., Hollman P. C. H.,Katan M. B., Dietary antioxidant flavonoids and risk of coronary heart disease: the Zuphten Elderly Study., The Lancet, 342 (1993), s. 1007-1011 Huxley R. R., Neil H. A. A., The relation between dietary intake and coronary heart disease mortality: a meta-analysis of prospective cohort studies, European Journal of Clinical Nutrition, 57 (2003), s. 904-908 Soto-Vaca A., Gutierrez A., Losso J. N., Xu Z., Finley J. W., Evolution of phenolic compounds from color and flavour problems to health benefits, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 60 (2012), s. 6658-6677 del Rio D., BorgesG.,Crozier A., Berry flavonoids and polyphenols: bioavailability and evidence of protective effect, British Journal of Nutrition, 104 (2010) (Supl 3), s. S67-S90 Stevenson D., Hurst R., Polyphenolic phytochemicals – just antioxidants or much more?, Cellular and Molecular Life Science, 64 (2007), s. 2900-2916 131 Aleksandra Sentkowska, Paulina Dróżdż, Krystyna Pyrzyńska 14. Podsędek A., Sosnowska D., Łoś J., Ocena efektywności przeciwrodnikowej polifenoli wybranych warzyw, w monografii „Flawonoidy i ich zastosowanie”, (red. S. Kopacz) Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, (2004) s. 266-276 15. Wawer I., Aronia polski paradoks, Wydawnictwo Agropharm 2006 16. Ou B., Huang D., Woodill-Hampsch M., Flanagan J. A., Deemer E. K., Analysis of antioxidant activities of common vegetables employing oxygen radical absorbance capacity (ORAC) and ferric reducing antioxidant power (FRAP) assays: a comparative study, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 50 (2002), s. 3122-3128 17. Pulido R., Bravo L., Saura-Calisxto F., Antioxidant activity of dietary polyphenols as determined by a modified ferric reducing/antioxidant power assay, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 48 (2000), s. 3396-3402 18. Apak R., Guclu K., Ozyurek M., Karademir S. E., Ercag E., Mechanism and antioxidant capacity assays and the CUPRAC (cupric ion reducing antioxidant capacity) assay, Michrochimica Acta, 160 (2008), s. 413-419 19. Sentkowska A., Badanie mechanizmów retencji związków biologicznie aktywnych w chromatografii oddziaływań hydrofilowych, praca doktorska, Warszawa 2015 20. Everette J. D., Bryant Q. M., Green A. M., Abbey Y. A., Wangila G. W., Walker R. B., Through study of reactivity of various compound classes toward the Folin-Ciocalteu reagent, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 58 (2010), s. 8139-8144 21. Pyrzyńska K., Pękal A., Application of free radical diphenylpicrylhydrazyl (DPPH) to estimate the antioxidant capacity of food samples, Analytical Methods, 5 (2013) s. 4288-4295 22. Fecka I., Turek S., Determination of water-soluble phenolic compounds in comercial herbal teas from Lamiaceae: pepermint, melissa and sage, Journal of Agriculrural and Food Chemistry, 55 (2007), s. 10908-10917 23. Sentkowska A., Biesaga M., Pyrzyńska K., Polyphenolic composition and antioxidant properties of Lemon balm (Melissa officinalis L.) extract affected by different brewing processes, International Journal of Food Properties, 18 (2015), s. 2009-2014 24. Biesaga M., Influence of extraction methods on stability of flavonoids, Journal of Chromatography A, 121 (2011), s. 2505-2512 25. Kawałko M. J., Historie ziołowe, Krajowa Agencja Wydawnicza, Lublin 1986 26. Sentkowska A., Biesaga M., Pyrzyńska K., Effects of brewing process on phenolic compounds and antioxidant activity of herbs, Food Science and Biotechnology, 35 (2016) s. 965-970 27. Sentkowska A., Biesaga M., Pyrzyńska K., Zastosowanie chromatografii oddziaływań hydrofilowych w analizie ziół, w monografii Flawonoidy I ich zastosowanie (Red. M. Kopacz), Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, (2014) s. 281-288 28. Zalewska A., Badanie właściwości antyutleniajacych naparów z rumianku, Praca licencjacka, Wydział Chemii Uniwersytet Warsawski (2016) 29. Monschein M., Nira J. I., Kunert O., Bucar F., Phytochemistry of heather (Calluna vulgaris (L.) Hull) and its altitudinal alteration, Phytochemistry Review, 9, (2010), s. 205-215 30. Jalal M. A. F., Read D. J., Haslam E., Phenolic composition and its seasonal variation in Calluna vulgaris, Phytochemistry, 21, (1982), s. 1397-1401 31. Hooper L., Cassidy A., A review of the health care potential of bioactive compounds, Journal Science of Food and Agriculture, 86, (2006), s. 1805-1813 32. Saaby L., Rasmussen H. B., Jager A. K., MAO-A inhibitory activity of quercetin from Calluna vulgaris (L.) Hull., Journal of Ethnopharmacology, 121, (2009), s. 178-181 132 Napary ziołowe jako źródło związków polifenolowych 33. Deliorman-Orhan D., Şeno S., Kartal M., Orhan I., Assessment of antiradical potential of Calluna vulgaris (L.) Hull and its major flavonoid, Journal of Science and Food Agriculture,89, (2009), s. 809-814 34. Dróżdż P., Sentkowska A., Pyrzynska K., Biophenols and antioxidant activity in wild and cultivated heather, Natural Products Research, (2016), doi: 10.1080/14786419.2016.1222389 35. Dróżdż P., Sentkowska A., Pyrzyńska K., Porównanie zawartości flawonoidów w ekstraktach z wrzosu ogrodowego i leśnego, Współczesne aspekty badań flawonoidów, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2016, ISBN: 978-83-7934-1078, s. 142-148 36. Kołodziejczyk-Czepas J., Szejk M., Pawlak A.,Żbikowska H. M., Właściwości przeciwutleniające kwasu kawowego i jego pochodnych, Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 3 (2015), 5-17 Napary ziołowe jak o źródło związków polifenolowych Dobroczynne działanie ziół znane jest już od bardzo dawna. Do dziś popularne jest picie herbatek ziołowych oraz dodawanie ziół do wyrobów spożywczych i kosmetycznych. Swoje właściwości zioła zawdzięczają występowaniu w nich wielu związków polifenolowych, które były przedmiotem badań opisanych w niniejszej pracy. Związki te pełnią kluczowe funkcje biologiczne, m.in. chronią przed szkodliwym działaniem promieniowania ultrafioletowego, są uznawane za naturalne przeciwutleniacze i fungicydy oraz pełną rolę barwników. Dziś w dobie triumfu medycyny estetycznej i pogoni za wieczną młodością, stają się ciekawym obiektem badań ze względu na swoje właściwości antyutleniające, które mogą chronić komórki (np. skóry) przed reaktywnymi formami tlenu i azotu. Wysokosprawna chromatografia cieczowa została zastosowana do analizy związków polifenolowych w naparach dziurawca (Hypericum perforatum), melisy (Melissa officinalis) oraz rumianku (Matricaria chamomilla). Optymalizowany został zarówno sposób jak i czas parzenia poszczególnych ziół. Wszystkie próbki zostałyr ównolegle poddane analizie na całkowitą zawartość związków polifenolowych metodą Folina-Ciocalteu oraz określono ich właściwości redukujace z zastosowaniem metody CUPRAC. Oznaczono także zawartość głównych związków polifenolowych oraz właściwości antyutleniajace w ekstraktach wodnych, etanolowych oraz wodno-etanolowych kwiatów wrzosu leśnego i ogrodowego. Słowa kluczowe: zdolności antyutleniające, rumianek, dziurawiec, melisa, wrzos. Herbal infusions as a source of polyphenolic compounds The beneficial effect of herbs has been known for a long time. Herbal infusions and the addition of herbs to food products and cosmetics is still very popular today. Herbs owe their properties from the polyphenolic compounds widely occur in plants. They were the object of interest of this work. These compounds play very important biological functions, including the protection against the harmful effects of the ultraviolet radiation. They are also considered as natural antioxidants, fungicides and dyes. It is believed that these compounds may play an important role in the prevention of many diseases include cancer and heart disease. Today, in the era of the triumph of aesthetic medicine and the quest for eternal youth, they become an interesting object of study because of its antioxidizing properties that can protect cells (eg. the skin) against reactive forms of oxygen and nitrogen. High performance liquid chromatography was used for the analysis of polyphenolic compounds in infusions and decotions of John's wort (Hypericum perforatum), lemon balm (Melissa officinalis) and chamomile (Matricaria chamomilla). Both the manner of herbs preparation as well as the time of extraction were investigated. For all samples the total content of polyphenolic compounds using FolinaCiocalteu assay and antioxidant activity using CUPRAC method were evaluated. The conetent of the main polyphenolic compounds and the antioxidant properties of aqueous, ethanol and water-ethanol extractsof forest and garden cultivated Calluna vullgaris plants were determined. 133 Agnieszka Synowiec-Wojtarowicz1, Magdalena Kimsa-Dudek2, Marcin Szczesio3, Magdalena Piętak3, Aleksandra Sklarek3, Barbara Woźniak3, Maria Zawadzka3 Wpływ substancji słodzących na właściwości antyoksydacyjne wybranych napojów 1. Wstęp Wyniki badań przeprowadzonych w ostatnich latach wyraźnie wskazują, że reakcje wolnorodnikowe przebiegające z udziałem reaktywnych form tlenu leżą u podłoża procesów prowadzących do przedwczesnego starzenia się organizmu oraz wzrostu zapadalności na choroby cywilizacyjne [1, 2]. W związku z tym we współczesnym społeczeństwie rośnie świadomość konsumentów i ich zainteresowanie dietą bogatą w substancje bioaktywne, mającą na celu ograniczenie skutków stresu oksydacyjnego [3]. Kawa i herbata są jednymi z najpopularniejszych napojów spożywanych na całym świecie, będących cennym źródłem substancji o działaniu przeciwutleniającym. Aktywność antyoksydacyjna kawy wynika głównie z obecności w naparach kwasu chlorogenowego, ferulowego, kawowego i kwasów kumarowych. Właściwości antyoksydacyjne kawy zależą nie tylko od jej gatunku (Robusta czy Arabica), ale również od stopnia wypalenia ziaren lub sposobu przyrządzania naparów [4, 5]. Palenie ziaren kawy jest procesem, przeprowadzanym z zastosowaniem różnego czasu i temperatury, podczas którego następują zmiany w składzie chemicznym, co może skutkować zmianą aktywności biologicznej gotowych naparów. Nie bez znaczenia pozostaje także wybór techniki palenia ziaren kawy, a powstające w trakcie tego procesu produkty reakcji Maillarda znacząco wpływają na właściwości antyoksydacyjne naparów kawy [6]. Popularność naparów herbacianych wynika zarówno z ich właściwości sensorycznych jak i prozdrowotnych. Skład świeżych liści herbaty to prawdziwe bogactwo antyoksydantów, gdyż około 40% suchej masy stanowią 1 [email protected], Katedra i Zakład Żywności i Żywienia Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej w Sosnowcu Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach 2 [email protected], Katedra i Zakład Żywności i Żywienia Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej w Sosnowcu Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach 3 [email protected], Koło naukowe FarmFood przy Katedrze i Zakładzie Żywności i Żywienia Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej w Sosnowcu Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach 134 Wpływ substancji słodzących na właściwości antyoksydacyjne wybranych napojów polifenole, wśród których najliczniejszą grupą są katechiny. Na szczególną uwagę zasługują galusan epigalokatechiny, epigalokatechina, epikatechina i galusan epikatechiny, odpowiadające za właściwości antyoksydacyjne naparów herbacianych. W liściach herbaty obecne są również niewielkie ilości glikozydów kwercetyny czy kemferolu [7-9]. Katechiny dzięki swojej budowie hamują powstawanie i wychwytują wolne rodniki oraz posiadają zdolność chelatowania jonów metali przejściowych będących katalizatorami reakcji wolnorodnikowych. Ponadto katechiny mogą obniżać aktywność enzymów uczestniczących w wytwarzaniu wolnych rodników, jednocześnie powodując wzrost aktywności enzymów o działaniu przeciwutleniającym [10]. Najsilniejsze właściwości antyoksydacyjne wśród związków bioaktywnych herbaty wykazuje galusan epigalokatechiny [11]. O zawartości składników bioaktywnych w naparach herbacianych i kawowych decyduje rodzaj surowca, stopień jego dojrzałości, rozdrobnienia oraz procesy technologiczne, którym poddawane są liście herbaty. Najważniejszym etapem produkcji herbaty, w znacznym stopniu wpływającym na jej walory przeciwutleniające, jest proces fermentacji, który dzieli herbaty na różne rodzaje. W zależności od czasu trwania procesu fermentacji wyróżniamy herbaty czarne (o pełnej fermentacji), czerwone (30-50%) oraz herbatę białą i zieloną, będące produktami niefermentowanymi [12-14]. Powszechnie stosowana zarówno do słodzenia naparów kawy czy herbaty oraz w technologii żywności sacharoza coraz częściej zastępowana jest innymi substancjami słodzącymi, zarówno pochodzenia naturalnego jak i syntetycznego. Głównym celem ich stosowania jest obniżenie wartości energetycznej produktów spożywczych i nadanie im słodkiego smaku, nie powodując jednocześnie podwyższenia poziomu glukozy we krwi. Stosowanie substancji słodzących może wpływać korzystnie na organizm, ale może również nieść ryzyko wystąpienia negatywnych skutków zdrowotnych [15, 16]. Substancje słodzące uznaje się za bezpieczne, jeśli ich spożycie nie przekracza ADI (Acceptable Daily Intake), czyli takiej ilości substancji, którą człowiek może spożyć w ciągu dnia bez ryzyka wystąpienia negatywnych skutków zdrowotnych [17]. Jednym z najpopularniejszych zamienników cukru stołowego jest fruktoza, będąca cukrem prostym powszechnie występującym w owocach czy miodzie. Fruktoza jest najsłodszym związkiem naturalnym wśród sacharydów, a zainteresowanie fruktozą, jako zamiennikiem sacharozy wynika z jej niskiego indeksu glikemicznego, w porównaniu do czystej glukozy. Jednak liczne badania naukowe wskazują, że nadmierne spożycie fruktozy może korelować 135 Agnieszka Synowiec-Wojtarowicz, Magdalena Kimsa-Dudek, Marcin Szczesio, Magdalena Piętak, Aleksandra Sklarek, Barbara Woźniak, Maria Zawadzka z wystąpieniem hipertriglicerydemii, stłuszczenia wątroby i insulinooporności [18, 19]. Pod koniec 2011 roku Komisja Europejska dopuściła do stosowania słodziki zawierające stewię. Glikozydy stewiolowe charakteryzują się około 300-400 razy słodszym smakiem od cukru stołowego, a dodatkowo nie dostarczają do organizmu energii, z uwagi na fakt, że nie są wchłaniane w przewodzie pokarmowym. Słodziki stewiolowe nie powodują nagłego wzrostu stężenia glukozy we krwi, dlatego mogą być stosowane przez osoby chorujące na cukrzycę czy fenyloketonurię. Glikozydy stewiolowe są całkowicie naturalnymi substancjami cechującymi się dobrym smakiem oraz bezpieczeństwem, gdyż w badaniach naukowych nie stwierdzono ich szkodliwego działania na organizm człowieka [20, 21]. Z kolei do grupy półsyntetycznych substancji słodzących należy ksylitol, również charakteryzujący się niższym indeksem glikemicznym i o 40% mniejszą kalorycznością niż sacharoza i dlatego stanowi doskonałą alternatywę dla diabetyków i osób odchudzających się. Ponadto ksylitol wykazuje działanie przeciwbakteryjne, a także zwiększa przyswajanie wapnia, dlatego polecany jest osobom zagrożonym osteoporozą. Ksylitol nie wpływa toksycznie na organizm człowieka, jedynie u osób nieprzyzwyczajonych do spożywania alkoholi cukrowych może wystąpić lekki efekt przeczyszczający [22]. Do syntetycznych substancji słodzących należy aspartam, będący dipeptydem, który po spożyciu jest rozkładany w jelicie cienkim do kwasu asparaginowego, fenyloalaniny i metanolu. Słodycz aspartamu w porównaniu do sacharozy jest około 180 krotnie wyższa, a na poziomie 40 mg/kg m.c./dobę wyznaczono jego dopuszczalne ADI. Z uwagi na obecność fenyloalaniny słodziki oraz produkty spożywcze zawierające w swoim składzie aspartam nie mogą być stosowane przez chorych na fenyloketonurię. Pomimo wielu niepokojących doniesień dotyczących negatywnych skutków zdrowotnych wynikających ze stosowania aspartamu jako środka słodzącego, EFSA w 2013 roku opublikowała raport, z którego wynika, że spożywanie aspartamu w dawkach nieprzekraczających ADI jest nieszkodliwe dla człowieka [23, 24]. W związku z codziennym spożywaniem napojów bogatych w substancje o działaniu antyoksydacyjnym i popularnością słodzików, będących niskokalorycznym odpowiednikiem sacharozy, za nadrzędny cel pracy przyjęto ocenę wpływu wybranych substancji słodzących na właściwości antyoksydacyjne naparów kawy i herbaty czarnej. 136 Wpływ substancji słodzących na właściwości antyoksydacyjne wybranych napojów 2. Materiały i metody 2.1. Odczynniki i roztwory Odczynnik ABTS (kwas 2,2’-azynobis(3-etylobenzotiazolino-6-sulfonowy)), kwas galusowy, Trolox (kwas 6 hydroksy-2,5,7,8-tetrametylochromono-2-hydroksylowy), odczynnik fenolowy Folina-Ciocalteu’a oraz nadsiarczan potasu (K2S2O8) zakupiono w Sigma Aldrich (Niemcy), a alkohol etylowy (96%) i bezwodny węglan sodu (cz.d.a) w firmie Chempur (Polska). 2.2. Aparatura i sprzęt pomiarowy Palarka do kawy Gene Cafe CBR 101, Grano Verde, Polska; Ekspres ciśnieniowy z funkcją mielenia, Saeco, Włochy; Spektrofotometry: SP-830 Plus, Metertech, Tajwan; UV2 Unicam UV/VIS, Wielka Brytania; Wagi: Radwag WPS 1200/C, Polska; Scaltec SBC 31, Scaltec Instruments, Niemcy; Cieplarka Inducell, BMT Medical Technology, Czechy. 2.3. Surowce i substancje słodzące Kawa arabska (Coffea Arabica L.), Brazylia; Kawa kongijska Robusta (Coffea canephora Pierre ex A.), Togo; Czarna herbata liściasta (Camellia sinensis (L.) Kuntze), herbata cejlońska Orange Pekoe – duży liść, Sri Lanka; Czarna herbata ekspresowa, herbata cejlońska – granulat, Sri Lanka; Aspartam – słodzik stołowy w tabletkach, postać – tabletka, skład: aspartam, L-leucyna, substancja wypełniająca, skrobia kukurydziana; Stewia (Stevia rebaudiana Bertoni) – postać – puder, skład: 98% stewia, 2% maltodekstryna; Ksylitol – cukier brzozowy, postać – proszek, skład: 100% ksylitol; Fruktoza, postać – proszek, skład: 99,9% fruktoza. 2.4. Materiał badawczy Materiałem użytym do badań były napary kawy arabskiej i kawy Robusta oraz napary czarnej herbaty liściastej i ekspresowej. Do oceny wpływu substancji słodzących na właściwości antyoksydacyjne badanych naparów użyto dostępnych w handlu: fruktozy, aspartamu, stewii i ksylitolu. Badaniem objęto napary bez dodatków oraz mieszaniny naparów z substancjami słodzącymi. Do badań wykorzystano 2 gatunki kawy surowej: Arabica i Robusta, które zakupiono w hurtowni. Zielone ziarna kawy palono w palarce do kawy (Gene Cafe) w temperaturze 230°C przez 12 minut. Temperaturę i czas palenia dobrano zgodnie z zaleceniami producenta palarki. Napary (200 ml) sporządzano po ostudzeniu ziaren, 137 Agnieszka Synowiec-Wojtarowicz, Magdalena Kimsa-Dudek, Marcin Szczesio, Magdalena Piętak, Aleksandra Sklarek, Barbara Woźniak, Maria Zawadzka każdorazowo z 6 g badanej kawy, w ekspresie z funkcją mielenia ziaren. W celu przygotowania naparów herbat odważone próbki 2g herbaty liściastej lub torebkę herbaty ekspresowej (2g) zalewano 200 ml wody o temperaturze 95°C i parzono przez 3-5 minut. Następnie napary (R – Robusta, A – Arabica, E – herbata ekspresowa, L – herbata liściasta) podzielono na dwie grupy: z dodatkiem (R1, R2, R3, R4, A1, A2, A3, A4, E1, E2, E3, E4, L1, L2, L3, L4) i bez dodatku substancji słodzących (R0, A0, E0, L0), po ostudzeniu, przesączono i pobrano próbki do oznaczeń. Substancje słodzące: aspartam (1), stewię (2) ksylitol (3) oraz fruktozę (4) dodawano do naparów w ilościach zalecanych przez producentów: aspartam 1 tabletkę na 200 ml, stewię ½ łyżeczki (2,5 g) na 200 ml, ksylitol 1,5 łyżeczki (7,5g) na 200 ml naparów oraz fruktozę 1 łyżkę (5g) na 200 ml naparów. Substancje słodzące dodawano do naparów, zgodnie z informacją znajdującą się na opakowaniu słodzików, zaraz po zaparzeniu naparów (stewia), po ich częściowym wystudzeniu (aspartam) i po całkowitym wystudzeniu (fruktoza i ksylitol). Przygotowano również roztwory substancji słodzących rozpuszczonych jedynie w wodzie, dodając do 200 ml wody taką samą ilość substancji słodzących jak do naparów kawy i herbaty, po ostygnięciu roztwory sączono i oznaczono w nich stężenie polifenoli i potencjał antyoksydacyjny. 2.5. Oznaczanie potencjału antyoksydacyjnego metodą ABTS Całkowity potencjał antyoksydacyjny prób badanych i kontrolnych oznaczono w oparciu o metodę ABTS [25]. Zasada metody polega na bezpośrednim generowaniu rodników ABTS•+ w wyniku utleniania ABTS przez nadsiarczan potasu. Dodatek przeciwutleniacza powoduje redukcję kationorodnika do ABTS i obniżenie intensywności zabarwienia roztworu, mierzonego spektrofotometrycznie przy długości fali 734 nm. W oznaczeniu wykorzystano roztwór ABTS o stężeniu 7 mmol/l, który przygotowano przez rozpuszczenie 0,096 g ABTS w 25 ml wody dejonizowanej oraz roztwór K2S2O8 o stężeniu 2,45 mmol/l, przygotowany przez rozpuszczenie 0,033 g K2S2O8 z 50 ml wody dejonizowanej. Następnie roztwory zmieszano w stosunku objętościowym 2:1 i pozostawiano w zaciemnionym miejscu na 16 godzin. Przed przystąpieniem do oznaczeń roztwór kationorodnika rozcieńczano 35-krotnie 96% roztworem etanolu, tak aby uzyskać absorbancję 0,700± 0,02 przy długości fali 734 nm. Aby oznaczyć potencjał antyoksydacyjny pobierano 40 μl rozcieńczonych naparów, mieszanin naparów z substancjami słodzącymi lub próby odczynnikowej i dodawano 4 ml roztworu kationorodnika. Roztwory mieszano i prowadzono inkubację w temperaturze pokojowej przez 10 minut, następnie mierzono ich absorbancję przy 734 nm. Wykorzystując wartość absorbancji dla próby odczynnikowej (40 μl etanol/woda/ woda+etanol + 4 ml odczynnika ABTS) i prób badanych obliczono procent redukcji, a następnie z równania krzywej wzorcowej sporządzonej dla roztworu Troloxu w zakresie stężeń 10-1000 μmol/l obliczono wartość potencjału antyoksydacyjnego. 138 Wpływ substancji słodzących na właściwości antyoksydacyjne wybranych napojów 2.6. Oznaczanie stężenia polifenoli Stężenie polifenoli oznaczono kolorymetrycznie w oparciu o metodę Folina Ciocalteu’a (F-C) [26]. Zasada metody polega na barwnej reakcji polifenoli z odczynnikiem F-C w środowisku zasadowym, które uzyskuje się przez dodanie 20% roztworu węglanu sodu. W takich warunkach powstaje anion fenolowy, który redukuje odczynnik F-C. Mechanizm reakcji polega na redukcji molidbenianu (VI), jednego ze składników odczynnika F-C, do molibdenianu (V), czemu towarzyszy zmiana zabarwienia roztworu odczytywana przy długości fali 765 nm. Natężenie barwy roztworu jest wprost proporcjonalne do stężenia polifenoli w próbce. Aby oznaczyć stężenie polifenoli pobierano 1,2 ml rozcieńczonych naparów, mieszanin naparów z substancjami słodzącymi lub próby odczynnikowej i dodawano 750 μl odczynnika F-C i inkubowano 3 minuty. Następnie dodawano 750 μl 20% roztworu węglanu sodu, uzupełniano wodą destylowaną do objętości 6 ml i inkubowano przez 30 minut, a następnie mierzono absorbancję próbek przy 765 nm. Próbę odczynnikową wykonano dokładnie tak samo jak próby badane, zamiast 1,2 ml próbki dodawano wodę. Stężenie polifenoli dla badanych prób wyliczono z równania krzywej wzorcowej sporządzonej dla roztworu kwasu galusowego w zakresie stężeń 10-100 mg/l. Wszystkie oznaczania wykonano w trzech powtórzeniach, a otrzymane wyniki poddano opracowaniu statystycznemu. Obliczono wartości podstawowych parametrów opisowych: średnią arytmetyczną i odchylenie standardowe. Porównanie pomiędzy badanymi próbami wykonano z zastosowaniem testu ANOVA, wykorzystując program komputerowy STATISTICA 10.0. 3. Omówienie wyników Przedstawione w pracy wyniki uzyskano wykonując 3 serie oznaczeń. Badaniom poddano napary kawy Arabica, Robusta oraz czarnej herbaty liściastej i ekspresowej z dodatkiem lub bez dodatku substancji słodzących, w których oznaczono stężenie polifenoli i całkowity potencjał antyoksydacyjny. Wyniki otrzymane dla roztworów substancji słodzących rozpuszczonych jedynie w wodzie nie różniły się od wyników uzyskanych dla prób odczynnikowych. 3.1. Całkowity potencjał antyoksydacyjny Najwyższy potencjał antyoksydacyjny wśród badanych naparów bez dodatku substancji słodzących oznaczono w naparze kawy Arabica (10,1 mmol/l Troloxu), a najniższy w naparze czarnej herbaty liściastej (3,8 mmol/l Troloxu) (wykres 1). Dodatek do naparów kawy Robusta aspartamu, ksylitolu lub fruktozy spowodował istotny statystycznie wzrost potencjału antyoksydacyjnego w odniesieniu do naparu bez dodatku substancji słodzących odpowiednio o 13% (aspartam i ksylitol) i 30% (fruktoza). W naparach kawy Arabica z dodatkiem stewii lub ksylitolu stwierdzono istotne statystycznie obniżenie potencjału antyoksydacyjnego o około 30% (stewia) 139 Agnieszka Synowiec-Wojtarowicz, Magdalena Kimsa-Dudek, Marcin Szczesio, Magdalena Piętak, Aleksandra Sklarek, Barbara Woźniak, Maria Zawadzka i 40% (ksylitol), a w naparach z dodatkiem fruktozy stwierdzono wzrost aktywności antyoksydacyjnej. Napary czarnej herbaty ekspresowej z dodatkiem aspartamu, ksylitolu lub fruktozy charakteryzowały się wyższym potencjałem antyoksydacyjnym w odniesieniu do naparu bez dodatku substancji słodzących, odpowiednio o 20, 35 i 65%. W naparach herbaty liściastej zanotowano wzrost aktywności antyoksydacyjnej jedynie w próbkach z dodatkiem aspartamu i stewii. 3.2. Stężenie polifenoli Wśród badanych naparów bez dodatku substancji słodzących najwyższe stężenie polifenoli oznaczono w naparach kawy Robusta (~121 mg/l), zaś najniższe w naparach czarnej herbaty liściastej (~42 mg/l) (wykres 2). Dodatek do naparów kawy Robusta wszystkich badanych substancji słodzących spowodował istotny statystycznie wzrost stężenia polifenoli, średnio o około 8% dla próbek z aspartamem, stewią i ksylitolem oraz o około 14% dla naparów z dodatkiem fruktozy. Z kolei wzrost stężenia polifenoli w naparach kawy Arabica zanotowano jedynie w próbkach z dodatkiem fruktozy. Zaś w naparach z dodatkiem stewii lub ksylitolu zanotowano istotne statystycznie obniżenie stężenia polifenoli odpowiednio o 30% i 40%. W naparach czarnej herbaty ekspresowej z dodatkiem fruktozy stwierdzono istotny wzrost stężenia polifenoli o około 10% w odniesieniu do naparów bez fruktozy. Dodatek do naparów herbaty ekspresowej pozostałych substancji słodzących nie spowodował istotnych zmian stężenia polifenoli. W naparach herbaty liściastej jedynie w próbkach z dodatkiem aspartamu lub stewii stwierdzono istotny wzrost stężenia polifenoli o około 18%. 4. Dyskusja Kawa i herbata stanowią jedno z najczęstszych źródeł antyoksydantów w diecie człowieka. Jednak w zależności od gatunku kawy lub herbaty, przygotowywany napar cechuje się mniej lub bardziej gorzkim smakiem, co może zniechęcać do spożywania naparów, ponieważ konsumenci najchętniej wybierają produkty odznaczające się wysokim poziomem słodyczy. W celu poprawy walorów smakowych, z jednoczesnym ograniczeniem konsumpcji łatwo przyswajalnych węglowodanów, coraz częściej konsumenci wybierają inne substancje słodzące. Stosowanie tych substancji nie pozostaje jednak beż wpływu na właściwości antyoksydacyjne naparów [27]. 140 Wpływ substancji słodzących na właściwości antyoksydacyjne wybranych napojów 14 ABTS [mmol/l Troloxu] 12 * * * * 10 * 8 * 6 * * * * * 4 2 0 R0R1R2R3R4 A0A1A2A3A4 E0 E1 E2 E3 E4 L0 L1 L2 L3 L4 Wykres 1. Średnia wartość potencjału antyoksydacyjnego oznaczona w badanych próbkach [opracowanie własne] (R0 – kawa Robusta bez dodatków; A0 – kawa Arabica bez dodatków; E0 – herbata czarna ekspresowa bez dodatków; L0 – herbata czarna liściasta bez dodatków; 1 – aspartam, 2 – stewia; 3 – ksylitol; 4 – fruktoza) 160 140 Polifenole [mg/l] 120 * * * * * 100 * 80 * 60 * * * 40 20 0 R0R1R2R3R4 A0A1A2A3A4 E0 E1 E2 E3 E4 L0 L1 L2 L3 L4 Wykres 2. Średnia stężenie polifenoli oznaczone w badanych próbkach [opracowanie własne] (R0 – kawa Robusta bez dodatków; A0 – kawa Arabica bez dodatków; E0 – herbata czarna ekspresowa bez dodatków; L0 – herbata czarna liściasta bez dodatków; 1 – aspartam, 2 – stewia; 3 – ksylitol; 4 – fruktoza) 141 Agnieszka Synowiec-Wojtarowicz, Magdalena Kimsa-Dudek, Marcin Szczesio, Magdalena Piętak, Aleksandra Sklarek, Barbara Woźniak, Maria Zawadzka W niniejszej pracy oceniono aktywność antyoksydacyjną i stężenie polifenoli w naparach kawy Arabica i Robusta oraz naparach czarnej herbaty ekspresowej i liściastej. Dla realizacji celu pracy oceniono również wpływ dodatku substancji słodzących na właściwości antyoksydacyjne badanych naparów. Całkowity potencjał antyoksydacyjny oraz stężenie polifenoli zależne były od gatunku kawy lub rodzaju herbaty, z których przygotowano napary. Wśród naparów kawy najwyższy potencjał antyoksydacyjny oznaczono w naparach kawy Arabica, a najwyższe stężenie polifenoli w naparach kawy Robusta. Chłopicka i wsp. [28] badając napary różnych gatunków kaw, najwyższe stężenie polifenoli oznaczyli w naparach kawy Robusta (640 mg GAE/l; GAE – równoważnik kwasu galusowego). Z kolei w badaniach Farcas i wsp. [29] najwyższy potencjał antyoksydacyjny oznaczono w kawie Robusta. Zaobserwowane różnice w aktywności antyoksydacyjnej naparów kawy mogą wynikać z rejonu uprawy kawy, stopnia wypalenia ziaren lub zastosowanej metody oznaczania aktywności antyoksydacyjnej. W niniejszej pracy wykorzystano metodę ABTS, której zastosowanie, co potwierdzają liczne badania, przekłada się na uzyskanie bardziej rzetelnych wyników. W metodzie tej oznaczane są zarówno antyoksydanty hydrofilowe jak i hydrofobowe, a alternatywna metoda DPPH pozwala jedynie na oznaczenie antyoksydantów o charakterze hydrofobowym [30]. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że właściwości antyoksydacyjne naparów herbaty zależą od stopnia rozdrobnienia surowca, dlatego napary herbaty czarnej ekspresowej charakteryzowały się wyższym potencjałem antyoksydacyjnym i stężeniem polifenoli w odniesieniu do naparów herbaty liściastej. Dmowski i wsp. [31] badając napary herbaty stwierdzili, że herbaty ekspresowe charakteryzują się lepszymi właściwościami przeciwutleniającym niż herbaty liściaste. Natomiast Worobiej i wsp. [9] oznaczyli wyższy potencjał antyoksydacyjny w herbacie czarnej liściastej (0,67 mmol/l) niż w herbatach ekspresowych (0,56 mmol/l), ale stwierdzili, że to herbaty ekspresowe są lepszym źródłem katechin w porównaniu do herbat liściastych. Z kolei w badaniu Rusinek-Prystupy [32] w naparach czarnych herbat ekspresowych oznaczono wyższą zawartość fenolokwasów niż w naparach herbat liściastych. Wykazany w niniejszej pracy wyższy potencjał antyoksydacyjny naparów herbaty ekspresowej w odniesieniu do herbaty liściastej wskazuje prawdopodobnie, że stopień rozdrobnienia liści wpływa na zawartość antyoksydantów w gotowych naparach [31]. Dla realizacji celu niniejszej pracy oceniono wpływ dodatku substancji słodzących: fruktozy, ksylitolu, stewii i aspartamu na właściwości antyoksydacyjne badanych naparów. Zbadano również potencjał antyoksydacyjny i stężenie polifenoli substancji słodzących rozpuszczonych jedynie w wodzie. Wartości te były bliskie wartości oznaczonych w próbach odczynnikowych, dlatego zostały pominięte w prezentacji wyników. Otrzymane w niniejszej pracy wyniki potencjału antyoksydacyjnego ksylitolu i fruktozy są zbliżone do wyników uzyskanych przez Grabek-Lejko i wsp. [33]. Pomimo niskiego potencjału antyoksydacyjnego samej fruktozy i ksylitolu ich dodatek szczególnie do naparów z kawy Robusta skutkował wzrostem zarówno 142 Wpływ substancji słodzących na właściwości antyoksydacyjne wybranych napojów aktywności antyoksydacyjnej jak i wzrostem zawartości polifenoli w badanych naparach. Zaobserwowany wzrost właściwości antyoksydacyjnych naparów kawy Robusta może wynikać z reakcji chemicznych zachodzących pomiędzy substancjami słodzącymi a polifenolami kawy, które mogą prowadzić do powstania związków wykazujących właściwości antyoksydacyjne. Jedynie w naparach kawy Arabica z dodatkiem ksylitolu lub stewii stwierdzono istotne obniżenie stężenia polifenoli i całkowitego potencjału antyoksydacyjnego w porównaniu do naparów bez dodatku substancji słodzących. Zaobserwowane obniżenie właściwości antyoksydacyjnych prawdopodobnie może wynikać z możliwości tworzenia związków kompleksów substancji słodzących z polifenolami zawartymi w kawie Arabica. Ponadto w wyniku reakcji syntetycznych substancji słodzących z polifenolami zawartymi w naparach mogą powstawać rodniki semichinonowe, wykazujące działanie prooksydacyjne. W pozostałych naparach zaobserwowano wzrost omawianych parametrów lub brak zmian w aktywności antyoksydacyjnej wynikających z dodatku substancji słodzących. Brak zmian w aktywności antyoksydacyjnej, szczególnie naparów herbaty liściastej może wynikać z braku interakcji dodawanych substancji słodzących z katechinami zawartymi w badanych naparach. W badaniach Watawana i wsp. [34] nie stwierdzono istotnych różnic w stężeniu polifenoli przy słodzeniu naparów herbaty aspartamem w odniesieniu do naparów bez dodatku słodzika. Z kolei Korir i wsp. [35] wykazali, że słodzenie herbaty stewią jest lepszą alternatywą dla sacharozy, gdyż nie powoduje obniżenia potencjału antyoksydacyjnego naparu. Natomiast Biyik i wsp. [36] za pomocą spektroskopii EPR stwierdzili, że zastosowanie cukru stołowego obniża właściwości antyoksydacyjne naparów, a zastosowanie syntetycznych środków słodzących takich jak aspartam lub acesulfam K nie wpływa negatywnie na potencjał antyoksydacyjny herbaty. Zaobserwowane w niniejszej pracy i pracach innych badaczy różnice dotyczące wpływu substancji słodzących na właściwości antyoksydacyjne wybranych naparów mogą wynikać zarówno z rodzaju surowca, wykorzystywanego do sporządzania naparów jak również z rodzaju dodawanej substancji słodzącej [37, 38]. 5. Wnioski Efektem dodawania niektórych substancji słodzących do naparów z kawy lub herbaty jest zmiana stężenia polifenoli, czemu towarzyszy zmiana wartości ich potencjału antyoksydacyjnego. Obserwowane interakcje mogą być korzystne – dodatnie, szczególnie w przypadku zastosowania fruktozy, jako substancji słodzącej w naparach obu gatunków kawy i herbaty ekspresowej, lub ujemne – niekorzystne, tak jak w naparach kawy Arabica słodzonych ksylitolem lub stewią. 143 Agnieszka Synowiec-Wojtarowicz, Magdalena Kimsa-Dudek, Marcin Szczesio, Magdalena Piętak, Aleksandra Sklarek, Barbara Woźniak, Maria Zawadzka Literatura 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. Pandey K., Rizvi S., Plant polyphenols as dietary antioxidants in human health and disease, Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 5 (2009), s. 270-278 Yashin A., Yashin Y., Wang J. Y., Nemzer B., Antioxidant and antiradical activity of coffee, Antioxidants, 2 (2013), s. 230-245 Bjelakovic G., Nikolova D., Gluud C., Antioxidant supplements and mortality, Current Opinion in Clinical Nutrition and Metabolic Care, 17 (2014), s.40-44 Cosoreci A., Moldovan C., Raba D. N., Popa M.V., Dumbrava D.G., Evaluation of antioxidant capacity and total polyphenol content of some coffes, Journal of Agoalimentary Processed and Technologies, 20 (2014), s. 161-164 Lelyanal R., Cahyono B., Total phenolic acid in some commercial brands of coffee from Indonesia, Journal of Medicinal Plant and Herbal Therapy Research, 3 (2015), s. 27-29 Dmowski P., Dąbrowska J., Comparative study of sensory properties and color in different coffee samples depending on the degree of roasting, Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Gdyni, 84 (2014), s. 28-36 Lambert J. D., Elias R. J., The antioxidant and prooxidant activities of Green tea polyphenols: A role in cancer prevention, Archives of Biochemistry and Biophysics, 501 (2010), s. 65-72 Chan E. W., Soh E. Y., Tie P. P., Law Y. P., Antioxidant and antibacterial properties of green, black, and herbal teas of Camellia sinensis, Pharmacognosy Research, 3 (2011), s. 266-272 Worobiej E., Tyszka K., Właściwości przeciwutleniające różnych rodzajów herbat czarnych, Bromatologia i Chemia Toksykologiczna, 45 (2012), s. 659-664 Łuczaj W., Metody oznaczania polifenoli (katechin oraz teaflawin) wystepujących w herbatach, Gazeta Farmaceutyczna, 5 (2008), s. 30-33 Pękal A., Dróżdż P., Biesaga M., Pyrzyńska K., Screening of the Antioxidant properties nad polyphenols composition of aromatised Green tea infusion, Journal of the Science of Food and Agriculture, 92 (2012), s. 2244-2249 Miazga-Sławińska M., Grzegorczyk A., Herbaty – rodzaje, właściwości, jakoś i zafałszowania, Problemy Nauk Biologicznych, 63 (2014), s. 473-479 Całka J., Zasadowski A., Juranek J., Niektóre aspekty leczniczego działania zielonej herbaty, Bromatologia i Chemia Toksykologiczna, 41 (2008), s. 5-14 Stańczyk A., Właściwości zdrowotne wybranych gatunków herbat, Bromatologia i Chemia Toksykologiczna, 43 (2010), s. 498-504 Jeznach-Steinhagen A., Kurzawa J., Czerwonogrodzka-Senczyna A., Zastosowanie niskokalorycznych substancji słodzących, Polski Merkuriusz Lekarski, 34 (2013), s. 286-288 Świąder K., Waszkiewicz-Robak B., Świderski F., Substancje intensywnie słodzące – korzyści i zagrożenia, Problemy Higieny i Epidemiologii, 92 (2011), s. 392-396 Kowalowski P., Kowalowska M., Stanowska K., Burczyk J., Naturalne środki słodzące w świetle dopuszczalności ich do spożycia w Polsce i krajach Unii Europejskiej, Postępy Fitoterapii, 1 (2004), s. 4-9 Tappy L., Egil L., Lecoutre V., Schinder P., Effects of fructose – containing caloric sweeteners on resting energy expenditure and energy efficiency: a review of human trials, Nutrition and Metabolism, 10 (2013), s. 54 Kretowicz M., Goszka G., Brymora A., Flisiński M., Odrowąż-Sypniewska G., Manitius J., Czy istnieje związek pomiędzy spożyciem fruktozy, a wartościami ciśnienia tętniczego 144 Wpływ substancji słodzących na właściwości antyoksydacyjne wybranych napojów 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. i stężeniem kwasu moczowego u chorych z przewlekłą chorobą nerek bez cukrzycy?, Nadciśnienie tętnicze, 15 (2011), s. 341-346 Stoyanova S., Geuns J., Hideg E., Van Den Ende W., The food additives inulin and stevioside counteract oxidative stress, International Journal of Food Sciences and Nutrition, 62 (2011), s. 207-214 Bugaj B., Leszczyńska T., Pysz M., Kopeć A., Pacholarz J., Pysz-Izdebska K., Charakterystyka i prozdrowotne właściwości Stevia Rebaudiana Bertoni, Żywność Nauka Technologia Jakość, 3 (2013), s. 27-38 Ur-Rehman S., Mushtag Z., Zahoor T., Jamil A., Murtaza M. A., Xylitol: A Review on Bioproduction, Application, Health Benefits, and Related Safety Issues, Critical Reviews in Food Science and Nutrition, (2013), s. 1514-1528 Marinovich M., Galli C., Bosetti C., Gallus S., La Vecchia C., Aspartame, low-calorie sweeteners and disease: Regulatory safety and epidemiological issues, Food and Chemical Toxicology, 60 (2013), s. 109-115 Caomhan L., Peters S. J. A. C., Gallagher A. M., Verhagen H., Perspectives on low calorie intense sweeteners with a focus on Aspartame and Stevia, European Journal of Food Research and Review, 5 (2015), s. 104-112 Re R., Pellegrini N., Proteggente A., Pannala A., Yang M., Rice-Evans C., Antioxidant activity applying and improved ABTS radical cation decolorization assay, Free Radical Biology and Medicine, 26 (1999), s. 1231-1237 Lester G. E., Lewers K. S., Medina M. B., Saftner A. R., Comparative analysis of strawberry total phenolics via Fast Blue BB vs. Folin-Ciocalteu: Assay interference by ascorbic acid, Journal of Food Composition and Analysis, 27 (2012), s. 102-107 Philips K. M., Carlsen M. H., Blomhoff R., Total antioxidant content of alternatives to refined sugar, Journal of American Dietetic Association, 109 (2009), s. 64-71 Chłopicka J., Niedziela A., Bartoń H., Aktywność antyoksydacyjna i całkowita zawartość polifenoli w naparach kawy w zależności od rodzaju kawy i sposobu jej przygotowania, Bromatologia i Chemia Toksykologiczna, 48 (2015), s. 278-282 Farcas A. C., Socaci S. A., Bocaniciu I., Pop A., Tofana M., Muste S., Feier D., Evaluation of Biofunctional Compounds Content from Brewed Coffe, Food Science and Technology, 71 (2014), s. 114-118 Cybul M., Nowak R., Przegląd metod stosowanych w analizie właściwości antyoksydacyjnych wyciągów roślinnych, Herba Polonica, 54 (2008), s. 68-80 Dmowski P., Śmiechowska M., Sagan E., Wpływ czasu parzenia i stopnia rozdrobnienia herbaty czarnej na barwę naparu i jego właściwości przeciwutleniające, Żywność Nauka Technologia Jakość, 5 (2014), s. 206-216 Rusinek-Prystupa E., Właściwości przeciwutleniające wybranych herbat czarnych dostępnych na polskim rynku, Problemy Higieny i Epidemiologii, 94 (2013), s. 140-146 Grabek-Lejko D., Tomczyk-Ulanowska K., Phenolic content, Antioxidant and antibacterial activity of selected natural sweeteners available on the Polish market, Journal of Environmental Science and Health PartB, 48 (2013), s. 1089-1096 Watawana M., Jayawardena N., Ranasinghe S. J., Waisundara V. Y., Evaluation of the effect of different sweetening agents on the polyphenol contents and antioxidant and starch hydrolase inhibitory properties of Kombucha, Journal of Food Processing and Preservation, (2015), doi: 10.1111/jfpp.12752 Korir M. W., Wachira F. N., Wanyoko J. K., Ngure R. M., Khalid R., The fortification of tea with sweeteners and milk and its effect on in vitro antioxidant potential of tea product and glutathione level in an animal model, Food Chemistry, 145 (2014), s. 145-153 145 Agnieszka Synowiec-Wojtarowicz, Magdalena Kimsa-Dudek, Marcin Szczesio, Magdalena Piętak, Aleksandra Sklarek, Barbara Woźniak, Maria Zawadzka 36. Biyik R., Tapramaz R., An EPR study on tea: Identification of paramagnetic species, effect of heat and sweeteners, Spectrochemica Acta Part A, 74 (2009), s. 767-770 37. Wang S., Meckling K. A., Marcone M. F., Kakuda Y., Tsao R., Synergistic, additive, and antagonistic effects of food mixtures on total antioxidant capacity, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 59 (2011), s. 960-968 38. Palafox-Carlos H., Gil-Chavez J., Sotelo-Mundo R. R., Namiesnik J., Gorinstein S., Gonzalez-Aguilar G. A., Antioxidant interactions between major phenolic compounds found in Ataulfo mango pulp: chlorogenic, gallic, protocatechuic and vanillic acids, Molecules, 17 (2012), s. 12657-12664 Podziękowania Praca finansowana przez Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach (KNW-2- 106/N/6/N). Wpływ substancji słodzących na właściwości antyoksydacyjne wybranych napojów Kawa i herbata są jednymi z najpopularniejszych napojów spożywanych na całym świecie, będących cennym źródłem substancji o działaniu przeciwutleniającym. W zależności od gatunku, przygotowywany napar cechuje się mniej lub bardziej gorzkim smakiem, co może zniechęcać do jej spożywania, ponieważ konsumenci najchętniej wybierają produkty odznaczające się wysokim poziomem słodyczy. W celu poprawy walorów smakowych, z jednoczesnym ograniczeniem konsumpcji łatwo przyswajalnych węglowodanów, coraz częściej konsumenci wybierają słodziki. Stosowanie tych substancji nie pozostaje jednak obojętne na właściwości antyoksydacyjne naparów. Coraz częściej pojawiają się doniesienia naukowe wskazujące na szkodliwy wpływ tych substancji na organizm człowieka. Celem pracy była ocena interakcji substancji słodzących i polifenoli zawartych w naparach kawy i herbaty. Badania obejmowały oznaczenie stężenia polifenoli (metoda Folina-Ciocalteu) i potencjału antyoksydacyjnego (ABTS) w naparach kawy Arabica i Robusta oraz naparach herbaty czarnej (liściastej i ekspresowej), do których dodawano: aspartam, stewię, ksylitol lub fruktozę. Próbą kontrolną był napar bez dodatku substancji słodzącej oraz substancje słodzące rozpuszczone jedynie w wodzie. Dodatek substancji słodzących spowodował istotny wzrost właściwości antyoksydacyjnych naparów kawy Robusta oraz obu naparów herbacianych. W naparach kawy Arabica z dodatkiem substancji słodzących stwierdzono zmniejszenie właściwości antyoksydacyjnych w odniesieniu do próbek bez dodatków. Badania właściwości antyoksydacyjnych wykazały dwa typy interakcji pomiędzy polifenolami zawartymi w naparach a substancjami słodzącymi. Interakcję dodatnią stwierdzono w naparach herbat oraz kawy Robusta, a interakcję o charakterze ujemnym w naparach kawy Arabica. Słowa kluczowe: interakcje, aspartam, ksylitol, fruktoza, stewia, kawa, herbata 146 Wpływ substancji słodzących na właściwości antyoksydacyjne wybranych napojów Influence of sweeteners on the antioxidant properties of selected beverages Tea and coffee are the most widely consumed beverages in the world. They are a valuable source of important substances with antioxidant activities. Freshly infused tea or coffee have more or less bitter taste depending on the species. This may discourage their consumption because consumers generally prefer products characterized by a high level of sweetness. More and more consumers choose sweeteners in order to improve the taste of beverages and to limit consumption of easily digestible carbohydrates. Concentration of biologically active compounds in infusions can change due to sweetener addition. Research has also shown that these substances may be hazardous to human health. Therefore, the aim of this study was to evaluate the interactions between selected sweeteners and polyphenols in tea and coffee infusions. Infusions of black tea (teabag and leaf tea) and infusions derived from the roasted Arabica and Robusta coffee were prepared. Sweeteners (aspartame, stevia, xylitol, fructose) were added to infusions in the amounts recommended by the manufacturer. The control samples included infusions without sweeteners and aqueous solutions of sweeteners. To determine the polyphenol concentration, Folin-Ciocalteu method was used, while the evaluation of antioxidant status was conducted using ABTS method. The antioxidant activity was a significantly increased in infusions of Robusta coffee and in both tea infusions after addition of sweeteners. However, in infusions of Arabica coffee with sweeteners the antioxidant potential was significantly reduced in comparison to control sample. In summary, there were two types of interactions between selected sweeteners and polyphenols in tea and coffee infusions. The positive interactions were found in tea and Robusta coffee infusions, whereas the negative interactions – in infusions of Arabica coffee. Key words: interactions, aspartame, xylitol, fructose, stevia, coffee, tea 147 Agata Jaśkowiec1, Marta Krajewska2, Agnieszka Starek3 Trwałość olejów tłoczonych na zimno 1. Wstęp Oleje roślinne są cennym produktem żywnościowym i tym samym bardzo ważnym składnikiem obecnym w codziennej diecie człowieka. Stanowią źródło niezbędnych nienasyconych kwasów tłuszczowych (NNKT) oraz fitosteroli i witamin rozpuszczalnych w tłuszczach. Źródłem pozyskiwania olejów roślinnych są nasiona roślin oleistych o zawartości tłuszczu powyżej 15% [1, 2]. Według Komisji Kodeksu Żywnościowego FAO/WHO olejem tłoczonym na zimno możemy nazwać oleje bądź tłuszcze roślinne otrzymane w wyniku procesów mechanicznych, takich jak tłoczenie, bez użycia wysokiej temperatury. Do oczyszczenia takich olejów wykorzystuje się następujące metody: wypłukiwanie wodą, sedymentacja, filtracja oraz wirowanie. Metoda tłoczenia na zimno jest najstarszym, szeroko rozpowszechnionym sposobem pozyskiwania olejów. Uznawana jest za proces w pełni ekologiczny, a przy tym nie wymagający dużych nakładów energii ani nakładów finansowych. Szacuje się, że w Polsce istnieje już około 50 olejarni, w których olej pozyskiwany jest właśnie tą metodą. Niestety istnieją pewne ograniczenia jej stosowania, mianowicie niska wydajność procesu (duża zawartość oleju w wytłokach) oraz trudność z uzyskaniem stałej jakości produktu [3]. Świeżo tłoczony i nieoczyszczony olej roślinny odznacza się delikatnym smakiem i aromatem, typowym dla nasion, z których został wytłoczony. Nie powinien posiadać nieprzyjemnego gorzkiego smaku, ponieważ może to świadczyć o tym, że nie jest świeży. Oleje otrzymywane tą metodą mają w swoim składzie wiele substancji biologicznie czynnych o właściwościach prozdrowotnych, stosowanych w profilaktyce wielu chorób cywilizacyjnych. Dzięki temu, że tłoczenie odbywa się w sposób delikatny, w niskich temperaturach, jakościowo są one takie same jak olej w nasionach roślin, z których został pozyskany [4, 5]. 1 [email protected], Studenckie Koło Naukowe Food Design, Katedra Biologicznych Podstaw Technologii Żywności i Pasz, Wydział Inżynierii Produkcji, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie 2 [email protected],Katedra Biologicznych Podstaw Technologii Żywności i Pasz, Wydział Inżynierii Produkcji, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie 3 [email protected], Katedra Biologicznych Podstaw Technologii Żywności i Pasz, Wydział Inżynierii Produkcji, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie 148 Trwałość olejów tłoczonych na zimno 2. Zmiany zachodzące podczas przechowywania olejów tłoczonych na zimno Oleje tłoczone na zimno podczas przechowywania ulegają niepożądanym zmianom w wyniku procesów hydrolizy, utleniania i polimeryzacji. Utlenianie jest główną przyczyną obniżania jakości tłuszczów i powoduje powstawanie nieprzyjemnego smaku i zapachu. Ponadto procesy zachodzące w olejach obniżają ich wartość odżywczą oraz przyczyniają się do powstawania w nich związków szkodliwych dla zdrowia człowieka [6]. Trwałość olejów zależy m.in. od zawartych w nich kwasów tłuszczowych, metody otrzymywania, obecności wolnych kwasów tłuszczowych, mono- i diacylogliceroli, fosfolipidów, związków termicznie utlenionych oraz barwników i antyoksydantów [7, 8]. Z czynników zewnętrznych wpływ na stabilność olejów mają dostęp tlenu i światła, temperatura oraz czas przechowywania [9-12]. 2.1. Reakcja hydrolizy triacylogliceroli W momencie przechowywania olejów w warunkach pokojowych, następuje niezwykle skomplikowany proces zwany hydrolizą enzymatyczną triacylogliceroli (Rysunek 1). Reakcja ta, zachodzi pod wpływem lipaz i przebiega na granicy dwóch faz: wodnej (w niej rozpuszczone są lipazy) oraz lipidowej. W wyniku hydrolizy powstają diacyloglicerole, monoacyloglicerole oraz glicerol, przy czym na każdym etapie reakcji uwalniane są wolne kwasy tłuszczowe. Ponadto lipazy katalizują również hydrolizę rozpuszczalnych w wodzie, krótkołańcuchowych estrów kwasów karboksylowych, jednak reakcja ta zachodzi znacznie wolniej [13, 14]. W wyniku hydrolizy olejów, pogorszeniu ulegają ich cechy organoleptyczne, gdyż powstające wolne kwasy tłuszczowe charakteryzują się nieprzyjemnym smakiem i zapachem (tzw. jełczenie hydrolityczne) [1, 15]. Wolne kwasy tłuszczowe, ze względu na zawarte w nich grupy hydrofilowe i hydrofobowe są skupione na powierzchni oleju. W związku z tym zmniejszają napięcie powierzchniowe oleju i zwiększają szybkość dyfuzji tlenu z górnej przestrzeni do oleju [9]. 2.2. Utlenianie kwasów tłuszczowych Oleje roślinne, w tym również tłoczone na zimno, ze względu na zawarte w nich wielonienasycone kwasy tłuszczowe z grupy omega-6 i omega-3, mające w swojej strukturze chemicznej więcej niż jedno wiązanie podwójne, łatwo się utleniają. W praktyce przejawia się to tym, że oleje, po stosunkowo krótkim czasie kontaktu z powietrzem jełczeją, czyli utleniają się, a proces ten ma bardzo poważne konsekwencje, z czego konsumenci na ogół nie zdają sobie sprawy. Podczas utleniania się tłuszczów powstają wolne rodniki, które są jednymi z najbardziej szkodliwych dla zdrowia człowieka związkami. Powodują one stany zapalne, uszkadzają komórki, prowadzą do nowotworów i miażdżycy, jak również przyspieszają starzenie oraz obniżają odporność [6]. Utlenianie tłuszczów może zachodzić według następujących mechanizmów: autooksydacji, fotosensybilizacji oraz pod wpływem enzymów, tzw. lipooksygenazy [16]. 149 Agata Jaśkowiec, Marta Krajewska, Agnieszka Starek Rysunek 1. Reakcja hydrolizy triacylogliceroli [54] 2.2.1. Autooksydacja Autooksydacja tłuszczów jest wolnorodnikową reakcją łańcuchową, zwiększającą zawartość wolnych rodników reaktywnych, inicjujących dalsze reakcje. Przebiega ona w trzech etapach: inicjacja (zapoczątkowana m.in. przez rodniki nadtlenkowe oraz tlenek i ditlenek azotu), propagacja oraz terminacja. W pierwszym etapie reakcji następuje oderwanie cząsteczki wodoru od cząsteczki nienasyconego kwasu tłuszczowego i utworzenie wolnego rodnika z ugrupowaniem dienowym. Następnie, w reakcjach propagacji, wolne rodniki alkilowe reagują z tlenem, tworząc rodniki nadtlenkowe oraz nadtlenek kwasu tłuszczowego i inne rodniki tłuszczowe. Ostatnim etapem reakcji jest terminacja – reakcja może być zakończonaco oznacza przerwanie łańcucha na skutek rekombinacji rodników i tworzenia się nierodnikowych produktów, które nie są ani inicjatorami, ani propagatorami reakcji. Autooksydacja zaliczana jest 150 Trwałość olejów tłoczonych na zimno do wyjątkowozłożonych procesów. Przyczyna tego jest miedzy innymi labilność produktów pośrednich, złożony wpływ katalizatorów i przeciwutleniaczy i jednocześnie przebiegająca reakcja utleniania fotosensybilizowanego [17, 18]. 2.2.2. Utlenianie fotosensybilizowane Utlenianie fotosensybilizowane (fotoutlenianie) tłuszczów to reakcja nienasyconych kwasów tłuszczowych z tlenem w obecności światła i odpowiedniego sensybilizatora (uczulacza), którym jest np. chlorofil [19, 20]. Pod wpływem absorpcji energii świetlnej następuje wzbudzenie sensybilizatora, który następnie przenosi energię na cząsteczkę tlenu tworząc bardziej reaktywny tlen singletowy 1O2. Jednocześnie wzbudzony sensybilizator powraca do swojego stanu podstawowego. Tlen singletowy posiadający w budowie chemicznej niesparowane elektrony, charakteryzuje się wysoką reaktywnością, dzięki czemu reaguje bezpośrednio z kwasami tłuszczowymi bez wytworzenia wolnego rodnika. Ten rodzaj utleniania przebiega znacznie szybciej niż autooksydacja i może być zahamowany poprzez „wygaszacze” tlenu singletowego, którymi są m.in. tokoferole oraz β-karoten. Niektóre pozycje literaturowe donoszą, iż proces autooksydacji może być zainicjowany przez fotoutlenianie dzięki zawartych w tłuszczach określonych barwnikach [17, 21]. 2.2.3. Utlenianie pod wpływem lipooksygenazy Lipooksygenaza jest dioksygenazą z klasy oksydoreduktaz, zawierającą w swoim centrum aktywnym cząsteczkę żelaza. Utlenianie kwasów tłuszczowych przy udziale tego katalizatora, przebiega w trzech etapach i dotyczy głównie kwasu linolowego, linolenowego oraz arachidonowego. W pierwszym etapie reakcji następuje oderwanie wodoru od grupy funkcyjnej znajdującej się pomiędzy podwójnymi wiązaniami kwasu tłuszczowego i utworzenie wolnego rodnika tego kwasu. W dalszej kolejności następuje izomeryzacja tych rodników i utworzenie z nich koniugowanych dienów. Z kolei w ostatnim etapie utleniania dochodzi do przyłączenia cząsteczki tlenu i utworzenia rodnika nadtlenkowego, jak również redukcji jonu żelaza z trójwartościowego do dwuwartościowego. Następnie lipidowe rodniki nadtlenkowe są redukowane przez lipooksygenazę do ROO-, powodując jednocześnie przejście żelaza do jonu trójwartościowego. Na koniec całego procesu dochodzi do przyłączenia uwolnionego z lipidów wodoru i powstania wodoronadtlenków [17, 22, 23]. Lipooksygenazy mogą ponadto katalizować reakcję współutleniania karotenoidów, w tym β-karotenu, powodując straty niezbędnych składników odżywczych i uwalnianie się nieprzyjemnego aromatu [22]. 2.3. Polimeryzacja tłuszczów Głównymi reakcjami zachodzącymi w momencie termicznego utleniania olejów są dimeryzacja i polimeryzacja [24]. Dimeryzacja zachodzi w warunkach podwyższonej temperatury i niskiej dostępności tlenu, na skutek czego tworzą się acykliczne 151 Agata Jaśkowiec, Marta Krajewska, Agnieszka Starek cząsteczki dimerów. Z kolei proces polimeryzacji polega na utworzeniu się cyklicznych polimerów przy czym reakcja ta przebiega łatwiej i szybciej w olejach o dużej zawartości kwasu linolowego niż kwasu oleinowego [25]. Cząsteczki polimerów mogą powstawać podczas tzw. reakcji Diels’a-Alder’a (formowane są kilkupierścieniowe struktury złożone z cykloheksenu), jak również w wyniku wieloetapowych reakcji rodnikowych w obrębie lub między triacyloglicerolami. Polimery są przyczyną tworzenia się brązowego, żywicznego osadu, ze względu na zawarte w nich tlen i sprzężone dieny [15, 17, 24]. 3. Ocena jakości olejów z wykorzystaniem analizy sensorycznej Przechowywanie olejów przyczynia się do powstawania pierwotnych produktów oksydacji, takich jak nadtlenki i wodorotlenki. W wyniku ich rozpadu dochodzi do utworzenia nowych rodników biorących udział w dalszej autooksydacji, jak również szeregu związków lotnych, takich jak: aldehydy, ketony, alkohole, estry, kwasy, węglowodory, mających istotny wpływ na zapach i smak olejów. W największym stopniu wpływ na cechy organoleptyczne olejów, mają powstające na skutek utleniania nienasyconych kwasów tłuszczowych aldehydy i ketony [27]. Przemiany olejów zachodzące podczas ich utleniania, wpływają również na barwę i konsystencję tych produktów. Zmiana barwy, a dokładniej wzrost jej intensywności, następuje w wyniku degradacji barwników oraz tworzenia się nowych związków w reakcjach utleniania i polimeryzacji. Z kolei zmiany konsystencji olejów obserwowane są jako wzrost ich lepkości i zachodzą na etapie procesu polimeryzacji [27-29]. Przy wyborze oleju przez konsumentów największą rolę odgrywają jego cechy organoleptyczne. Dlatego też, monitorowanie zmian zachodzących podczas przechowywania tych produktów jest bardzo ważne. Zdaniem wielu naukowców najskuteczniejszą metodą służącą do określenia stabilności oksydatywnej i okresu trwałości substancji lipidowych jest analiza sensoryczna [30, 31]. Zajmuje się ona oznaczaniem jakości sensorycznej żywności, w tym również olejów, za pomocą jednego lub kilku zmysłów stosowanych jako aparat pomiarowy. Zadaniem przeprowadzonej oceny jest dostarczenie informacji o wrażeniach wywołanych przez badany produkt, który działa jako bodziec na zmysły, tj. wzrok, węch, smak, dotyk i częściowo słuch. Dlatego też, bardzo ważne jest zachowanie pewnych wymagań względem osób przeprowadzających tę analizę, zapewnienie odpowiednich warunków oceny oraz dobranie właściwej metody, w zależności od stawianego zadania [32-34]. Analiza sensoryczna może być przeprowadzana zarówno przez grupę nieprzeszkolonych osób, uważanych za potencjalnych klientów (tzw. panel konsumentów), jak również przez przeszkolonych testerów (tzw. panel analityczny). Dane literaturowe donoszą, że po konfrontacji wyników otrzymanych z pomocą panelu konsumentów i analitycznego, w większości rezultaty badań są spójne. Czynnikiem warunkującym efekty tych badań jest rodzaj analizowanego produktu [35, 36]. 152 Trwałość olejów tłoczonych na zimno Wyznaczanie okresu przydatności produktów spożywczych wiąże się z długotrwałymi badaniami przechowalniczymi. Wykorzystanie do tego celu panelu konsumentów jest zbyt kosztowne i niepraktyczne, dlatego też w tym przypadku stosuje się zwykle przeszkolony panel analityczny. Ogólnie metody sensoryczne wiążą się z pewnymi ograniczeniami, jakimi są niska powtarzalność wyników oraz długi czas trwania analizy. Ponadto przy ocenie olejów, bardzo często dochodzi do tzw. zmęczenia sensorycznego, polegającego na obniżonej reakcji narządów zmysłów, co stanowi dodatkowy problem w określeniu ich jakości [35]. 4. Oznaczanie stabilności oksydatywnej olejów z wykorzystaniem metody Rancimat Metoda Rancimat jest zmechanizowaną wersją długotrwającej metody manualnej, szacującej czas indukcji tłuszczów i olejów, który charakteryzuje ich odporność na utlenianie. Rancimat (Rysunek 2) jest współdziałającym z komputerem urządzeniem, które służy do określenia stabilności oksydatywnej próbek zawierających tłuszcz i oleje. Aparat ten ma wbudowane dwa bloki grzewcze, dzięki czemu można utrzymywać inną temperaturę. Jednocześnie możliwy jest pomiar 8 próbek w tych samych warunkach temperaturowych albo 4 próbek w dwu odmiennych temperaturach [37, 38]. Rysunek2. 892 Professional Biodiesel Rancimat firmy Metrohm [38] Metoda Rancimat oparta jest na przyśpieszonym procesie utlenia się próbki poprzez poddanie jej podwyższonej temperaturze oraz działaniu przepuszczanego przez próbkę strumienia powietrza. Przepływające powietrze porywa lotne produkty utleniania próbki, przenosząc je do naczynia pomiarowego (zawierającego demineralizowaną 153 Agata Jaśkowiec, Marta Krajewska, Agnieszka Starek wodę), w którym odbywa się ciągły pomiar przewodnictwa. Przewodnictwo wzrasta wraz z pojawieniem się produktów utleniania. Poprzez pomiar przewodnictwa tworzony jest wykres zwany krzywą utleniania, której punkt przegięcia wyraża się jako czas indukcji – czyli wartość charakteryzująca stabilność tlenową [31, 52]. Zasadę działania aparatu Rancimat, przedstawiono na rysunku 3. Rysunek 3. Schemat działania aparatu Rancimat [37] 5. Podwyższenie stabilności oksydatywnej olejów przez stosowanie przeciwutleniaczy Przeciwutleniacze, zwane również antyoksydantami, definiuje się jako substancje hamujące procesy oksydacyjne zachodzące zarówno w układach biologicznych, jak i w żywności. Wyłapują one wolne rodniki, przekształcając je w inne, mniej aktywne związki. Dzięki nim szkodliwość wolnych rodników zostaje zneutralizowana, czyli nie dochodzi do uszkodzeń komórek, które prowadzą w konsekwencji do przyspieszenia procesów starzenia się i wielu groźnych chorób, takich jak nadciśnienie tętnicze, cukrzyca, a nawet nowotwory. Przeciwutleniacze, ze względu na pełnioną przez nie funkcję, uważa się za związki niezbędne do prawidłowego funkcjonowania naszego organizmu [39, 40]. 5.1. Przeciwutleniacze w żywności Przeciwutleniaczemogą występować naturalnie w żywności lub być dodawane w czasie jej produkcji. Naturalnym ich źródłem są surowce roślinne. Znajdują się w nich antyoksydanty, takie jak: polifenole, witaminy C, E, karotenoidy, tiocyjaniany 154 Trwałość olejów tłoczonych na zimno i inne. Głównym celem stosowania przeciwutleniaczy jest zachowanie wysokiej jakości żywności poprzez przedłużenie trwałości produktu w skutek opóźnienia pojawienia się pierwszych zmian oksydacyjnych, a następnie spowolnienia tempa procesów utleniania [27]. Oleje tłoczone na zimno zawierają naturalne związki o właściwościach przeciwutleniających – tokoferole, tokotrienole, karotenoidy, związki fenolowe oraz sterole. Jednak mimo ich obecności, w celu zwiększenia trwałości oleju, zachodzi potrzeba dodatku różnych przeciwutleniaczy syntetycznych lub naturalnych. Dobór odpowiedniego antyoksydantu jest bardzo ważny ponieważ może dojść do efektu antagonistycznego w połączeniu z natywnymi przeciwutleniaczami [9]. Używanie przeciwutleniaczy syntetycznych jest w wielu krajach, w tym także i w Polsce ograniczone, ze względu na wyniki badań toksykologicznych. Dlatego też, ciągle poszukuje się alternatywnych rozwiązań stabilizacji tłuszczów. Skutecznymi i zarazem tanimi przeciwutleniaczami okazują się przeciwutleniacze naturalne [41]. Dzieli się je na dwie grupy: pierwotne i wtórne. Przeciwutleniacze pierwotne są składnikami znajdującymi się w surowcach pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego (obecnie duże znaczenie mają ekstrakty z rozmarynu). Natomiast przeciwutleniacze naturalne wtórne powstają w trakcie procesów przetwarzania żywności. Zalicza się do nich, między innymi hydrolizaty białkowe, które dzięki obecności antyoksydantów, peptydów i produktów reakcji Maillarda mogą hamować procesy utleniania. Naturalne antyoksydanty mają duży wpływ na utrzymywanie, a nawet poprawienie wysokiej wartości sensorycznej i odżywczej produktów żywnościowych. Bogatym źródłem antyoksydantów są zioła i rośliny przyprawowe, takie jak rozmaryn, tymianek, oregano, majeranek oraz szałwia. Ekstrakty ziół są znacznie lepiej przyswajalne przez konsumentów w porównaniu do przeciwutleniaczy syntetycznych, a ich działanie antyoksydacyjne jest zbliżone, a nawet skuteczniejsze. Zdecydowaną większość tych ziół używano od wielu lat jako substancje aromatyzujące i przedłużające trwałość żywności [41, 42, 43]. 5.2. Rozmaryn jako skuteczny naturalny przeciwutleniacz w podwyższaniu stabilności oksydatywnej oleju Rozmaryn (Rossmarinus officinails) (Rysunek 4) wykazuje silne właściwości przeciwutleniające w stosunku do olejów. Jest to roślina przyprawowa z rodziny jasnotowatych (Lamiaceae). Surowy wyciąg z rozmarynu ma intensywny zapach i zieloną barwę. Rozmaryn stosuje się do produkcji handlowych preparatów przeciwutleniających. Poza swoimi właściwościami przeciwutleniającymi nadaje produktowi charakterystyczny smak i zapach [44, 45]. 155 Agata Jaśkowiec, Marta Krajewska, Agnieszka Starek Rysunek 4. Rozmaryn (Rossmarinusofficinails) [53] Właściwości przeciwutleniające rozmarynu wiążą się głównie z obecnością kwasu karnozynowego i karnozolu. Związki te, odpowiadają za jego właściwości przeciwutleniające, odgrywają ważną rolę w hamowaniu peroksydacji lipidów oraz znacznie zmniejszają stężenie różnych aminoglikozydów. Mają działanie przeciwwirusowe, przeciwbakteryjne, przeciwalergiczne oraz przeciwbólowe, dodatkowo przyczyniają się do zmniejszenia ryzyka powstawania chorób, takich jak: nowotwory, cukrzyca czy miażdżyca. Wykorzystywane są również w walce z artretyzmem, reumatyzmem i ogólnym osłabieniem organizmu. Do innych, ważnych związków przeciwutleniających obecnych w rozmarynie należą: rosmanol, kwas rozmarynowy, epirosmanol, rosmanal, izorozmanol oraz rosmandial. Ponadto w rozmarynie wykryto: 9-etylorosmanol, karnozynianmetylu, rozmarynodifenol, kwas kawowy, rozmarynochinon, 7-metyloepirozmanol. Natomiast w suszonym rozmarynie (Rysunek 5) stwierdzono od 1,7do 3,9% kwasu karnozynowego, 0,2-0,4% karnozolu, a także 0,2-4,3% kwasu rozmarynowego [46-48]. Rys. 5. Suszony rozmaryn [52] 156 Trwałość olejów tłoczonych na zimno Rozmaryn jest bardzo aromatyczną rośliną, dlatego też musi być stosowany w małych ilościach, aby uzyskany z jego dodatkiem produkt był akceptowalny przez konsumentów. Wpływa to jednak na zmniejszenie efektu przeciwutleniającego. Dlatego też, rozpoczęto produkcję ekstraktów z rozmarynu w postaci sypkiej i płynnej, które częściowo pozbawia się substancji aromatycznych. Zamiast tego zawierają one w swoim składzie większe ilości związków aktywnych o działaniu przeciwutleniającym. Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Zdrowia dotyczącym dozwolonych substancji dodatkowych z 22 kwietnia 2011 r. ekstrakt rozmarynu jest również dopuszczony jako dodatek do żywności w naszym kraju [48-51]. 6. Podsumowanie W żywieniu człowieka ważną rolę odgrywają tłuszcze, które obok węglowodanów są głównym składnikiem energetycznym pożywienia, dostarczają ustrojowi niezbędnych nienasyconych kwasów tłuszczowych (NNKT), atakże witamin. Bogatych ich źródłem są oleje roślinne, które ze względu na dużą zawartość kwasów nienasyconych są podatne na procesy utleniania. Dlatego też, oleje roślinne są często wzbogacane substancjami egzogennymi, mającymi na celu zwiększenie ich trwałości i zapobiegającymi utlenianiu. Ponieważ liczne badania dowodzą wielu niekorzystnych działań syntetycznych antyoksydantów, coraz więcej uwagi poświęca się badaniom surowców roślinnych, których składniki wykazują właściwości przeciwutleniające. Działanie antyoksydacyjne w stosunku do tłuszczu, jak podają liczne doniesienia, stwierdzono m. in. w przypadku rozmarynu. Ogólnie ekstrakty ziół są lepiej akceptowane przez konsumentów, a ich skuteczność jako antyoksydantów jest porównywalna, a nawet wyższa niż przeciwutleniaczy syntetycznych. Takie dodatki mają również uzasadnienie technologiczne, gdyż ich korzystny wpływ jako przeciwutleniaczy jest połączony z sensorycznym wzbogacaniem żywności. Literatura 1. 2. 3. 4. 5. 6. Drozdowski B., 1994, Lipidy. Chemiczne i funkcjonalne składniki żywności, pod red. Z. Sikorskiego. WNT, Warszawa Gugała M., Zarzecka K., Sikorska A., 2014, Prozdrowotne właściwości oleju rzepakowego, Postępy Fitoterapii, 2, s. 100-103 Domysławski W., Krygier K., 1992, Olejarnie, Informator branżowy, Wydawnictwo IBMER, Warszawa Pala V., Krogh V., Muti P., Chajès V., Riboli E., Micheli A., Berrino F., 2001, Erythrocyte membrane fatty acids and subsequent breast cancer: a prospective Italian study, Journal of the National Cancer Institute, 93(14), s. 1088-1095 Sonestedt E., 2008, Do both heterocyclic amines and omega-6 polyunsaturated fatty acids contribute to the incidence of breast cancer in postmenopausal women of the Malmö diet and cancer cohort?, The International Journal of Cancer, s. 1637-1643. UICC International Union Against Cancer Ziemlański S., Budzyńska-Topolowska J., 1991, Tłuszcze pożywienia i lipidy ustrojowe, PWN, Warszawa 157 Agata Jaśkowiec, Marta Krajewska, Agnieszka Starek 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. Kondratowicz-Pietruszka E.,Ostasz L., 2000, Quality changes in edible oils at high temperature. Kinetic analysis, European Journal of Lipid Science and Technology, 102(4), s. 276-281 Yanishlieva N. V., Marinova E. M., 2001, Stabilisation of edible oils with natural antioxidants, European Journal of Lipid Science and Technology, 103, s. 752-767 Choe E., Min D. B., 2006, Mechanisms and factors for edible oil oxidation, Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 5(4), s. 169-186 Méndez A. I., Falqué E., 2007, Effect of storage time and container type on the quality of extra virgin olive oil, Food Control, 18, s. 521-529 Pristouri G., Badeka A., Kontominas M. G., 2010, Effect of packaging material headspace, oxygen and light transmission, temperature and storage time on quality characteristics of extra virgin olive oil, Food Control, 21, s. 412-418 Samaniego-Sanchez C., Oliveras-Lopez M. J., Quesada-Granados J. J., Villalon-Mir M., Lopez-G, Serrana H., 2012, Alterations in picual extra virgin olive oils under different storage conditions, European Journal of Lipid Science and Technology, 114, s. 194-204 Grillitsch K. Daum G., 2011, Triacylglycerol lipases of the yeast, Frontiers of Biology, 6(3), s. 219-230 Weete J. D., 2002, Microbial Lipases, [W]: Akoh C. C. & Mackie J. C. (Red.) Food Lipids. Chemistry, Nutrition and Biotechnology, Marcel Dekker Inc Kasperek M., Małecka M., Leszkiewicz B., 1989, Procesy zachodzące w tłuszczach w czasie przechowywania i obróbki cieplnej, ZeszytyNaukowe AEP, 174, s. 46-58 Skibsted L. H., 2010, Understanding oxidation processes in foods, [W]: Decker E. A., Elias R. J. & McClements D. J. (Red.), Oxidation on foods and beverages and antioxidant applications, Woodhead Publishing Limited Choe E., Min D. B., 2009, Mechanisms of antioxidants in the oxidation of foods, Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 8(4), s. 345-358 Zabłocka A., Janusz M., 2008, Dwa oblicza wolnych rodników tlenowych, Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej, 62, s. 118-124 Gawęcki J., Hryniewiecki L. (red.), 1998, Żywienie człowieka. Podstawy nauki o żywieniu, PWN, Warszawa Sikorski Z., 2007, Chemia żywności, WNT, Warszawa Frankel E. N., 1985, Chemistry of autoxidation: mechanism, products and flavor significance, [W]: Min D. B. & Smouse T. H. (Red.), Flavor Chemistry of Fats and Oils, AOCS, Urbana-Champaign Baraniak B. M., Szymanowska U., 2006, Lipooksygenaza w żywności pochodzenia roślinnego, Żywność. NaukaTechnologia. Jakość, 2(47), s. 29-45 Grechkin A., 1998, Recent developments in biochemistry of the plant lipoxygenase pathway, Progress in Lipid Research, 37(5), s. 317-352 Choe E., Min, D. B., 2007, Chemistry of deep-fat frying oils, Journal of Food Sciences, 72(5), s. 77-86 Bastida S., Sanchez-Muniz F. J., 2001, Thermal oxidation of olive oil, sunflower oil and a mixof both oils during forty discontinuous domestic fryings of different foods, Food Sciences and Technology, 7, s. 15-21 Min D. B., Boff J. M., 2002, Lipid Oxidation of Edible Oil, Food Lipids, CRC Press Frankel E. N., 2005, Lipid Oxidation, The Oily Press, Scotland 158 Trwałość olejów tłoczonych na zimno 28. Maskan M., 2003, Change in colour and rheological behaviour of sunflower seed oil during frying and after adsorbent treatment of used oil, European Food Research and Technology, 218, s. 20-25 29. Wąsowicz E., Gramza A., Hęś M., Jeleń H. H., Korczak J., Małecka M., MildnerSzkudlarz S., Rudzińska M., Samotyja U., Zawirska-Wojtasiak R., 2004, Oxidation of lipids in food, Polish Journal of Food and Nutrition Sciences, 13 (54), s. 87-100 30. Frankel E. N., 1993, In search of better methods to evaluatenatural antioxidants and oxidative stability in foodlipids, Trends in Food Science & Technology, 4, s. 220-225 31. Wądołowska L., Babicz-Zielińska E. Czarnocińska J. 2008. Food choice models and their relation with food preferences and eating frequency in the Polish population: POFPRES study, Food Policy, 33(2), s. 122-134 32. Budsławski J., Drabant Z., 1972, Metody analizy żywności, WNT, Warszawa 33. Klepacka M., 2005, Analiza żywności, Fundacja Rozwój SGGW, Warszawa 34. Małecka M., 2003, Wybrane metody analizy żywności, Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej, Poznań 35. Jacobsen C., Decker E. A., Elias R. J., McClements D.,J., 2010, Understanding and reducing oxidative flavour deterioration in foods. Oxidation in foods and beverages and antioxidant applications, Understanding mechanisms of oxidation and antioxidant activity, 1, s. 122-142 36. Ramirez G., Hough G., Contrini A., 2001, Influence of temperature and light exposure on sensory shelf-life of a commercial sunflower oil, Journal of Food Quality, 24, s. 195-204 37. Popis E., Ratusz K., Krygier K., 2014, Ocena jakości wybranych olejów rzepakowych rafinowanych i tłoczonych na zimno dostępnych na polskim rynku, Aparatura Badawcza i Dydaktyczna. Tom XIX, 3, s. 251-258 38. www.metrohm.com.pl 39. Pitchford P., 2008, Odżywianie dla zdrowia, Galaktyka, Łódź 40. Świderski F., 2003, Żywność wygodna i żywność funkcjonalna, Wydawnictwo NaukowoTechniczne, Warszawa 41. Korczak J., Janitz W., Hęś M., Nogala-Kałucka M., Gogolewski M., 1999, Stabilizacja oleju rzepakowego przy wykorzystaniu naturalnych przeciwutleniaczy, Rośliny Oleiste. Tom XX, zeszyt 2, s. 569-580 42. Wroniak M., Marcinkowska M., Ratusz K., 2010, Próba podwyższenia stabilności oksydatywnej olejów tłoczonych na zimno przy użyciu wybranych oleożywic przypraw. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych. 553, s. 227-236 43. Zaborowska Z., Przygoński K., Dziarska B., Wójtowicz E., Kupka A., 2011, Wpływ ekstraktów tymianku i rozmarynu na stabilność oksydatywną oleju słonecznikowego, Bromatologia i Chemia Toksykologiczna. Polskie Towarzystwo Farmakologiczne. XLIV, 3, s. 877-882 44. Bozin B., Mimica-Dukic N., Samojlik J., 2007, Antimicrobial and antioxidant properties of rosemary and sage (Rosmarinusofficinalis L. and Salvia officinalis L., Lamiaceae) essential oils, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 55, s. 78-85 45. Dorman H. J. D., Peltoketo A., Hiltunen R., 2003, Characterisation of the antioxidant properties of de-sodourised aqueous extracts from selected Lamiaceae herbs, Food Chemistry, 83, s. 255-262 159 Agata Jaśkowiec, Marta Krajewska, Agnieszka Starek 46. Sáenz-López R., Fernández-Zurbano P., Tena M. T., 2002, Capillary electrophoretic separation of phenolic diterpenes from rosemary, Journal of Chromatography A, 953, s. 251-256 47. Wang H., Provan G. J., Helliwell K., 2004, Determination of rosmarinic acid and caffeic acid in aromatic herbs by HPLC, Food Chemistry, 87, s. 307-311 48. Woźniak M., Ostrowska K., Szymański Ł., Wybieralska K., Zieliński R., 2009, Aktywność przeciwrodnikowa ekstraktów szałwii i rozmarynu, Żywność. Nauka. Technologia. Jakość, 4(65), s. 133-141 49. Kurzeja E., Stec M., Pawłowska-Góral K., Maciejewska-Paszek I., Pawlik M., 2009, Wpływ suszonego rozmarynu na peroksydację lipidów wybranych olejów jadalnych, Farmakologiczny Przegląd Naukowy, 5, s. 11-14 50. Nowak K., Jaworska M., Ogonowski J., 2013, Rozmaryn – roślina bogata w związki biologicznie czynne, Chemik, 67(2), s. 133-135 51. Samotyja U., Urbanowicz A., 2005, Przeciwutleniające właściwości handlowych ekstraktów z rozmarynu, Żywność. Nauka. Technologia. Jakość. 2(43), s. 184-192 52. www.sorbeco.pfg.pl 53. http://pieknieinaturalnie.blogspot.com 54. Stadler P., Kovac A., Paltauf F., 1995, Understanding lipase action and selectivity, Croatica Chemica Acta, 68(3), s. 649-674 Trwałość olejów tłoczonych na zimno Utlenianie jest główną przyczyną obniżania jakości tłuszczów, doprowadza do strat wartości żywieniowej i powstawania nieprzyjemnego smaku i zapachu produktów. Szybkość utleniania jest uwarunkowana wieloma czynnikami, m.in. składem kwasów tłuszczowych, obecnością przeciwutleniaczy oraz warunkami przechowywania (m.in. dostęp światła, dostęp tlenu, temperatura). Stabilność oksydatywna jest bardzo ważnym wskaźnikiem jakości olejów, szczególnie olejów tłoczonych na zimno. Dodatek rozmarynu do oleju uznawany jest za korzystny nie tylko z uwagi na modyfikację smaku i zapachu, ale również z uwagi na domniemane właściwości antyoksydacyjne. Słowa kluczowe: oleje tłoczone na zimno, stabilność oksydatywna, przeciwutleniacze, rozmaryn Durability of cold-pressed oils Oxidation is the main cause of decreasing the quality of fats results in loss of nutritional value and the formation of unpleasant taste and odor of products. The oxidation rate depends on numerous factors, including the fatty acid composition, the presence of antioxidants and storage conditions (including access of light, oxygen, temperature). Oxidative stability is a very important indicator of the quality of oils, especially cold-pressed oils. The addition of rosemary oil is considered beneficial not only because of the modification of the taste and odor, but also because of the alleged anti-oxidant properties. Key words: cold-pressed oils, oxidative stability, antioxidants, rosemary 160 Indeks autorów Pyrzyńska K...................................... 111 Ryczek J................................................ 7 Sentkowska A. .................................. 111 Sklarek A. ......................................... 134 Starek A. ........................................... 148 Stefanik N. ........................................ 100 Sugier D. ............................................. 17 Synowiec-Wojtarowicz A. ............... 134 Szczesio M........................................ 134 Wiench R. ......................................... 100 Wilczak J. ........................................... 49 Woźniak B. ....................................... 134 Zawadzka M. .................................... 134 Bogacz-Radomska L. ......................... 67 Dróżdż P. .......................................... 111 Gromadzka-Ostrowska J. ................... 49 Harasym J. ..............................49, 67, 85 Hüpsch-Marzec H. ............................ 100 Janeczko M. ........................................ 33 Jaśkowiec A. ..................................... 148 Kimsa-Dudek M. .............................. 134 Krajewska M..................................... 148 Luchowska K. ..................................... 17 Olesińska K. ........................................ 17 Olędzki R. ........................................... 85 Piętak M. ........................................... 134 161
