Substancje biologicznie czynne z łubinu

Substancje biologicznie czynne z łubinu
Krzysztof Gulewicz
Instytut Chemii Bioorganicznej PAN, Poznań
Cechy łubinu jako rośliny ekologicznej
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Ważna z punktu ekonomicznego
Małe wymagania glebowe i klimatyczne
Nie wymaga nawożenia azotowego
Pozostawia ogromną masę organiczną w glebie
Poprawia warunki wodno-powietrzne gleby
Udostępnia makro- i mikroelementy
Czynniki antyżywieniowe występujące w
nasionach roślin motylkowatych
•
•
•
•
•
•
•
Fitohemaglutyliny (lektyny)
Inhibitory proteaz
Kwas fitynowy
ORR
Alkaloidy
Garbniki
Saponiny
Schemat ideowy uzyskiwania produktów i preparatów
bioaktywnych z nasion łubinu
Nasiona łubinu
Ekstrakcja
Ekstrakt
Koncentraty białkowe
Produkt wysokobłonnikowy
ORR
Ekstrakt-ORR
Skład chemiczny ekstraktu z nasion łubinu (%)
•Sacharydy
•Nielotne kwasy org.
•Białko
•Wolne aminokwasy, peptydy
•Alkaloidy
•Związki mineralne
•Inne
47.04
5.50
3.16
6.97
11.78
10.58
14.97
Wpływ preparatu łubinowego na plonowanie (dt/ha)
a) Zboża ozime
Roślina
K
Preparat
% przyrostu
Jęczmień
cv.Goplański
cv. Popiel
cv. Maron
23.8
31.5
42.5
44.2 (100)*
50.2 (100)
57.5 (200)
30.7
59.4
35.3
Pszenica
cv. Gama
50.0
60.3 (25)
38.6
Pszenżyto
cv. Dagro
42.0
69.7 (12.5)
65.0
*dawka na ha w dm3
Wpływ preparatu łubinowego na plonowanie (dt/ha)
b) Zboża jare
Roślina
Pszenica
Owies cv.
Borek
Owies cv.
Bielik
*dawka na ha w dm3
K
Preparat
% przyrostu
69.8
76.2 (25)*
9.2
42.1
47.4 (25)
12.6
48.2
54.8 (25)
13.7
Wpływ preparatu łubinowego na plonowanie (dt/ha)
c) Inne
Roślina
Ziemniaki
K
Preparat
% przyrostu
278.7
481.3 (50)*
72.7
Buraki
cukrowe
a) korzeń
b) liście
520.0
472.2
1000.3 (50)
651.8 (50)
92.6
38.0
Len
372.2
595.7 (12.5)
60.1
Pomidory
437.5
555.6 (50)
27.0
Cebula
474.2
474.5
0.0
*dawka na ha w dm3
Wpływ preparatu łubinowego na plon białka
i wartość żywieniową różnych roślin
Roślina
Plon białka kg/ha
Wartość żywieniowa
K
Preparat
NPU
Dt
BV
Jęczmień
cv.Goplański
cv. Popiel
cv. Maron
327.4
301.2
390.5
382.5
394.9
497.1
54.4 (39.0)
55.4 (46.8)
55.1 (50.6)
83.1 (87.4)
69.6 (69.7)
80.1 (85.9)
66.4 (44.6)
79.6 (67.2)
61.9 (58.9)
Pszenżyto
451.5
648.9
52.3 (59.4)
90.7 (88.9)
57.6 (66.8)
Ziemniaki
412.2
506.8
48.5 (57.5)
52.7 (67.3)
92.0 (85.4)
*w nawiasach wyniki grupy kontrolnej
Zawartość azotu azotanowego w korzeniach marchwi [ppm sm]
Miejscowość
Bachórki
Miechowice
Dobre
Osięciny
Samszyce
K
733.9
691.2
712.5
883.8
591.4
Preparat
591.4
577.2
570.1
451.2
548.7
Struktury chemoczne a-galaktozydów
A. sacharoza
B. rafinoza
C. stachioza
D. werbaskoza
E. ajugoza
Całkowita zawartość sacharozy i ORR (mg/g) w
nasionach różnych gatunków roślin oraz procentowy
udział cukrów sugars w sumie (Muzquiz et al. 1998)
Oligosacharydy w przewodzie pokarmowym
człowieka
Gibson i in. 1995
Metabolizm oligosacharydów
Oligosacharydy
Bacteroides spp
Clostridium spp
Coprococcus spp
Escherichia spp
Eubacterium spp
Fusobacterium spp
Megaspaera spp
Mitsuokella spp
Ruminococcus spp
Veillonella spp
Bifidobacterium
spp
Lactobacillus
acidophilus group
Bacillus spp
Produkty finalne :
Produkty finalne:
•Produkty gazowe
•Ślady kwasów
•Kwasy organiczne
•Brak prod. gazowych
Toksyczne metabolity produkowane przy
uczestnictwie szkodliwych bakterii jelitowych
 amoniak, aminy LT
 nitrozoaminy, indol, skatol, drugorzędowe
kwasy żółciowe, estrogeny C, CP
 fenole, kresole CP
 aglikony M
 inne
Wpływ bifidobakterii na organizm
1. Podczas fermentacji cukrów produkują kwasy mlekowy i
octowy, które obniżają pH jelita grubego.
2. Hamują wzrost i rozwój bakterii patogennych jak:
Clostridium, E. coli, Salmonella, Shingella, Listeria, etc.
3. Ich obecność w jelicie grubym zapobiega i zmniejsza
ryzyko chorób nowotworowych
4. Posiadają zdolność produkcji witamin grupy B i kwasu
nikotynowego
5. Stymulują absorpcję takich jonów jak: Ca, P, Fe
Implikacje zdrowotne przyjmowania
oligosacharydów w diecie
• Redukuje poziom toksycznych i szkodliwych
metabolitów i enzymów
• Zapobiega przed patogenną i samoczynną biegunką
• Stymuluje perystaltykę jelit i zwiększa wilgotność kału,
co zapobiega zaparciom
• Przeciwdziała zatruciu wątroby
• Redukuje poziom cholesterolu w surowicy krwi
• Obniża ciśnienie krwi
(Lit: Kato et al. 1992, Saito et al.. 1992, Hirota 1990, Takasoye et al..1990,
Kurmann & Rasic 1991, Susuki et al. 1991 )
Zmiany profilu mikroflory bakteryjnej jelita grubego
człowieka w trakcie przyjmowania oligosachardów
sacharoza
Bacteroides
Fusobacterium
Clostridium
Bifidobacterium
fructooligosacharydy
inulina
Gibson et al. 1995
Bakterie rodzaju Bifidobacterium
•
•
•
•
•
Nieprzetrwalnikowe Gram + pałeczki - dł. komórki 2-5 mm
Organizmy bez- lub relatywnie beztlenowe
Optymalne warunki życia 210C-450C; pH 5,0-8,0
Rozwój i reprodukcja zależy od tak zwanych czynników
bifidogennych
Bakterie heterofermentatywne
Prebiotyki
Niestrawialne składniki żywności, które korzystnie wpływają na zdrowie
człowieka przez selektywną stymulację rozwoju i aktywności korzystnych
bakterii w jelicie grubym (Gibson and Roberfroid 1995)
Kryteria które musza spełniać czynniki prebityczne :




aktywność w stosunku do bakterii jelitowych
możliwość stosowania w małych dawkach
pochodne spożywczych polisacharydów
pozbawione kancerogennych właściwości
Schemat ideowy izolacji i oczyszczania ORR z
nasion łubinu
nasiona
imbibicja
wytrącenie
Oczyszczanie:
Chromatografia absorpcyjna
Chromatografia jonowymienna
ekstrakcja
inaktywacja galaktozydaz
ORR
Skład chemiczny różnych preparatów ORR (%)
cukier
łubin
soczewica
groch
sacharoza
rafinoza
stachioza
werbaskoza
Suma
9.10
30.20
46.97
10.76
97.03
12.15
15.63
59.26
11.51
98.55
21.30
4.00
51.50
19.50
95.30
Toksyczność ostra preparatów ORR
Preparat
LD50 mgkg-1 masy
ciała
Lubin
Groch
Soczewica
>4000
>4000
>4000
Wpływ łubinowego i grochowego preparatu ORR na
żywotność tymocytów myszy
%
żywych
komórek
Preparat
Stężenie
preparatu mg mL-1
%
kontroli
Kontrola
Łubin
10
50
100
87
84
85
83
100.0
98.8
97.0
95.4
Groch
10
50
100
87
86
86
100
98.8
98.8
Schemat eksperymentu
Injekcja ORR do komory powietrznej jaja
Stosowane oligosacharydy :
ORR, rafinoza, FOS, inulina
Stosowane dawki:
- 1.763 mg/jajo w 0.2mL roztworze Ringera
Czas injekcji:
- 12 dzień embriogenezy
- Wielkość grup eksperymentalnych :
- 100 jaj/grupę
Pobieranie kału w drugim i czterdziesto
drugim dniu po wylęgu dla analiz mikrob.
Analiza wybranych cech mięsnych brojlerów
i poziomu lipoprotein we krwi
Wpływ różnych oligosacharydów na liczbą
bifidobakterii w kale (CFU/g)
1,4
C
C
1,2
x 1 000 000 000
1
B
0,8
D
0,6
0,4
0,2
A
0
C
RFO (L)
RFO (H)
R
FO
Wpływ preparatu ORR na liczbę bifidobakterii w caecum
sześciotygodniowych brojlerów
1,6E+07
c
CFU / g of caecum
1,4E+07
1,2E+07
d
1,0E+07
8,0E+06
6,0E+06
4,0E+06
2,0E+06
a
b
0,0E+00
C
0,69
3,43
6,87
Wpływ preparatu ORR podanego in ovo na śmiertelność i
wybrane cechy brojlerów
Cecha
Grupa I
Kontrola
Grupa II
0.69 mg/jajo
Grupa III
3.43 mg/jajo
Śmiertelność (%)
13,2 a
7,4 b
7,6 b
Masa ciała (g)
1755 ±95 a
1853 ±86 a
1817±98 a
1808 ±92 a
Zużycie paszy
(kg/kg)
Tusza (% masy
ciała)
1,90 ± 0,2a
1.82 ±0.1 b
1.87 ±0.1 a
1.89 ±0.3 a
70.8 ±2.8 a
72. 8 ±2. 7 a
71.6 ±2.7 a
75.1 ±1.7 b
Mięśnie piersiow
(% w tuszy)
Tłuszcz okołojel.
(% w tuszy)
Eur. Indeks
Produk.
18.2 ±1.2 a
19.3 ±1.2 a
19.8 ±2.4 a
20.4 ±1.7 a
1.74 ± 0.2 a
1.85 ± 0,6 a
1.55 ± 0.5 a
2.16 ± 0.9 a
225
230
222
217
*Różnice statystyczne przy p< 0,05
Grupa IV
6.87
mg/jajo
7.5 b
Wpływ oligosaccharydów podanych in ovo na poziom
lipoprotein 6-tygodniowych brojlerów
Grup
mg/dl
FOS
ORR
SACH
Kontrola
200.4 ±
19.2 . a
184.8 ±
19.2 a
224.2 ±
19.2 a
203.2 ±
19.2 a
HDL
87.9 ±
5.2 a
91.3 ± 5.2
a
86.5 ±
5.2 a
82.3 ±
5.2 a
LDL
101.8 ±
19.2 a
82.9 ±
19.2 a
126.6 ±
19.2 a
110.0 ±
19.2 a
53.5 ±
13.6 a
52.8 ±
13.6 a
55.5 ±
13.6 a
54.3 ±
13.6 a
49.3 ± 1.8
a
50.3 ± 1.8
ab
52.3 ± 1.8
ab
54.7 ± 1.8
b
Całkowity
cholesterol
Trójglicerydy
Cał. cholesterol
(mięsień piers.)
Skład chemiczny okrywy nasiennej
łubinu po procesie odgoryczania (% sm.)
•Związki nieorganiczne
2.45
•Azot
0.80
•Lipidy ogólne
1.18
•Błonnik pokarmowy (NR)
89.04*
•Błonnik pokarmowy (R)
7.12
•Beta –glukan ogólny
0.65
*79% celuloza, 13% hemiceluloza, 7% lignina
Produkty naturalne i preparaty bioaktywne z
nasion łubinu gorzkiego
Nasiona łubinu
Koncentrat białkowy (66%)
Produkt wysokobłonnikowy (18%)
Preparat ORR (5%)
Preparat plonotwórczy (11%)