Fenolien eristäminen kasveista

Fenolisten yhdisteiden merkitys elintarvikkeissa

Satu Vuorela

Fenolit

Synteettisiä fenoleita ja luonnon fenoleita

Fenoliset yhdisteet ovat yleisiä kasveissa.

Fenoliset yhdisteet suojaavat kasvia mm. tuholaisilta ja antavat suojaa huonoja olosuhteita vastaan.

Kasviöljy: fenolit jäävät yleensä puristusjätteeseen, oliiviöljy on poikkeus. Neitsytoliiviöljyssä on paljon fenolisia yhdisteitä (terveysvaikutus).

Kasviuutteet: fenolit menevät vesipohjaiseen uutteeseen, koska ne ovat yleensä poolisia.

Luonnon fenoliset yhdisteet

Merkitys: kasvien puolustautuminen erilaisia ulkoisia haittatekijöitä vastaan. Sekundaarisia kasvien metaboliatuotteita.

* huonoina kesinä ja huonoissa paikoissa kasvavissa kasveissa on enemmän fenolisia yhdisteitä kuin hyvinä kesinä kasvit puolustautuvat!

Todettu olevan merkitystä elintarvikkeiden säilyvyydelle: voidaan käyttää luonnollisina lisäaineina

Todettu positiivisia vaikutuksia ihmisen terveydelle: antioksidanttivaikutus, tulehduksen estovaikutus, bakteerien kasvun esto. Näitä positiivisia vaikutuksia kutsutaan yhteisnimellä bioaktiivisuus.

Hapettuminen

Mikrobiologisen pilaantumisen ohella merkittävin elintarvikkeita pilaava ilmiö.

Happi ”hyökkää” rasvojen kaksoissidoksiin ja muuttaa ne hydroperoksideiksi. Nämä primääriset hapettumistuotteet ovat pysymättömiä ns. radikaaliyhdisteitä (happiradikaalit).

Kun hapettuminen etenee edelleen, nämä primääriset hapettumistuotteet muuttuvat edelleen sekundäärisiksi hapettumistuotteiksi. Nämä hapettumistuotteet ovat rakenteeltaan yleensä aldehydejä tai ketoneja.

Tässä vaiheessa hapettumistuotteet ovat haihtuvia eli niiden muodostuminen voidaan havaita haistamalla (härskin rasvan haju).

Hapettuminen tapahtuu kaksoissidoksissa, joten sellainen rasva, missä on paljon tyydyttymättömiä rasvahappoja, hapettuu nopeammin (auringonkukkaöljy hapettuu nopeammin kuin rypsiöljy, koska siinä on enemmän kaksoissidoksia).

Rasvan hapettuminen Alkuvaihe:

RH + O2 -->R· + ·OHR· + O2 --> · + ROO· muodostuu happiradikaaleja · -merkki

Etenemisvaihe:

ROO· + RH --> R· + ROOH ROOH--> RO· + HO·

Loppuvaihe:

R· + R· --> RR R· + ROO·--> ROOR ROO· + ROO· --> ROOR + O2

Hapettumisen mittaaminen

mittaamalla spektrofotometrisesti hydroperoksidien määrää (Tämä työ tehdään tällä kurssilla)

peroksidiluku: mittaa primääristen hapettumistuotteiden määrää rasvassa

anisidiiniluku: mittaa sekundääristen hapettumistuotteiden määrää rasvassa

headspace-kaasukromatografisesti: rasva laitetaan kaasukromatografin näytepulloon ja laite mittaa haihtuvien eli sekundääristen hapettumistuotteiden määrää pullon ilmatilasta (Tämä laite on käytössä mm. yliopistolla Viikissä)

Hapettumista voidaan mitata seuraamalla muodostuvien hapettumistuotteiden määrää.

Kun halutaan tutkia antioksidanttivaikutusta, tällöin yleensä verrataan materiaalin hapettumisen estovaikutusta eli inhibitiota. Jos materiaali estää hapettumisen kokonaan tiettynä aikana, sen inhibitioprosentti on 100. Jos sillä ei ole mitään vaikutusta, sen inhibitioprosentti on 0. Jos mitään antioksidanttia ei lisätä (negatiivinen kontrolli), myös tällöin inhibitio on 0.

Monet luonnonmateriaalit ovat tehokkaita antioksidantteja. Tällöin niiden inhibitioprosentit ovat 95-100 %. Tällaisia ovat esim. mustikka, vadelma, mänty, rypsi, omena, viinirypäle.

Usein antioksidantit toimivat parhaiten vain tietynlaisessa ympäristössä. Paljon rasvaa sisältävissä tuotteissa toimivat parhaiten pooliset antioksidantit. Poolittomat antioksidantit toimivat taas vähemmän rasvaa sisältävissä tuotteissa.

Tutkittu paljon eri luonnonmateriaaleja.

Suomessa kasvavissa kasveissa hyviä fenolisten yhdisteiden lähteitä ovat mm. mustikka, vadelma, mänty, omena, kahvi, sipuli, punakaali.

Fenolisten yhdisteiden kokonaismäärä ei aina kerro bioaktiivisuudesta, koska eri fenolit toimivat eri tavoin ja toiset tehokkaammin kuin toiset. Lisäksi fenolisten yhdisteiden kokonaisvaikutus on tärkeää (synergia).

Fenolisten yhdisteiden esiintyminen erilaisissa kasveissa

Fenoliset hapot

Flavonoidit

Isoflavonoidit

Lignaanit

Stilbeenit

Fenoliset polymeerit (mm. tanniinit)

syanidiini-3-glukosidi

Eräitä luonnon fenoleita

Eräiden fenolisten yhdisteiden rakenteita

Sinappihappo, fenolinenhappo

Tyrosoli, oliivin fenolinenyhdiste

Vadelman ellagitanniini

Kversetiini, sipulin keltainen väriaine

Syanidiini-3-glukosidi,marjojen sininen flavonoidi

Erilaisia flavonoideja

Antosyaanien ominaisuudet

Antosyaanit ovat mm. marjojen sinipunaisia värejä

Antosyaanien väri riippuu pH:sta

Väri on syvimmillään kun pH on 1,0

Emäksisessä pH:ssa antosyaanit ovat värittömiä

Hedelmämehut: Kun pH on 4,5, antosyaanit ovat lähes värittömiä. Jos mehuissa on mukana keltaisia flavonoideja, väri muuttuu vihreäksi ja lopulta keltaiseksi.

Antosyaanien ominaisuudet

Antosyaanien väri riippuu pH:sta

Väri on syvimmillään kun pH on 1,0

Emäksisessä pH:ssa antosyaanit ovat värittömiä

Hedelmämehut: Kun pH on 4,5, antosyaanit ovat lähes värittömiä. Jos mehuissa on mukana keltaisia flavonoideja, väri muuttuu vihreäksi ja lopulta keltaiseksi.

Antosyaanien väri riippuu pH:sta (mustaherukkamehu)

Kiinteän materiaalin homogenointi

Osa fenoleista on valonarkoja mm. antosyaanit. Tällöin pitää suojata näytteet valolta.

Fenolit voidaan uuttaa esim. kuumalla vedellä, käyttämällä entsyymejä tai poolisilla orgaanisilla liuottimilla kuten etanoli/metanoli/asetoni-vesi –seoksella. Uuttaminen suoritetaan usein ravistelevassa vesihauteessa, jossa lämpötila on 50-80 astetta. Jotkut fenolit ovat herkkiä lämmölle, joten aina korkeita lämpötiloja ei voida käyttää.

Jotkut näytteet pitää vielä puhdistaa esim. kiinteäfaasipylväällä.

Fenolien eristäminen kasveista

Jos näyte uutetaan orgaanisella liuottimella, se pitää liuottaa veteen ennen fenolimääritystä. Näyte siis haihdutetaan kuiviin ja lisätään sama määrä vettä. Tämän jälkeen voidaan lisätä määritykseen tarvittavat reagenssit.

Koska fenolimäärityksessä näyte pitää olla vedessä, fenolit voidaan määrittää suoraan mehusta. Tarvittaessa näyte pitää laimentaa ennen reagenssien lisäämistä. Jos absorbanssi on yli 1, pitää tehdä uusi määritys laimennnetulla näytteellä. Näytettä, johon reagenssit on jo lisätty, ei voi laimentaa.

Standardiaineena on gallihappo. Tästä tehdään standardisuora.

Fenolipitoisuuden määritys mehusta