Związki fenolowe – charakterystyka i znaczenie w technologii żywności (Jeszka M., Flaczyk E., Kobus-Cisowska J., Dziedzic K.).pdf - Rozne - katasza1982

N auka P rzyroda T echnologie

2010

Tom 4

Zeszyt 2

ISSN 1897-7820 http://www.npt.up-poznan.net

Dział: Nauki o Żywności i Żywieniu

M AGDALENA J ESZKA , E WA F LACZYK , J OANNA K OBUS -C ISOWSKA , K RZYSZTOF D ZIEDZIC

Katedra Technologii Żywienia Człowieka

Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

ZWIĄZKI FENOLOWE – CHARAKTERYSTYKA I ZNACZENIE

W TECHNOLOGII ŻYWNOŚCI

Streszczenie. W artykule omówiono klasyfikację i charakterystykę związków fenolowych, a także

ich występowanie w surowcach żywnościowych. Przedstawiono również znaczenie polifenoli

w kształtowaniu jakości i stabilności żywności oraz ich funkcję jako przeciwutleniczy.

Słowa kluczowe: związki fenolowe, antyoksydanty roślinne, żywność

Wstęp

Polifenole są to wtórne metabolity roślinne o bardzo zróżnicowanej strukturze, ma-

sie cząsteczkowej i właściwościach fizycznych, biologicznych i chemicznych. Występu-

ją we wszystkich częściach roślin: kwiatach, owocach, nasionach, liściach, korzeniach,

korze i częściach zdrewniałych roślin (H ERMANN 1978). Związki te odgrywają istotną

rolę we wzroście i reprodukcji rośliny, ale także w kształtowaniu cech sensorycznych

żywności. Nadają specyficzny cierpki i gorzki smak, są odpowiedzialne za barwę,

włóknistość, a także mogą powodować zmętnienia i osady w takich rodzajach żywności

przetworzonej, jak soki, wina i napoje (A LASALVAR 2001). Jest to bardzo zróżnicowana

pod względem chemicznym grupa składników, a jej skład zależy od gatunku rośliny,

odmiany, warunków klimatycznych i agrotechnicznych uprawy.

Jedną z ważniejszych grup polifenoli są flawonoidy, które ze względu na zróżnico-

waną strukturę chemiczną i różnorodność wynikającą z przyłączania podstawników,

zwłaszcza reszt cukrowych, pełnią wiele ważnych funkcji w roślinie. Biorą one udział

w morfogenezie, przepływie energii, determinacji płci, fotosyntezie, oddychaniu, regu-

lacji ekspresji genów, regulacji syntezy hormonów wzrostu (Ł UKASZEWICZ 2004, W IL-

SKA -J ESZKA 2007).

Fenolokwasy w roślinach występują głównie w formie związanej, jako składowe li-

gnin i tanin hydrolizujących, w postaci estrów oraz glikozydów. Kwasy hydroksycyna-

Jeszka M., Flaczyk E., Kobus-Cisowska J., Dziedzic K., 2010. Związki fenolowe – charakterystyka i znaczenie

w technologii żywności. Nauka Przyr. Technol. 4, 2, #19.

monowe występują najczęściej w połączeniach estrowych, podczas gdy kwasy hydrok-

sybenzoesowe są obecne w roślinach głównie jako glikozydy. Ponadto w tkankach

roślinnych zidentyfikowano połączenia fenolokwasów z innymi naturalnymi związka-

mi, np. flawonoidami, kwasami tłuszczowymi, sterolami lub z polimerami ścian ko-

mórkowych (np. lignany stanowią składnik ścian komórkowych) (Ł UKASZEWICZ 2004,

W ILSKA -J ESZKA 2007).

W liściach polifenole chronią roślinę przed promieniowaniem UV, a także aparat fo-

tosyntetyczny przed ujemnym wpływem światła w części zakresu widzialnego. Fenolo-

kwasy stanowią substraty w reakcjach biosyntezy (np. kwas kawowy jest prekursorem

lignin), zachodzącej w celu ochrony rośliny przed szkodliwym działaniem promienio-

wania ultrafioletowego. Dowodem na to jest fakt, że mutanty rośliny Arabidopsis , nie-

zdolne do syntezy związków fenolowych, są bardziej niż inne rośliny podatne na nisz-

czące działanie promieni ultrafioletowych (B IEZA i L OIS 2001, L ANDRY i IN . 1995).

Bardzo ważną rolą związków polifenolowych jest także transport cukrów w postaci

glikozydów z liści do innych części rośliny. Flawonoidy umożliwiają regulację ciśnie-

nia osmotycznego w roślinie w okresie suszy lub podczas działania niskiej temperatury

oraz zapobiegają stresowi oksydacyjnemu związanemu ze stresem mechanicznym,

cieplnym i wodnym (Ł UKASZEWICZ 2004).

Antocyjany tworzą kompleksy z metalami i w ten sposób uczestniczą w kształtowa-

niu gamy barw kwiatów, dzięki czemu wabią owady zapylające i zwierzęta przenoszące

nasiona (M ITEK i G ASIK 2009).

Taniny chronią roślinę przed szkodliwym działaniem owadzich enzymów i mikro-

organizmów pochodzących z otoczenia, tworząc kompleksy z ich białkami (W ILSKA -

-J ESZKA 2007).

W zależności od fazy rozwoju rośliny zmienia się zawartość związków fenolowych.

I tak na przykład w czasie dojrzewania pomidorów wzrasta ilość kwasów fenolowych.

Podobnie w dojrzałych owocach, np. w truskawkach, występuje więcej polifenoli niż

w niedojrzałych, natomiast w dojrzałych jabłkach obserwuje się obniżenie poziomu

zawartości kwasów: kawowego, p -kumarowego oraz ferulowego nawet dziesięciokrot-

nie (W ILSKA -J ESZKA 2007). Zawartość kwasu chlorogenowego w niedojrzałym ziarnie

kawy jest największa i ulega zmniejszeniu w miarę dojrzewania ziarna (C ASSIDY i IN .

2000, B UDRYN i N EBESNY 2006).

Roślinne polifenole powstają na drodze dwóch podstawowych cyklów przemian me-

tabolicznych. W cyklu metabolicznym kwasu szikimowego powstają kwasy hydroksy-

cynamonowe i kumaryny, natomiast proste fenole i chinony tworzą się w wyniku prze-

mian kwasu octowego. Bardziej złożone strukturalnie flawonoidy powstają w wyniku

połączenia tych dwóch cykli (M ITEK i G ASIK 2007).

Charakterystyka związków fenolowych i ich występowanie

Ze względu na strukturę podstawowego szkieletu węglowego wyróżniono cztery

grupy związków fenolowych: fenolokwasy, flawonoidy, stilbeny i lignany (K ING i Y OUNG

1999, P IETTA 2000).

Tak jak wspomniano wyżej, fenolokwasy są hydroksylowymi pochodnymi kwasu

benzoesowego (rys. 1) lub cynamonowego (rys. 2). Te ostatnie są szczególnie rozpo-

Jeszka M., Flaczyk E., Kobus-Cisowska J., Dziedzic K., 2010. Związki fenolowe – charakterystyka i znaczenie

w technologii żywności. Nauka Przyr. Technol. 4, 2, #19.

R 1

COOH

Kwas

R 1

R 2

p -Hydroksybenzoesowy -H

-H

Protokatechowy

-H

-OH

R 2

Galusowy

-OH

Rys. 1. Podstawowe struktury chemiczne kwasów hydroksybenzoesowych

Fig. 1. Basic chemical structures of hydroxybenzoic acids

Kwas

R 1

R 2

R 1

COOH

Ferulowy

-OCH 3 -H

Kawowy

-H

-OH

Sinapowy

-OCH 3 -OCH 3

R 2

p -Kumarowy

-H

Rys. 2. Podstawowe struktury chemiczne kwasów hydroksycynamonowych

Fig. 2. Basic chemical structures of hydroxycinnamic acids

wszechnione wśród roślin i różnią się miejscem podstawienia grup hydroksylowych

i metoksylowych w szkielecie podstawowym. Występują zwykle w połączeniach

z innymi związkami, ale w środowisku kwaśnym po podgrzaniu może zachodzić hydro-

liza wiązań estrowych i glikozydowych, co powoduje wzrost ilości wolnych fenolokwa-

sów. Zdolność grupy karboksylowej do odbierania elektronu ma niekorzystny wpływ na

właściwości donorowe hydroksybenzoesanu, dlatego też pochodne kwasu cynamono-

wego są bardziej efektywnymi przeciwutleniaczami niż pochodne kwasu benzoesowego

(M ITEK i G ASIK 2007).

Najpopularniejszymi kwasami hydroksybenzoesowymi są: kwas protokatechowy

i p -hydroksybenzoesowy, które występują w czarnej porzeczce oraz czerwonych owo-

cach, w truskawkach, malinach i jeżynach, także w czerwonej cebuli i rzodkiewkach.

Do kwasów hydroksybenzoesowych należy również silny przeciwutleniacz – kwas

galusowy, zawierający dodatkowo dwie grupy hydroksylowe, którego bogatym źródłem

są: herbata, truskawki, maliny, jeżyny i cebula (W ILSKA -J ESZKA 2007).

Popularnym przedstawicielem kwasów hydroksycynamonowych jest kwas kawowy,

o bardzo dużej aktywności przeciwutleniającej. Występuje m.in. w jabłkach, gruszkach,

śliwkach, liściach, np. Ginkgo biloba , Morus alba , liściach tytoniu, kawie, ziemniakach,

szpinaku, sałacie, kapuście, oliwie z oliwek czy też w winie (J ESZKA i K OBUS 2008,

K OBUS i IN . 2009). Kolejny z tej grupy kwasów fenolowych – kwas ferulowy – wystę-

puje w nasionach pszenicy, jęczmienia, żyta i owsa. Kwas p -kumarowy występuje

w owocach, m.in. w jabłkach, czarnej porzeczce i w zbożach, w tym w otrębach zbóż,

natomiast źródłem kwasu sinapowego są warzywa z rodziny Brassica , np. brokuły,

jarmuż, a także soki cytrusowe (C LIFFORD 2000, K ING i Y OUNG 1999).

Jeszka M., Flaczyk E., Kobus-Cisowska J., Dziedzic K., 2010. Związki fenolowe – charakterystyka i znaczenie

w technologii żywności. Nauka Przyr. Technol. 4, 2, #19.

Z połączenia grupy karboksylowej kwasu kawowego z grupą fenolową kwasu chi-

nowego powstają estry, czyli grupa kwasów chlorogenowych (rys. 3), których znaczne

ilości obecne są w kawie ( Coffea robusta ), nasionach kakaowca, owocach aronii i czar-

nej jagody, owocach i liściach morwy oraz w przyprawach ziołowych (C LIFFORD 2000,

G AWLIK -D ZIKI 2004, J ESZKA i F LACZYK 2008, K ING i Y OUNG 1999, W ILSKA -J ESZKA

2007).

O C

HOOC

Rys. 3. Struktura chemiczna kwasu chlorogenowego

(kwas 5’-kawoilochinowy)

Fig. 3. Chemical structure of chlorogenic acid (5- O -

-caffeoylquinic acid)

Największą i najbardziej zróżnicowaną grupę związków fenolowych znajdujących

się w roślinach stanowią flawonoidy (rys. 4). Odgrywają one istotną rolę w kształtowa-

niu smaku i barwy warzyw, owoców i produktów spożywczych otrzymywanych

w wyniku ich przetwarzania np. wina, herbaty i czekolady. Występują nie tylko jako

wolne cząsteczki, czyli aglikony, lecz także – i to znacznie częściej – w formie związa-

nej z cukrami, czyli jako glikozydy.

Rys. 4. Podstawowa struktura chemiczna flawo-

noidów: A – pierścień benzenowy, B – pierścień

fenylowy, C – pierścień piranowy

Fig. 4. Basic chemical structure of flavonoids:

A – benzene ring, B – phenyl ring, C – pyran

ring

W zależności od położenia pierścienia fenolowego i stopnia utlenienia pierścienia

piranowego flawonoidy podzielono na następujące klasy: flawony, flawanony, flawono-

le, flawanole (katechiny i proantocyjanidyny), izoflawony, antocyjany oraz chalkony

(C ZECZOT 2000, K ING i Y OUNG 1999, R ICE -E VANS 2004, W ILSKA -J ESZKA 2007).

Flawony występują głównie jako glikozydy luteoliny i apigeniny (rys. 5). Znajdują

się w warzywach, kwiatach, zbożach, przyprawach i ziołach, m.in. w pietruszce, sele-

rze, prosie, pszenicy, dzikiej róży, bzie, mięcie, tymianku i podbiale (K ING i Y OUNG

1999, Y AO i IN . 2004).

Flawanony (rys. 6) w największej ilości występują w pomidorach, mięcie, czarnuszce

i owocach cytrusowych. W grejpfrutach występuje naringina, będąca neohesperozydem

Jeszka M., Flaczyk E., Kobus-Cisowska J., Dziedzic K., 2010. Związki fenolowe – charakterystyka i znaczenie

w technologii żywności. Nauka Przyr. Technol. 4, 2, #19.

R 1

R 2

Flawon

R 1

R 2

Luteolina

-OH

Apigenina

-H

-OH

Rys. 5. Podstawowe struktury chemiczne flawonów

Fig. 5. Basic chemical structures of flavons

R 1

R 2

Flawanon

R 1

R 2

Naringenina - H

-OH

Hesperetyna -OH

-CH 3

Rys. 6. Podstawowe struktury chemiczne flawanonów

Fig. 6. Basic chemical structures of flavanons

naringeniny, a w cytrynach – narirutyna, czyli rutynozyd naringeniny (W ILSKA -J ESZKA

2007, Y AO i IN . 2004). Kolejnym przedstawicielem tej grupy związków jest hesperydy-

na obecna w pomarańczach, czyli glikozyd, którego część cukrową stanowi disacharyd

L-ramnozylo-D-glukoza i hesperetyna. Znajduje się ona w albedo i skórkach owoców,

tak jak inne flawanony, tak więc całe owoce są kilkakrotnie bogatsze w te związki niż

soki pozyskane z ich miąższu (W ILSKA -J ESZKA 2007).

Głównymi przedstawicielami flawonoli (rys. 7) są pochodne glikozydowe kwerce-

tyny, np. 3-O-ramnoglukozyd kwercetyny (rutyna) oraz kempferolu. Są gromadzone

w zewnętrznych partiach tkanek liści i skórce owoców, ponieważ synteza flawonoli

zachodzi z udziałem światła. Do roślin bogatych w te związki należą: cebula, żurawina,

szczypiorek, owoce jagodowe, jarmuż, papryka, skórka jabłek, brokuły, liście Ginkgo

biloba , herbata, kapusta włoska, liście Morus alba (A HERNE i O’B RIEN 2002, J ESZKA

2006, J ESZKA i F LACZYK 2008, K ING i Y OUNG 1999, K OBUS i IN . 2009).

Izoflawony (rys. 8) to kolejna grupa związków należących do flawonoidów, często

zwana fitoestrogenami. Soja i rośliny strączkowe, takie jak: różne gatunki fasoli, so-

czewica, fasolka szparagowa, bób czy groch są bogate w β-D-glikozydowe formy izo-

flawonów, np. genisteinę i daidzeinę. Inne źródła izoflawonów to: pszenica i jej kiełki,

żyto, ryż, otręby, chmiel (C ASSIDY i IN . 2000, R ICE -E VANS 2004, W ILSKA -J ESZKA

2007).

Flawanole występują jako aglikony w formach monomerycznej i spolimeryzowanej.

W formie monomerycznej flawanole są nazywane katechinami (rys. 9) i znajdują się

Związki fenolowe – charakterystyka i znaczenie w technologii żywności (Jeszka M., Flaczyk E., Kobus-Cisowska J., Dziedzic K.).pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: