background image

Bioaktywne składniki żywności funkcjonalnej    

Ćwiczenie 1   

część teoretyczna 

 

___________________________________________________________________________ 

 

__________________________________________________________________________________________ 

K

ATEDRA 

T

ECHNOLOGII 

F

ERMENTACJI I 

M

IKROBIOLOGII 

T

ECHNICZNEJ

 

http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/

 

W

PŁYW CZYNNIKÓW FIZYKO

-

CHEMICZNYCH ORAZ 

WARUNKÓW PRZECHOWYWANIA NA WŁAŚCIWOŚCI 

PRZECIWUTLENIAJĄCE WYBRANYCH PRODUKTÓW 

ŻYWNOŚCIOWYCH 

 

 

Metody oznaczania przeciwutleniaczy 

W  ciągu  ostatnich  kilkunastu  lat  ukazały  się  setki  publikacji  na  temat 

przeciwutleniających  właściwości  owoców,  warzyw,  napojów.  Olbrzymie  zróżnicowanie  w 
budowie,  funkcji  i  pochodzeniu  tak  utleniaczy,  jak  i  reaktywnych  form  tlenu,  wymusiło 
powstanie licznych metod badawczych. Nie jest bowiem możliwe analizowanie tym samym 
sposobem  tak  różnych  związków  jak  enzymy,  duże  białka,  niskocząsteczkowe 
przeciwutleniacze  czy  hormony.  Z  drugiej  strony  te  rozmaite  antyoksydanty  mogą 
oddziaływać w odmienny sposób, w zależności od rodnika czy utleniacza, środowiska reakcji 
i  obecności lub  braku innych substancji. Przeciwutleniacz „wyspecjalizowany” w zmiataniu 
tlenu singletowego może nie działać na rodniki peroksylowe i odwrotnie. Właśnie z powodu 
tak licznych i różnorodnych mechanizmów, jak również zróżnicowania środowiska reakcji nie 
ma możliwości, by jedna metoda mogła dokładnie opisywać wszystkie źródła rodników i/lub 
przeciwutleniaczy. 

W  czerwcu  2004  roku,  w  Orlando,  odbył  się  I  Międzynarodowy  Kongres  na  temat 

metod oceny przeciwutleniaczy. Jego głównym zadaniem było zaproponowanie kilku metod 
analitycznych, które mogłyby zostać wystandaryzowane w celu rutynowej oceny pojemności 
antyoksydacyjnej w żywności. 

Jak  dotąd  nie  ma  jednej,  pełnej  klasyfikacji  stosowanych  technik  pomiarowych. 

Większość 

badań 

opiera 

się 

na 

ocenie 

aktywności 

czy 

tzw.  pojemności  antyoksydacyjnej,  będącej  sumą  właściwości  poszczególnych  związków 
zawartych  w  badanym  materiale.  Inne  metody  oceniają  przeciwutleniacze  ilościowo  i 
jakościowo, nie uwzględniając ich aktywności. 
 
 
 

Wszystkie  metody  służące  do  oceny  przeciwutleniaczy,  zarówno  ich  ilości,  jak  

i aktywności, można podzielić na: 

 

chromatograficzne 

           - na płaszczyznach - chromatografia bibułowa i cienkowarstwowa (TLC),  
           - na kolumnach - chromatografia cieczowa (HPLC) i gazowa (GC),  

 

spektrofotometryczne,  

 

kolorymetryczne, 

 

elektrochemiczne: 

      - woltamperometria cykliczna (CV), 

            - spektroelektrochemia,  

 

elektronowy rezonans paramagnetyczny (EPR). 

 
Antyoksydanty  mogą  inaktywować  wolne  rodniki  na  dwa  sposoby,  przez  transfer 

atomu 

wodoru 

(HAT) 

lub 

pojedynczego 

elektronu 

(SET). 

związku 

background image

Bioaktywne składniki żywności funkcjonalnej    

Ćwiczenie 1   

część teoretyczna 

 

___________________________________________________________________________ 

 

__________________________________________________________________________________________ 

K

ATEDRA 

T

ECHNOLOGII 

F

ERMENTACJI I 

M

IKROBIOLOGII 

T

ECHNICZNEJ

 

http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/

 

z tym metody określające pojemność antyoksydacyjną można też podzielić na odpowiednie 
dwie grupy. 
 

1)  Metody  oparte  o  mechanizm  HAT  (np.  ORAC,  TRAP)  mierzą  zdolność 

przeciwutleniacza (AH) do wygaszania rodników poprzez oddanie wodoru: 

 

XH

A

X

AH



 

(1) 

 

Tego  typu  reakcje  zachodzą  szybko  i  zależą  od  pH,  rozpuszczalnika  oraz  obecności 
innych substancji redukujących, np. metali, które mogą zawyżać wynik. 

2)  Metody  oparte  o  mechanizm  SET  (np.  FRAP,  CUPRAC)  wykrywają  zdolność 

antyoksydanta do przeniesienia 

 i zredukowania rodnika czy jonów metali: 



AH

X

AH

X

 

(2) 

 

O

H

A

AH

O

H

3

2

 

(3) 

O

H

XH

O

H

X

2

3



 

(4) 

 

 

II

Me

AH

AH

III

Me



 

(5) 

 

Są to reakcje zachodzące powoli, zależne od pH i obecności jonów metali. 

Istnieją  jednak  metody,  których  nie  można  jednoznacznie  zakwalifikować  do  żadnej  z 
powyższych grup (TEAC, DPPH, metoda Folina-Ciocalteu). 

Niezależnie  od  przyjętego  podziału  najczęściej  wykorzystywane  są  metody 

chromatograficzne  i  spektrofotometryczne.  Szerokie  zastosowanie  w  badaniach  glikozydów 
flawonoidowych znalazła chromatografia (gr. chróma, -atos ‘kolor’ + gráphein ‘pisać’). Jest 
to metoda analizy chemicznej polegająca na określeniu składu mieszaniny przez rozdzielenie 
jej  na  składniki  lub  frakcje,  dzięki  ich  różnemu  zachowaniu  w  dwufazowym  układzie 
złożonym  z  fazy  nieruchomej  (stacjonarnej)  oraz  ruchomej,  która  w  określonym  kierunku 
zmienia  swoje  położenie  względem  tej  pierwszej.  Chromatografia  pozwala  nie  tylko  na 
stwierdzenie  obecności  związku  w  próbce,  lecz  także  na  wnioskowanie  o  jego  ilości. 
Stosunkowo dobre zróżnicowanie glikozydów flawonoidowych ze względu na rodzaj i liczbę 
cząsteczek  cukru  oraz  ich  lokalizację,  otrzymuje  się  używając w  chromatografii 
cienkowarstwowej  jako  adsorbentu:  poliamidu,  żelu  krzemionkowego  G  lub  tlenku  glinu. 
Najczęściej stosuje się gotowe płytki chromatograficzne. 
Zasadnicze  znaczenie  dla  dobrego  rozdziału  ma  dobór  odpowiedniej  fazy  ruchomej  i 
adsorbenta. W skład fazy ruchomej wchodzą najczęściej następujące rozpuszczalniki: woda, 
kwas  octowy,  n-butanol,  octan  etylu,  kwas  mrówkowy,  benzen,  keton  metyloetylowy, 
chloroform,  aceton.  Rozdzielanie  substancji  na  cienkich  warstwach  wykonuje  się  niekiedy 
wielokrotnie, rozwijając  chromatogram  w tej samej lub  różnych  fazach  ruchomych. W celu 
rozpoznania  związków  stosuje  się  wzorzec  o  znanej  wartości  czasu  retencji  (R

f

).  Po 

dokonaniu  rozdziału  na  cienkiej  warstwie,  można  zlokalizowaną  substancję  wyeluować 
odpowiednim rozpuszczalnikiem  i oznaczyć ilościowo.  

W  wysokosprawnej  chromatografii  cieczowej  (HPLC)  fazą  ruchomą  jest  ciecz, 

przepływająca 

pod 

wysokim 

ciśnieniem 

poprzez 

warstwę 

złoża 

w  kolumnie.  Identyfikację  i  oznaczanie  składników  umożliwiają  detektory  reagujące  na 
zmiany  zachodzące  w  składzie  fazy  ruchomej  podczas  wymywania  z  kolumny  składników 
mieszanin.  Dobór  rozpuszczalników  zależy  od  właściwości  badanego  flawonoidu  i 
stosowanego  układu  detekcyjnego,  niekiedy  stosuje  się  fazę  ruchomą,  o  składzie 

background image

Bioaktywne składniki żywności funkcjonalnej    

Ćwiczenie 1   

część teoretyczna 

 

___________________________________________________________________________ 

 

__________________________________________________________________________________________ 

K

ATEDRA 

T

ECHNOLOGII 

F

ERMENTACJI I 

M

IKROBIOLOGII 

T

ECHNICZNEJ

 

http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/

 

zmieniającym się podczas procesu chromatograficznego (elucja gradientowa). Fazy ruchome 
w  chromatografii  cieczowej,  w  odróżnieniu  od  gazowej,  są  ważnym  elementem  zmiennym, 
dostarczającym  wielu  możliwości  doboru  najkorzystniejszych  warunków  rozdziału.  Sposób 
postępowania  podczas  identyfikacji  jest  zbliżony  w  obu  przypadkach,  ale  przy  objętościach 
próbek większych niż 10 mm

3

  nie  jest  konieczne  stosowanie  wzorców  wewnętrznych,  gdyż 

technika ich wprowadzania na kolumnę pozwala na uzyskanie dostatecznej powtarzalności. 
Chromatografia 

cieczowa 

znalazła 

zastosowanie 

analizie 

jakościowej 

i  ilościowej  flawonoidów.  Techniką  HPLC  można  identyfikować  monomery,  dimery  i 
trimery,  natomiast  oligomery  nadal  stanowią  wyzwanie  dla  analityków,  ze  względu  na 
trudności ze znalezieniem odpowiednich parametrów rozdziału [Schulz, Albroscheit, 1988].

 

W chromatografii gazowej (GC) fazą ruchomą jest gaz. Badania jakościowe prowadzi 

się  na  podstawie  porównania  czasu  retencji  substancji  badanej  i  wzorcowej.  Do  oznaczania 
zawartości stosuje się najczęściej metodę wzorca wewnętrznego, która eliminuje błędy przy 
wprowadzaniu próbki na kolumnę. 

Do  ilościowego  oznaczania  związków  flawonoidowych  najczęściej  wykorzystuje  się 

techniki spektrofotometryczne i kolorymetryczne.  
Metody  spektrofotometryczne  są  przydatne  do  oznaczania  czystych  substancji,  natomiast 
metodami  kolorymetrycznymi  można  oceniać  zawartość  lub  aktywność  flawonoidów  w 
ekstraktach po wstępnym oczyszczeniu. Do tej grupy należą m.in. metody: 
 

Christa-Műllera,  w  której  zawartość  flawonoidów  oznacza  się  poprzez  pomiar 

natężenia 

zabarwienia 

powstałego  w 

wyniku 

reakcji 

flawonoidu 

z trójchlorkiem antymonu, tlenochlorkiem cyrkonu, octanem uranylowym, azotanem berylu, 
kwasem borowym lub chlorkiem glinowym, 
 

Folina-Ciocalteu, 

gdzie 

flawonoidy 

tworzą 

barwny 

kompleks 

z  odczynnikiem  Folina-Ciocalteu  (mieszanina  wolframianu  sodowego,  molibdenianu 
sodowego 

siarczanu 

litu 

środowisku 

kwasu 

fosforowego 

i  solnego)  dając  zielono-niebieską  barwę;  po  utlenieniu  kompleks  oznacza  się 
spektrofotometrycznie przy długości fali 750 nm lub 784 nm, 
 

opierające  się  na  reakcjach  wygaszania  syntetycznych  wolnych  rodników  (ABTS, 

DPPH,  DMPD);  barwny  aktywny  rodnik  ulega  redukcji  przez  antyoksydanty,  obecne  w 
badanej próbce, do bezbarwnych związków, co ilościowo mierzy się spektrofotometrem przy 
długości fali 734, 515 i 505 nm odpowiednio dla w/w rodników, 
 

FRAP,  polegająca  na  pomiarze  zdolności  do  redukcji  jonu  żelazowego  2,4,6-

tripirydylo-s-triazyny 

(TPTZ); 

związek 

żelaza(III) 

reakcji 

z antyoksydantem daje barwny produktu, który oznacza się przy długości fali 593 nm, 
 

TRAP, w której przeciwutleniacz redukuje rodnik ABAP. 

 

CUPRAC, w której jony miedzi(II) ulegają pod wpływem antyoksydantów redukcji do 

jonów miedzi(I); analizę spektrofotometryczną wykonuje się przy długości fali 450 nm, 
 

ORAC,  oceniająca  zdolność  antyutleniacza  do  opóźniania  fluorescencji  

R-fikoerytryny, 

indukowanej 

przez 

AAPH, 

długość 

fali 

wzbudzającej 

to 

540 nm, a emisji 570 nm. 

 

Do  oceny  aktywności  przeciwutleniającej  służą  także  metody  elektrochemiczne. 

Wykorzystują one prąd jaki powstaje w czasie elektrochemicznej reakcji tlenu na elektrodzie. 
Przeciwutleniacze,  reagując  z  tlenem  i  jego  pochodnymi,  zmniejszają  natężenie  tego  prądu. 
Istnieje  kilka  wariantów  elektrochemicznego  pomiaru  aktywności  antyoksydacyjnej. 
Najważniejsze z nich, cykliczna woltametria (CV) i różnicowa woltametria pulsowa (DPV), 
pozwalają  na  pomiar  siły  działania  przeciwutleniaczy  zawartych  w  badanych  próbkach  za 

background image

Bioaktywne składniki żywności funkcjonalnej    

Ćwiczenie 1   

część teoretyczna 

 

___________________________________________________________________________ 

 

__________________________________________________________________________________________ 

K

ATEDRA 

T

ECHNOLOGII 

F

ERMENTACJI I 

M

IKROBIOLOGII 

T

ECHNICZNEJ

 

http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/

 

pomocą  specjalnej  szklanej  elektrody  węglowej.  Zróżnicowanie  pH  pozwala  na  selektywną 
ocenę  samych  flawonoidów  (pH=7,5)  lub  flawonoidów  i  kwasów  fenolowych  (pH=2,0). 
Zaletą tych metod jest to, że nie wymagają żadnych dodatkowych odczynników. 
Szklana  elektroda  węglowa  jest  najlepszą  do  tych  celów,  gdyż  antyoksydanty  fenolowe 
utleniają się na niej przy podobnych potencjałach jak na elektrodach metalicznych (400-450), 
jednak bez zakłóceń interferencyjnych związanych z utlenianiem etanolu.  
 
 

Do  technik  oceniających  zawartość  związków  przeciwutleniających  należy  zaliczyć 

również  wszystkie  oznaczenia  poszczególnych  antyoksydantów,  a  więc  metody  analizy 
witaminy C, tokoferoli, antocyjanie itd. Ze względu na ograniczony zakres tej pracy nie będą 
one omawiane szerzej. 
 
 

Wyżej  wymienione  metody  służą  do  analizy  ilościowej  lub  jakościowej 

przeciwutleniaczy oraz oceny ich aktywności. Odmienne podejście do problemu reprezentuje 
następna technika. 
Spektroskopia  elektronowego  rezonansu  paramagnetycznego  (EPR)  pozwala  na  wykrycie 
związków  posiadających  niesparowane  elektrony  (paramagnetyków),  czyli  będących 
wolnymi  rodnikami.  Zjawisko  pochłaniania  energii  promieniowania  mikrofalowego  o 
odpowiedniej częstotliwości po raz pierwszy zaobserwował w 1944 roku Zawojski. Badanie 
polega  na  wprowadzeniu  próbki  w  zmienne  pole  magnetyczne,  po  czym  niesparowane 
elektrony  orientują  się  równolegle  lub  antyrównolegle  względem  kierunku  pola 
(rozszczepienie  poziomów  energetycznych  to  tzw.  efekt  Zeemana)  i  następuje  absorpcja 
doprowadzonego  promieniowania  o  częstości  pasującej  do  różnicy  energii  tych  orientacji. 
Warunki  pomiaru  można  zmienić  poprzez  zmianę  indukcji  pola  magnetycznego,  natomiast 
jego  częstotliwość  pozostaje  stała.  Badania  przeprowadza  się  zazwyczaj  w  temp.  ciekłego 
azotu  77

o

K,  gdyż  przedłuża  to  czas  życia  wolnych  rodników.  Pochłonięcie  energii  może 

zostać  zmienione,  odpowiednio  przekształcone  przez  układ  odbiorczy  spektrometru 
elektronowego rezonansu paramagnetycznego i wyświetlone na ekranie, bądź zapisane przez 
układ rejestrujący. Otrzymywane widma są porównywane ze wzorcem zewnętrznym, którym 
najczęściej jest DPPH i analizowane przez programy komputerowe. 
Metoda  EPR  posiada  szereg  zalet  wobec  innych  spektroskopii  promieniowania 
elektromagnetycznego: 

 

jest to metoda specyficzna dla wolnych rodników, inne substancje nie mają żadnego 
udziału w rejestrowanym sygnale, 

 

energia  stosowanych  do  napromieniania  próbki  mikrofal  jest  niewielka,  zatem  i 
możliwość powstania uszkodzeń analizowanej próbki przez sam pomiar jest znikoma, 

 

objętość badanej próbki to zaledwie – około 200 µl, 

 

możliwe są pomiary próbek nieprzezroczystych, 

 

sygnał  wolnych  rodników  w  tle  jest  znikomy,  pozwala  to  w  sposób  niezaburzony 
obserwować upatrzone substancje wolnorodnikowe. 

Poważnym  utrudnieniem  obserwacji  bezpośredniej  wolnych  rodników  może  być  ich  bardzo 
krótki 

czas 

życia. 

Aby 

ominąć 

ten 

problem 

stosowane 

są 

tzw. pułapki spinowe (T). Są to związki diamagnetyczne, które dzięki obecności wiązań typu 

O

N

,  z  łatwością  wchodzą  w  reakcję  z  nietrwałym  rodnikiem  tworząc  trwałe  addukty 

spinowe: 
 



T

R

T

R

 

(25) 

background image

Bioaktywne składniki żywności funkcjonalnej    

Ćwiczenie 1   

część teoretyczna 

 

___________________________________________________________________________ 

 

__________________________________________________________________________________________ 

K

ATEDRA 

T

ECHNOLOGII 

F

ERMENTACJI I 

M

IKROBIOLOGII 

T

ECHNICZNEJ

 

http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/

 

 

Funkcje pułapek spinowych mogą spełniać duże połączenia organiczne typu nitrozozwiązków 
lub  nitronów,  np.  2,4,6-tri-tert-butylonitrobenzen,  a  także  kompleksy  nieorganiczne 
(Fe

2+

(DETC)

2

). 

 

Oprócz wyżej wymienionych metod istnieje jeszcze mnóstwo innych, ale zwykle nie 

są  one  wykorzystywane  do  badań  żywności.  Do  pomiaru  zdolności  zmiatania  wolnych 
rodników  czystych  związków  chemicznych  lub  do  oceny  pojemności  antyoksydacyjnej 
osocza czy innych płynów ustrojowych służy między innymi badanie peroksydacji lipidów. 
Ocenia się wydajność hamowania tego procesu przez antyutleniacze. Istnieje wiele wariantów 
tej  metody,  najczęściej  stosuje  się  reakcję  aldehydu  malonowego  (MDA)  z  kwasem 
tiobarbiturowym. 

Produkt 

tej 

reakcji 

(rys.1.) 

to 

addukt 

o charakterystycznym różowym zabarwieniu, który oznacza się spektrofotometrycznie. 
 

N

N

OH

HS

O

H

+

C

H

O

H

2

C

C

H

O

2

N

N

OH

S

OH

H

CH

CH

CH

N

N

O

H

SH

OH

 

 

Rys.1. Reakcja powstawania barwnego adduktu kwasu tiobarbiturowego i MDA 

 

Mimo  powszechnego  stosowania  tej  metody  nie  można  jej  uznać  za  najlepszą.  Jest  bardzo 
czuła,  ale  wysoce  niespecyficzna.  Z  kwasem  tiobarbiturowym  addukty  tworzą  bilirubina, 
kwas sjalowy, produkty degradacji cukrowców i inne aldehydy. 
Poza  oznaczaniem  zahamowania  peroksydacji  lipidów  przez  przeciwutleniacze  ocenia  się 
także  produkty  utleniania  białek  i  nukleotydów  oraz  uszkodzenia  kwasów  nukleinowych 
prowadzące do mutacji. 
Metody  te  jednak  nie  mają  praktycznie  żadnego  zastosowania  w  badaniach  właściwości 
antyoksydacyjnych produktów żywnościowych. 
 

Czynniki wpływające na zafałszowania wyników 

 

Jak  dotąd  nie  ma  jednej  uniwersalnej  i  idealnej  metody  oznaczania  aktywności 

przeciwutleniajacej.  Pomimo  tego,  że  większość  z  nich  jest  prosta,  interpretacja  wyników 
bywa skomplikowana, np. kiedy analizowane próbki mają pokrywające się widma. DPPH ma 
stosunkowo mały zasięg liniowy, ponadto istnieje wiele antyoksydantów reagujących szybko 
z rodnikami propylowymi, ale wolno bądź wcale z DPPH. Przy jego użyciu można oznaczyć 
tylko  związki  hydrofobowe  w  przeciwieństwie  do  metody  z  zastosowaniem  rodnika  ABTS, 
która oznacza zarówno hydrofobowe, jak i hydrofilowe. 
 

W metodzie Folina-Ciocalteu czynnikiem, który najbardziej wpływa na zafałszowania 

jest  mieszanie  się  substancji,  szczególnie  cukrów,  aromatycznych  amin,  dwutlenku  siarki, 
kwasu  askorbinowego  i  kwasów  organicznych.  Dlatego  należy  wprowadzać  korekty. 
Dodatkowo  niefenolowe  substancje  organiczne  (adenina,  adenozyna,  alanina,  anilina,  kwas 
aminobenzoesowy,  kwas  askorbinowy,  benzaldehyd,  kreatynina,  cysteina,  cytozyna, 
dimetyloalanina,  EDTA,  fruktoza,  guanina,  glicyna,  histamina,  histydyna,  uracyl,  kwas 

background image

Bioaktywne składniki żywności funkcjonalnej    

Ćwiczenie 1   

część teoretyczna 

 

___________________________________________________________________________ 

 

__________________________________________________________________________________________ 

K

ATEDRA 

T

ECHNOLOGII 

F

ERMENTACJI I 

M

IKROBIOLOGII 

T

ECHNICZNEJ

 

http://www.ar.krakow.pl/tz/ktfimt/

 

olejowy,  tryptofan,  białka,  sacharoza),  jak  i  nieorganiczne  (hydrazyna,  siarczan  amonu, 
siarczan 

manganu, 

fosforan 

sodu)  reagujące 

odczynnikiem 

Folina 

dają 

w efekcie zawyżony wynik końcowy aktywności przeciwutleniającej. 
 

Niektóre metody opierają się na założeniu, że reakcje redoks przebiegają tak szybko, 

że wszystkie kompletne reakcje zachodzą w przeciągu 4 do 6 minut. W rzeczywistości to nie 
zawsze  jest  prawda.  Szybko  reagujące  fenole,  które  wiążą  żelazo  i  rozbijają  niższe związki 
najlepiej  analizować  w  krótkim  czasie  (ok.  4  min).  Jednakże,  niektóre  polifenole  reagują 
nieco wolniej i  potrzebują dłuższego czasu reakcji dla wykrycia (ok. 30  min.). Źle dobrany 
czas reakcji również powoduje, że wyniki są obarczone błędem. 
 

Nie wszystkimi metodami można oznaczyć te same przeciwutleniacze. Metoda FRAP 

nie mierzy np. glutationu. Wykrywa się go za pomocą oznaczenia TRAP, opierającego się na 
fazie opóźnienia, zakładając, że wszystkie przeciwutleniacze ją wykazują i że jej długość jest 
proporcjonalna  do  aktywności  przeciwutleniającej.  Jednakże,  nie  wszystkie  antyoksydanty 
posiadają  oczywistą  fazę  opóźnienia.  Ponadto  wartość  otrzymana  na  podstawie  samej  fazy 
obniża rzeczywisty wynik.