Substancje biologicznie czynne z
Substancje biologicznie czynne z
łubinu
łubinu
Substancje biologicznie czynne z
Substancje biologicznie czynne z
łubinu
łubinu
Krzysztof Gulewicz
Instytut Chemii Bioorganicznej PAN,
Poznań
Substancje biologicznie czynne z
Substancje biologicznie czynne z
łubinu
łubinu
Substancje biologicznie czynne z
Substancje biologicznie czynne z
łubinu
łubinu
Krzysztof Gulewicz
Instytut Chemii Bioorganicznej PAN,
Poznań
Cechy łubinu jako rośliny
Cechy łubinu jako rośliny
ekologicznej
ekologicznej
1.
1.
Ważna z punktu ekonomicznego
Ważna z punktu ekonomicznego
2.
2.
Małe wymagania glebowe i klimatyczne
Małe wymagania glebowe i klimatyczne
3.
3.
Nie wymaga nawożenia azotowego
Nie wymaga nawożenia azotowego
4.
4.
Pozostawia ogromną masę organiczną w
Pozostawia ogromną masę organiczną w
glebie
glebie
5.
5.
Poprawia warunki wodno-powietrzne gleby
Poprawia warunki wodno-powietrzne gleby
6.
6.
Udostępnia makro- i mikroelementy
Udostępnia makro- i mikroelementy
Czynniki antyżywieniowe
Czynniki antyżywieniowe
występujące w nasionach roślin
występujące w nasionach roślin
motylkowatych
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
47.04
•Nielotne kwasy org.
5.50
•Białko
3.16
•Wolne aminokwasy, peptydy 6.97
•Alkaloidy
11.78
•Związki mineralne
10.58
•Inne
14.97
Roślina
K
Preparat
%
przyrostu
Jęczmień
cv.Goplań
ski
cv. Popiel
cv. Maron
Pszenica
cv. Gama
Pszenżyto
cv. Dagro
23.8
31.5
42.5
50.0
42.0
44.2
(100)*
50.2
(100)
57.5
(200)
60.3 (25)
69.7
(12.5)
30.7
59.4
35.3
38.6
65.0
*dawka na ha w dm3
Wpływ preparatu łubinowego na plonowanie
(dt/ha)
a) Zboża ozime
Roślina
K
Preparat
%
przyrostu
Pszenica
Owies cv.
Borek
Owies cv.
Bielik
69.8
42.1
48.2
76.2 (25)*
47.4 (25)
54.8 (25)
9.2
12.6
13.7
*dawka na ha w dm3
Wpływ preparatu łubinowego na plonowanie
(dt/ha)
b) Zboża jare
Roślina
K
Preparat
%
przyrostu
Ziemniaki
Buraki
cukrowe
a) korzeń
b) liście
Len
Pomidory
Cebula
278.7
520.0
472.2
372.2
437.5
474.2
481.3
(50)*
1000.3
(50)
651.8 (50)
595.7
(12.5)
555.6 (50)
474.5
72.7
92.6
38.0
60.1
27.0
0.0
*dawka na ha w dm3
Wpływ preparatu łubinowego na plonowanie
(dt/ha)
c) Inne
Roślina
Plon białka
kg/ha
Wartość żywieniowa
K
Prepar
at
NPU
Dt
BV
Jęczmień
cv.Goplań
ski
cv. Popiel
cv. Maron
Pszenżyto
Ziemniak
i
327.
4
301.
2
390.
5
451.
5
412.
2
382.5
394.9
497.1
648.9
506.8
54.4
(39.0)
55.4
(46.8)
55.1
(50.6)
52.3
(59.4)
48.5
(57.5)
83.1
(87.4)
69.6
(69.7)
80.1
(85.9)
90.7
(88.9)
52.7
(67.3)
66.4
(44.6)
79.6
(67.2)
61.9
(58.9)
57.6
(66.8)
92.0
(85.4)
*w nawiasach wyniki grupy
kontrolnej
Wpływ preparatu łubinowego na plon białka
i wartość żywieniową różnych roślin
Miejscowość
K
Preparat
Bachórki
Miechowice
Dobre
Osięciny
Samszyce
733.9
691.2
712.5
883.8
591.4
591.4
577.2
570.1
451.2
548.7
Zawartość azotu azotanowego w korzeniach marchwi
[ppm sm]
Struktury chemoczne
Struktury chemoczne
gala
gala
k
k
to
to
zydów
zydów
HOCH
2
O
OH
OH
OH
HOCH
2
O
OH
OH
OH
CH
2
O
O
OH
OH
OH
O
OH
OH
OH
CH
2
O
O
OH
OH
OH
CH
2
O
O
OH
OH
OH
O
OH
OH
OH
CH
2
O
O
OH
OH
OH
CH
2
O
O
OH
OH
OH
CH
2
O
O
OH
OH
OH
CH
2
HOCH
2
HOCH
2
OH
OH
CH
2
OH
O
OH
OH
OH
O
O
HOCH
2
OH
OH
CH
2
OH
O
OH
OH
OH
CH
2
O
O
O
HOCH
2
OH
OH
CH
2
OH
O
OH
OH
OH
CH
2
O
O
O
HOCH
2
OH
OH
CH
2
OH
O
OH
OH
OH
CH
2
O
O
O
HOCH
2
OH
OH
CH
2
OH
O
OH
OH
OH
CH
2
O
O
O
HOCH
2
Higher homologs
A.
B.
C.
D.
E.
A. sacharoza
B. rafinoza
C. stachioza
D.
werbaskoza
E. ajugoza
Całkowita zawartość sacharozy i O
Całkowita zawartość sacharozy i O
R
R
R
R
(mg/g)
(mg/g)
w nasionach
w nasionach
różnych gatunków
różnych gatunków
roślin oraz procentowy udział cukrów
roślin oraz procentowy udział cukrów
sugars
sugars
w sumie
w sumie
(Muzquiz et al. 1998)
(Muzquiz et al. 1998)
Plant
Total
content
Sucrose
Raffinose
Stachyose Verbascose
L. albus
98.35
16.2
19.0
54.0
10.8
L luteus
174.02
7.1
14.5
25.8
52.5
L hispan.
144.90
20.6
18.8
51.7
7.9
L. angus.
92.14
9.9
15.4
34.6
36.7
G .max
124.98
35.0
28.3
36.7
-
P. sativum
107.28
15.7
23.1
29.7
31.5
V. faba
21.94
53.0
17.8
29.2
-
O
O
ligosachar
ligosachar
ydy
ydy
w przewodzie
w przewodzie
pokarmowym człowieka
pokarmowym człowieka
Gibson i in. 1995
Oligosacharydy
Metabolizm oligosacharydów
Bacteroides spp
Clostridium spp
Coprococcus spp
Escherichia spp
Eubacterium spp
Fusobacterium spp
Megaspaera spp
Mitsuokella spp
Ruminococcus spp
Veillonella spp
Bifidobacteriu
m spp
Lactobacillus
acidophilus
group
Bacillus spp
Produkty finalne :
•Produkty gazowe
•Ślady kwasów
Produkty
finalne:
•Kwasy
organiczne
•Brak prod.
gazowych
Toksyczne metabolity produkowane przy
Toksyczne metabolity produkowane przy
uczestnictwie szkodliwych bakterii
uczestnictwie szkodliwych bakterii
jelitowych
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
Implikacje zdrowotne przyjmowania
oligosacharydów w diecie
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 )
Bacteroides
Fusobacterium
Clostridium
Bifidobacterium
Zmiany
Zmiany
profil
profil
u mikroflory bakteryjnej jelita
u mikroflory bakteryjnej jelita
grubego człowieka w trakcie przyjmowania
grubego człowieka w trakcie przyjmowania
oligosachar
oligosachar
dów
dów
fructooligosacharydy
fructooligosacharydy
inulina
inulina
sacharoza
sacharoza
Gibson et al. 1995
Ba
Ba
k
k
teri
teri
e
e
rodzaju
rodzaju
Bifidobacterium
Bifidobacterium
Nieprzetrwalnikowe Gram + pałeczki - dł. komórki
2-5 m
• Organizmy bez- lub relatywnie beztlenowe
• Optymalne warunki życia 21
0
C-45
0
C; pH 5,0-8,0
• Rozwój i reprodukcja zależy od tak zwanych
czynników
• bifidogennych
• Bakterie heterofermentatywne
P
P
rebiotyki
rebiotyki
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
nasiona
imbibicja
ekstrakcja
wytrącenie
ORR
Schemat ideowy izolacji i oczyszczania
Schemat ideowy izolacji i oczyszczania
ORR z nasion łubinu
ORR z nasion łubinu
inaktywacja galaktozydaz
Oczyszczanie:
Chromatografia absorpcyjna
Chromatografia jonowymienna
21.30
4.00
51.50
19.50
95.30
12.15
15.63
59.26
11.51
98.55
9.10
30.20
46.97
10.76
97.03
sacharoza
rafinoza
stachioza
werbasko
za
Suma
groch
soczewic
a
łubin
cukier
Skład chemiczny różnych preparatów O
Skład chemiczny różnych preparatów O
R
R
R
R
(%)
(%)
Toksyczność ostra preparatów ORR
Toksyczność ostra preparatów ORR
>4000
>4000
>4000
Lubin
Groch
Soczewica
LD
50
mgkg
-1
masy ciała
Preparat
Wpływ łubinowego i grochowego preparatu
Wpływ łubinowego i grochowego preparatu
ORR na żywotność tymocytów myszy
ORR na żywotność tymocytów myszy
100.0
98.8
97.0
95.4
100
98.8
98.8
87
84
85
83
87
86
86
-
10
50
100
10
50
100
Kontrola
Łubin
Groch
%
kontroli
%
żywych
komóre
k
Stężenie
preparatu g
mL
-1
Preparat
Schemat eksperymentu
Schemat eksperymentu
Injekcja ORR do komory powietrznej
jaja
Injekcja ORR do komory powietrznej
jaja
Pobieranie kału w drugim i
czterdziesto drugim dniu po wylęgu
dla analiz mikrob.
Pobieranie kału w drugim i
czterdziesto drugim dniu po wylęgu
dla analiz mikrob.
Analiza wybranych cech mięsnych
brojlerów i poziomu lipoprotein we
krwi
Analiza wybranych cech mięsnych
brojlerów i poziomu lipoprotein we
krwi
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
Wpływ różnych oligosacharydów
na liczbą bifidobakterii w kale
(CFU/g)
A
B
C
D
C
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
C
RFO (L)
RFO (H)
R
FO
x
1
00
0
00
0
00
0
0,0E+00
2,0E+06
4,0E+06
6,0E+06
8,0E+06
1,0E+07
1,2E+07
1,4E+07
1,6E+07
C
0,69
3,43
6,87
C
FU
/
g
o
f
ca
e
cu
m
a
b
c
d
Wpływ preparatu ORR na liczbę bifidobakterii w
caecum sześciotygodniowych brojlerów
Wpływ preparatu ORR
Wpływ preparatu ORR
podanego
podanego
in ovo
in ovo
na
na
śmiertelność i wybrane cechy brojlerów
śmiertelność i wybrane cechy brojlerów
*
*
Różnice statystyczne przy
Różnice statystyczne przy
p< 0
p< 0
,
,
05
05
Cecha
Cecha
Grupa I
Grupa I
Kontrola
Kontrola
Grupa
Grupa
II
II
0.69 mg/
0.69 mg/
jajo
jajo
Gr
Gr
upa
upa
III
III
3.43 mg/
3.43 mg/
jajo
jajo
Grupa
Grupa
IV
IV
6.87
6.87
mg/
mg/
jajo
jajo
Śmiertelność
Śmiertelność
(%)
(%)
13,2 a
7,4 b
7,6 b
7.5 b
Masa ciała
Masa ciała
(g)
(g)
1755 ±95
a
1853 ±86 a
1817±98 a
1808 ±92
a
Zużycie
Zużycie
paszy
paszy
(kg/kg
(kg/kg
)
)
1,90 ±
0,2a
1.82 ±0.1 b
1.87 ±0.1 a
1.89 ±0.3
a
Tusza (%
Tusza (%
masy ciała)
masy ciała)
70.8 ±2.8
a
72. 8 ±2. 7
a
71.6 ±2.7 a
75.1 ±1.7
b
Mięśnie
Mięśnie
piersiow
piersiow
(%
(%
w tuszy
w tuszy
)
)
18.2 ±1.2
a
19.3 ±1.2 a
19.8 ±2.4 a
20.4 ±1.7
a
Tłuszcz
Tłuszcz
okołojel.
okołojel.
(%
(%
w tuszy
w tuszy
)
)
1.74 ±
0.2 a
1.85 ± 0,6 a
1.55 ± 0.5 a
2.16 ±
0.9 a
Eur. Indeks
Eur. Indeks
Produk.
Produk.
225
230
222
217
mg/dl
Grup
FOS
ORR
SACH
Kontrol
a
Całkowity
cholesterol
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
Trójgliceryd
y
53.5 ±
13.6 a
52.8 ±
13.6 a
55.5 ±
13.6 a
54.3 ±
13.6 a
Cał.
cholesterol
(mięsień
piers.)
49.3 ±
1.8 a
50.3 ±
1.8 ab
52.3 ±
1.8 ab
54.7 ±
1.8 b
Wpływ
Wpływ
oligosacchar
oligosacchar
ydów
ydów
podanych
podanych
in ovo
in ovo
na
na
poziom
poziom
lipoprotein 6-tygodniowych brojlerów
lipoprotein 6-tygodniowych brojlerów
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
Nasiona łubinu
Produkty naturalne i preparaty
Produkty naturalne i preparaty
bioaktywne z nasion łubinu gorzkiego
bioaktywne z nasion łubinu gorzkiego
Koncentrat białkowy (66%)
Produkt wysokobłonnikowy (18%)
Preparat ORR (5%)
Preparat plonotwórczy (11%)