Polyfenol - Polyphenol
Polyphenoler ( / ˌ p ɒ l i f jeg n oʊ l , - n ɒ l / ) er en stor familie af naturligt forekommende organiske forbindelser karakteriseret ved multipla af phenol enheder. De er rigelige i planter og strukturelt forskellige. Polyfenoler inkluderer flavonoider , garvesyre og ellagitannin , hvoraf nogle historisk har været brugt som farvestoffer og til garvning af beklædningsgenstande .
Etymologi
Navnet stammer fra det antikke græske ord πολύς ( polus , der betyder "mange, meget") og ordet phenol, der refererer til en kemisk struktur dannet ved at vedhæfte til en aromatisk benzenoid ( phenyl ) ring til en hydroxyl (-OH) gruppe som den er findes i alkoholer (deraf -ol -endelsen). Udtrykket polyfenol har været i brug i det mindste siden 1894.
Definition
Udtrykket polyphenol er ikke veldefineret, men det er generelt enigt om, at de er naturlige produkter "med en polyphenolstruktur (dvs. flere hydroxylgrupper på aromatiske ringe )", herunder fire hovedklasser: "phenolsyrer, flavonoider, stilbener og lignaner" .
- Flavonoider omfatter flavoner, flavonoler, flavanoler, flavanoner, isoflavoner, proanthocyanidiner og anthocyaniner. Særligt rigelige flavanoider i fødevarer er catechin (te, frugt), hesperetin (citrusfrugter), cyanidin (røde frugter og bær), daidzein ( sojabønne ), proanthocyanidiner (æble, drue, kakao) og quercetin (løg, te, æbler) .
- Phenolsyre inkluderer koffeinsyre
- Lignaner er polyfenoler afledt af phenylalanin, der findes i hørfrø og andre korn.
"WBSSH" definition
White-Bate-Smith-Swain-Haslam (WBSSH) -definitionen karakteriserede strukturelle egenskaber, der er almindelige for plantefenoler, der bruges til garvning (dvs. tanninerne).
Med hensyn til egenskaber beskriver WBSSH polyfenolerne således:
- generelt moderat vandopløselige forbindelser
- med en molekylvægt på 500–4000 Da
- med> 12 phenoliske hydroxylgrupper
- med 5-7 aromatiske ringe pr. 1000 Da
Med hensyn til strukturer genkender WBSSH to strukturelle familier, der har disse egenskaber:
- proanthocyanidiner og dets derivater
- galloyl- og hexahydroxydiphenoylestere og deres derivater
Quideau definition
Ifølge Stéphane Quideau refererer udtrykket "polyphenol" til forbindelser, der stammer fra shikimate / phenylpropanoid og / eller polyketidvejen , og som indeholder mere end en phenolisk enhed og fratages nitrogenbaserede funktioner.
Ellaginsyre , et molekyle i kernen af naturligt forekommende phenolforbindelser af forskellige størrelser, er i sig selv ikke en polyphenol efter WBSSH -definitionen, men er af Quideau -definitionen. Den hindbær ellagitannin , på den anden side med 14 gallussyre dele (mest i ellagsyre-type komponenter), og mere end 40 phenoliske hydroxylgrupper, opfylder kriterierne i begge definitioner af en polyphenol. Andre eksempler på forbindelser, der falder ind under både WBSSH- og Quideau-definitionerne, omfatter theaflavin-3-gallat af sort te , og det hydrolyserbare tannin, garvesyre .
Kemi
Polyfenoler er reaktive arter mod oxidation , deraf deres beskrivelse som antioxidanter in vitro.
Strukturel kemi
Polyfenoler er ofte større molekyler ( makromolekyler ). Deres øvre grænse for molekylvægt er omkring 800 dalton , hvilket giver mulighed for hurtigt at diffundere hen over cellemembraner, så de kan nå intracellulære virkningssteder eller forblive som pigmenter, når cellen senes . Derfor biosyntetiseres mange større polyfenoler in-situ fra mindre polyfenoler til ikke-hydrolyserbare tanniner og forbliver uopdaget i plantematricen. De fleste polyfenoler indeholder gentagne phenolgrupper af pyrocatechol, resorcinol, pyrogallol og phloroglucinol forbundet med estere (hydrolyserbare tanniner) eller mere stabile CC -bindinger (ikke -hydrolyserbare kondenserede tanniner ). Proanthocyanidiner er for det meste polymere enheder af catechin og epicatechin .
Polyfenoler har ofte funktionelle grupper ud over hydroxylgrupper . Ether ester -bindinger er fælles, som er carboxylsyrer .
Analytisk kemi
Analyseteknikkerne er inden for fytokemi : ekstraktion , isolering, strukturel belysning og derefter kvantificering .
Udvinding
Ekstraktion af polyfenoler kan udføres ved hjælp af et opløsningsmiddel som vand, varmt vand , methanol, methanol/myresyre, methanol/vand/eddikesyre eller myresyre. Væske -væskeekstraktion kan også udføres eller modstrømskromatografi . Fastfaseekstraktion kan også foretages på C18 -sorbentpatroner. Andre teknikker er ultralydsekstraktion, varme-tilbagesvalingsekstraktion, mikrobølge-assisteret ekstraktion, kritisk kuldioxid , ekstraktion under tryk på væske eller anvendelse af ethanol i en nedsænkningssuger. Ekstraktionsbetingelserne (temperatur, ekstraktionstid, forholdet mellem opløsningsmiddel og råmateriale, opløsningsmiddel og koncentrationer) skal optimeres.
Højeste indhold af polyfenoler, der hovedsageligt findes i frugtskind og -frø, afspejler muligvis kun det målte indhold, der kan ekstraheres af polyfenol (EPP) i en frugt, som også kan indeholde ikke-ekstraherbare polyfenoler. Sort te indeholder store mængder polyfenol og udgør 20% af dens vægt.
Koncentration kan foretages ved ultrafiltrering . Oprensning kan opnås ved præparativ kromatografi .
Analyse teknikker
Phosphomolybdic acid bruges som et reagens til farvning af phenoler i tyndtlagskromatografi . Polyfenoler kan undersøges ved spektroskopi , især i det ultraviolette område, ved fraktionering eller papirkromatografi . De kan også analyseres ved kemisk karakterisering.
Instrumentkemiske analyser omfatter separation ved hjælp af højtydende væskekromatografi (HPLC), og især ved omvendt fase væskekromatografi (RPLC), kan kobles til massespektrometri . Oprensede forbindelser kan identificeres ved hjælp af nuklear magnetisk resonans .
Mikroskopi analyse
Den DMACA reagens er et histologisk farvestof specifikt til polyphenoler anvendes i mikroskopi analyser. Den autofluorescens af polyphenoler kan også anvendes, især til lokalisering af lignin og suberin . Hvor fluorescensen af selve molekylerne ikke er tilstrækkelig til visualisering ved hjælp af lysmikroskopi, har DPBA (diphenylborsyre 2-aminoethylester, også omtalt som Naturstoff-reagens A) traditionelt været brugt, i det mindste i plantevidenskab , til at forstærke fluorescenssignalet.
Kvantificering
Polyfenolisk indhold kan kvantificeres adskillelse/isolering ved volumetrisk titrering . Et oxidationsmiddel, permanganat , bruges til at oxidere kendte koncentrationer af en standard tanninopløsning, hvilket frembringer en standardkurve . Tanninindholdet i det ukendte udtrykkes derefter som ækvivalenter af det passende hydrolyserbare eller kondenserede tannin.
Nogle metoder til kvantificering af det samlede polyfenolindhold er baseret på kolorimetriske målinger. Nogle test er relativt specifikke for polyfenoler (f.eks. Porter's assay). Total phenoler (eller antioxidant effekt) kan måles ved hjælp af Folin-Ciocalteu reaktionen . Resultater udtrykkes typisk som gallinsyreækvivalenter. Polyfenoler vurderes sjældent af antistofteknologier .
Andre tests måler antioxidantkapaciteten af en brøkdel. Nogle gør brug af ABTS radikale kation, som er reaktiv over for de fleste antioxidanter, herunder phenoler, thioler og C -vitamin . Under denne reaktion omdannes den blå ABTS radikale kation tilbage til sin farveløse neutrale form. Reaktionen kan overvåges spektrofotometrisk. Dette assay omtales ofte som Trolox ækvivalent antioxidantkapacitet (TEAC) assay. Reaktiviteten af de forskellige testede antioxidanter sammenlignes med Trolox , som er en vitamin E -analog.
Andre antioxidantkapacitetsassays, der anvender Trolox som standard, omfatter diphenylpicrylhydrazyl (DPPH), oxygenradikalabsorbansekapacitet (ORAC), ferric reducerende evne til plasma (FRAP) assays eller inhibering af kobberkatalyseret in vitro human low-density lipoproteinoxidation .
Nye metoder, herunder brug af biosensorer, kan hjælpe med at overvåge indholdet af polyfenoler i fødevarer.
Kvantificeringsresultater frembragt af middelværdien af diode array detektor -koblet HPLC er generelt givet som relative snarere end absolutte værdier, da der mangler kommercielt tilgængelige standarder for alle polyfenoliske molekyler.
Industrielle applikationer
Nogle polyfenoler bruges traditionelt som farvestoffer . For eksempel i den indiske subkontinent , den granatæble skræl , høj i tanniner og andre polyphenoler, eller dens saft, anvendes i farvning af ikke-syntetiske stoffer.
Polyfenoler, især tanniner, blev traditionelt brugt til garvning af læder og i dag også som forstadier til grøn kemi, især til fremstilling af plast eller harpikser ved polymerisering med eller uden brug af formaldehyd eller klæbemidler til spånplader. Målet er generelt at gøre brug af planterester fra druer, oliven (kaldet pomaces ) eller pecan skaller tilbage efter forarbejdning.
Pyrogallol og pyrocatechin er blandt de ældste fotografiske udviklere .
Biokemi
Polyfenoler menes at spille forskellige roller i planternes økologi. Disse funktioner omfatter:
- Frigivelse og undertrykkelse af væksthormoner såsom auxin .
- UV -skærme for at beskytte mod ioniserende stråling og for at give farve ( plantepigmenter ).
- Afskrækkelse af planteædere (sensoriske egenskaber).
- Forebyggelse af mikrobielle infektioner ( phytoalexiner ).
- Signalmolekyler i modning og andre vækstprocesser.
Forekomst i naturen
De polyfenoler, der er mest udbredt, er de kondenserede tanniner , der findes i stort set alle familier af planter. Større polyfenoler er ofte koncentreret i bladvæv, epidermis, barklag, blomster og frugter, men spiller også vigtige roller i nedbrydning af skovstrø og næringscyklusser i skovøkologi. Absolutte koncentrationer af totale phenoler i plantevæv varierer meget afhængigt af litteraturkilden, typen af polyfenoler og assay; de ligger i intervallet 1–25% samlede naturlige phenoler og polyfenoler, beregnet med henvisning til den tørre grønne bladmasse.
Høje niveauer af polyfenoler i nogle træer kan forklare deres naturlige bevarelse mod råd.
Hør og Myriophyllum spicatum (en nedsænket vandplante) udskiller polyfenoler, der er involveret i allelopatiske interaktioner.
Polyfenoler findes også hos dyr. Hos leddyr såsom insekter og krebsdyr spiller polyfenoler en rolle i epikutikels hærdning ( sclerotisering ). Hærdningen af neglebåndet skyldes tilstedeværelsen af en polyphenoloxidase . Hos krebsdyr er der en anden oxidaseaktivitet, der fører til pigmentering af neglebånd . Der forekommer tilsyneladende ingen polyfenolgarvning i arachnids cuticle.
Biosyntese og metabolisme
Polyphenoler optage mindre dele og byggesten af enklere naturlige phenoler , der stammer fra phenyl propanoid vej for de phenoliske syrer eller den shikimisyre vej for gallotannins og analoger. Flavonoider og koffeinsyrederivater er syntetiseret af phenylalanin og malonyl-CoA . Komplekse gallotanniner udvikles gennem in vitro- oxidation af 1,2,3,4,6-pentagalloyl-glucose eller dimeriseringsprocesser, der resulterer i hydrolyserbare tanniner. For anthocyanidiner er forstadier til den kondenserede tanninbiosyntese , dihydroflavonolreduktase og leucoanthocyanidinreduktase (LAR) afgørende enzymer med efterfølgende tilsætning af catechin- og epicatechin-grupper til større, ikke-hydrolyserbare tanniner.
Den glykosylerede form udvikler sig fra glucosyltransferaseaktivitet og øger opløseligheden af polyfenoler.
Polyphenoloxidase (PPO) er et enzym, der katalyserer oxidationen af o-diphenoler til dannelse af o-quinoner . Det er den hurtige polymerisation af o-quinoner til fremstilling af sorte, brune eller røde polyfenoliske pigmenter, der er årsag til frugtbrunning . Hos insekter tjener PPO til hårbåndshærdning.
Forekomst i mad
Polyfenoler indeholder op til 0,2-0,3% frisk vægt for mange frugter, druer og bær. Indtagelse af almindelige portioner vin, chokolade, bælgfrugter eller te kan også bidrage til omkring et gram indtag om dagen. Ifølge en anmeldelse af polyfenoler fra 2005:
De vigtigste fødekilder er råvarer, der forbruges i store mængder, såsom frugt og grøntsager, grøn te, sort te, rødvin, kaffe, chokolade, oliven og ekstra jomfru olivenolie. Urter og krydderier, nødder og alger er også potentielt betydningsfulde til levering af visse polyfenoler. Nogle polyfenoler er specifikke for bestemte fødevarer (flavanoner i citrusfrugter, isoflavoner i soja, phloridzin i æbler); der henviser til, at andre, såsom quercetin, findes i alle planteprodukter såsom frugt, grøntsager, korn, bælgfrugter, te og vin.
Nogle polyfenoler betragtes som antinæringsstoffer - forbindelser, der forstyrrer optagelsen af essentielle næringsstoffer - især jern og andre metalioner, som kan binde sig til fordøjelsesenzymer og andre proteiner, især i drøvtyggere .
Ved en sammenligning af madlavningsmetoder blev phenol- og carotenoidniveauerne i grøntsager bibeholdt bedre ved dampning i forhold til stegning . Polyfenoler i vin, øl og forskellige ikke -alkoholiske juicedrikke kan fjernes ved hjælp af fininger , stoffer, der normalt tilsættes ved eller tæt på forarbejdningen af brygningen.
Astringency
Med hensyn til mad og drikkevarer er årsagen til stringens ikke fuldstændig forstået, men det måles kemisk som et stofs evne til at udfælde proteiner.
En anmeldelse, der blev offentliggjort i 2005, viste, at stringensen stiger og bitterheden falder med den gennemsnitlige polymerisationsgrad . For vandopløselige polyphenoler rapporteredes det, at molekylvægte mellem 500 og 3000 var nødvendige for proteinudfældning. Imidlertid kan mindre molekyler stadig have astringerende kvaliteter sandsynligvis på grund af dannelsen af upræcipiterede komplekser med proteiner eller tværbinding af proteiner med simple phenoler, der har 1,2-dihydroxy- eller 1,2,3-trihydroxygrupper. Flavonoidkonfigurationer kan også forårsage betydelige forskelle i sensoriske egenskaber, f.eks. Er epicatechin mere bitter og astringerende end dens chirale isomer catechin . I modsætning hertil har hydroxycinnaminsyrer ikke astringerende kvaliteter, men er bitre.
Potentielle sundhedseffekter
Selvom sundhedsvirkninger kan tilskrives polyfenoler i fødevarer, forhindrer den omfattende metabolisme af polyfenoler i tarmen og leveren og deres udefinerede skæbne som metabolitter, der hurtigt udskilles i urinen, definitionen af deres biologiske virkninger. Fordi metabolismen af polyfenoler ikke kan vurderes in vivo, er der ingen diætreferenceindtag (DRI) niveauer etableret eller anbefalet.
I USA udstedte Food and Drug Administration (FDA) mærkevejledning til producenterne om, at polyfenoler ikke kan nævnes som antioxidante næringsstoffer, medmindre der findes fysiologiske beviser for at verificere en sådan kvalifikation, og en DRI -værdi er blevet fastslået. Da påståede sundhedsanprisninger for specifikke polyphenolberigede fødevarer fortsat er uprøvede, er sundhedserklæringer om polyfenoler på produktmærker forbudt af FDA og EFSA . I løbet af det 21. århundrede anerkendte EFSA imidlertid visse sundhedsanprisninger for specifikke polyphenolprodukter, såsom kakao og olivenolie.
Sammenlignet med virkningerne af polyfenoler in vitro forbliver de mulige funktioner in vivo ukendte på grund af 1) fraværet af validerede in vivo biomarkører ; 2) langtidsundersøgelser, der ikke påviser effekter med en virkningsmekanisme , følsomhed og specificitet eller effekt ; og 3) ugyldige anvendelser af høje, ufysiologiske testkoncentrationer i in vitro -undersøgelserne, som efterfølgende er irrelevante for design af in vivo -eksperimenter.