Liposomy z fitosterolami jako innowacyjne źródło steroli roślinnych o zwiększonej stabilności termiczno-oksydacyjnej i biodostępności w układzie pokarmowym
Type
Project
Date Issued
2022
Author
Katarzyna Cieślik-Boczula
Discipline
food and nutrition technology
Abstract (PL)
Wśród ostatnich trendów współczesnej technologii żywności jest poszukiwanie nowych produktów o
charakterze prozdrowotnym. Niestety znaczna część związków bioaktywnych jest nietrwała i ulega degradacji
podczas przetwarzania i przechowywania. Innym problemem jest możliwość ich wchłaniania w układzie
pokarmowym człowieka. Zachowanie ich aktywności biologicznej i stabilności oraz zwiększenie absorpcji
można uzyskać przez zamknięcie ich wewnątrz liposomów – pęcherzykowatych struktur o rozmiarach kilku
mikrometrów stanowiących kapsułki dla substancji bioaktywnych. Takimi związkami o właściwościach
funkcjonalnych, a jednocześnie łatwo ulegającym degradacji są sterole roślinne, zwane także fitosterolami.
Sterole roślinne uważane są za antagonistów cholesterolu, gdyż powodują obniżenie jego poziomu w
organizmie człowieka. Związki te występują naturalnie w olejach roślinnych, warzywach i pestkach owoców,
a także dodawane są do produktów spożywczych jako składniki funkcjonalne. Niestety w organizmie
człowieka tylko około 5% dostarczanych fitosteroli ulega wchłonięciu. Dodatkowo, w czasie produkcji
żywności oraz jej przechowywania związki te ulegają utlenieniu tworząc pochodne, które mają niekorzystne
działanie na organizm człowieka, w tym wykazują właściwości cytotoksyczne, powodują zmiany aterogenne
i przyczyniają się do powstawania stresu oksydacyjnego.
Zastosowanie liposomów jako nośników fitosteroli powinno zabezpieczyć je przed degradacją
podczas zabiegów termiczno-oksydacyjnych oraz zwiększyć absorpcję w organizmie człowieka. Pozwoli to
na zmniejszenie dawki fitosteroli koniecznej do obniżenia poziomu cholesterolu we krwi, co jednocześnie
obniży spożycie ich pochodnych utlenionych.
W laboratoriach Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu w kooperacji z Uniwersytetem
Medycznym im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu i Uniwersytetem Przyrodniczym we Wrocławiu
prowadzone są badania tworzeniem nowych, stabilnych struktur chroniących fitosterole oraz nad wpływem
produktów ich degradacji na układ pokarmowy. W dobie powszechnie obecnej żywności wzbogacanej w
sterole roślinne istotnym jest, aby fitosterole podawane były w postaci w pełni bezpiecznej dla konsumenta.
Skoro dzisiaj wiadomo, że zarówno wolne sterole, jak i ich estry ulegają procesowi utleniania tworząc
oksyfitosterole i inne pochodne, opracowanie i zbadanie nowej formy jaką niewątpliwie będzie zamknięcie
ich w liposomach, co może pozwolić na stworzenie w pełni bezpiecznej, łatwo wchłanianej formy tych
bioaktywnych substancji.
Metoda badawcza:
1. W pierwszym etapie badań zostanie opracowana metoda wytwarzania liposomów zawierających wolne
fitosterole lub ich estry z kwasami tłuszczowymi. Struktura otrzymanych związków zostanie potwierdzona
metodami fluoroscencyjnymi, chromatograficznymi, FTIR, DSC ora TEM.
2. Uzyskane liposomy zostaną poddane ogrzewaniu w obecności tlenu w temperaturze 60C i 180C, które
odpowiadają odpowiednio testowi przechowalniczemu oraz smażeniu tłuszczów.
3. Produkty degradacji fitosteroli zostaną oznaczone ilościowo i jakościowo z zastosowaniem takich technik
chromatograficznych, jak: GC-FID, GC-MS, GCxGC-MS, HPLC-SEC/ELSD, HPLC-MS w porównaniu
z odpowiednimi związkami w formie wolnej lub zestryfikowanej.
4. Produkty termicznej oksydacji fitosteroli i ich estrów zostaną rozfrakcjonowane przy wykorzystaniu
technik SPE i HPLC wg ich polarności i wielkości cząsteczek na związki niskocząsteczkowe, monomery,
dimery i oligomery. Spośród produktów termicznej oksydacji wyizolowana też będzie frakcja zawierająca
pochodne utlenione.
5. Następnie zostaną przeprowadzone badania in vitro oceniające cytotoksyczność, genotoksyczność i
przenikalność przez błony przed i po ich termicznej oksydacji. Analizy cytotoksyczności zostaną
przeprowadzone w odniesieniu do komórek ludzkich wyizolowanych z nabłonka jelita cienkiego, błony
śluzowej jelita grubego, wątroby i śródbłonka naczyń.
6. W kolejnym etapie projektu otrzymane liposomy będą poddane procesowi trawienia in vitro w celu
zbadania ich przemian w układzie pokarmowym. Ich zawartość oraz poziom fitosteroli i ich pochodnych
utlenionych będzie oznaczony w komórkach nabłonka układu pokarmowego.
7. W ostatnim etapie zostanie podjęta próba implementacji nowo otrzymanych związków do tłuszczów
spożywczych i badanie ich wpływu na jego jakość podczas przechowywania i przetwarzania.
Opracowanie technologii produkcji liposomów z fitosterolami lub ich estrami będzie miało istotne znaczenie
dla zdrowia konsumentów, gdyż nie tylko zwiększy absorpcję fitosteroli w organizmie człowieka co wpłynie
na większą efektywność w obniżaniu poziomu cholesterolu we krwi człowieka, ale tez obniży spożycie
związków niekorzystnych, jakimi są oksyfitosterole
charakterze prozdrowotnym. Niestety znaczna część związków bioaktywnych jest nietrwała i ulega degradacji
podczas przetwarzania i przechowywania. Innym problemem jest możliwość ich wchłaniania w układzie
pokarmowym człowieka. Zachowanie ich aktywności biologicznej i stabilności oraz zwiększenie absorpcji
można uzyskać przez zamknięcie ich wewnątrz liposomów – pęcherzykowatych struktur o rozmiarach kilku
mikrometrów stanowiących kapsułki dla substancji bioaktywnych. Takimi związkami o właściwościach
funkcjonalnych, a jednocześnie łatwo ulegającym degradacji są sterole roślinne, zwane także fitosterolami.
Sterole roślinne uważane są za antagonistów cholesterolu, gdyż powodują obniżenie jego poziomu w
organizmie człowieka. Związki te występują naturalnie w olejach roślinnych, warzywach i pestkach owoców,
a także dodawane są do produktów spożywczych jako składniki funkcjonalne. Niestety w organizmie
człowieka tylko około 5% dostarczanych fitosteroli ulega wchłonięciu. Dodatkowo, w czasie produkcji
żywności oraz jej przechowywania związki te ulegają utlenieniu tworząc pochodne, które mają niekorzystne
działanie na organizm człowieka, w tym wykazują właściwości cytotoksyczne, powodują zmiany aterogenne
i przyczyniają się do powstawania stresu oksydacyjnego.
Zastosowanie liposomów jako nośników fitosteroli powinno zabezpieczyć je przed degradacją
podczas zabiegów termiczno-oksydacyjnych oraz zwiększyć absorpcję w organizmie człowieka. Pozwoli to
na zmniejszenie dawki fitosteroli koniecznej do obniżenia poziomu cholesterolu we krwi, co jednocześnie
obniży spożycie ich pochodnych utlenionych.
W laboratoriach Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu w kooperacji z Uniwersytetem
Medycznym im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu i Uniwersytetem Przyrodniczym we Wrocławiu
prowadzone są badania tworzeniem nowych, stabilnych struktur chroniących fitosterole oraz nad wpływem
produktów ich degradacji na układ pokarmowy. W dobie powszechnie obecnej żywności wzbogacanej w
sterole roślinne istotnym jest, aby fitosterole podawane były w postaci w pełni bezpiecznej dla konsumenta.
Skoro dzisiaj wiadomo, że zarówno wolne sterole, jak i ich estry ulegają procesowi utleniania tworząc
oksyfitosterole i inne pochodne, opracowanie i zbadanie nowej formy jaką niewątpliwie będzie zamknięcie
ich w liposomach, co może pozwolić na stworzenie w pełni bezpiecznej, łatwo wchłanianej formy tych
bioaktywnych substancji.
Metoda badawcza:
1. W pierwszym etapie badań zostanie opracowana metoda wytwarzania liposomów zawierających wolne
fitosterole lub ich estry z kwasami tłuszczowymi. Struktura otrzymanych związków zostanie potwierdzona
metodami fluoroscencyjnymi, chromatograficznymi, FTIR, DSC ora TEM.
2. Uzyskane liposomy zostaną poddane ogrzewaniu w obecności tlenu w temperaturze 60C i 180C, które
odpowiadają odpowiednio testowi przechowalniczemu oraz smażeniu tłuszczów.
3. Produkty degradacji fitosteroli zostaną oznaczone ilościowo i jakościowo z zastosowaniem takich technik
chromatograficznych, jak: GC-FID, GC-MS, GCxGC-MS, HPLC-SEC/ELSD, HPLC-MS w porównaniu
z odpowiednimi związkami w formie wolnej lub zestryfikowanej.
4. Produkty termicznej oksydacji fitosteroli i ich estrów zostaną rozfrakcjonowane przy wykorzystaniu
technik SPE i HPLC wg ich polarności i wielkości cząsteczek na związki niskocząsteczkowe, monomery,
dimery i oligomery. Spośród produktów termicznej oksydacji wyizolowana też będzie frakcja zawierająca
pochodne utlenione.
5. Następnie zostaną przeprowadzone badania in vitro oceniające cytotoksyczność, genotoksyczność i
przenikalność przez błony przed i po ich termicznej oksydacji. Analizy cytotoksyczności zostaną
przeprowadzone w odniesieniu do komórek ludzkich wyizolowanych z nabłonka jelita cienkiego, błony
śluzowej jelita grubego, wątroby i śródbłonka naczyń.
6. W kolejnym etapie projektu otrzymane liposomy będą poddane procesowi trawienia in vitro w celu
zbadania ich przemian w układzie pokarmowym. Ich zawartość oraz poziom fitosteroli i ich pochodnych
utlenionych będzie oznaczony w komórkach nabłonka układu pokarmowego.
7. W ostatnim etapie zostanie podjęta próba implementacji nowo otrzymanych związków do tłuszczów
spożywczych i badanie ich wpływu na jego jakość podczas przechowywania i przetwarzania.
Opracowanie technologii produkcji liposomów z fitosterolami lub ich estrami będzie miało istotne znaczenie
dla zdrowia konsumentów, gdyż nie tylko zwiększy absorpcję fitosteroli w organizmie człowieka co wpłynie
na większą efektywność w obniżaniu poziomu cholesterolu we krwi człowieka, ale tez obniży spożycie
związków niekorzystnych, jakimi są oksyfitosterole