capitolul 4 .metode de analiza a extractului din seminte de struguri

Activitatea antioxidanta si antibacteriana a extractului din seminte de struguri 2009

CAPITOLUL ………………………….

Semintele folosite la obtinerea extractului

Semintele de struguri folosite in producerea extractelor din seminte de struguri

comerciale sunt derivate ale unei varietati de struguri pentru vin (Vitis vinifera).Acesti struguri

pot avea un nivel de polifenoli de 12 ori mai mare decat cel gasit in varietatile fara seminte.In

mod natural semintele din strugurii de vin contin 50-1000mg/kg(mai putin de 1 procent)

monomer, 120-1400mg/kg oligomeri si 1250-1700mg/kg polimeri sau substante tanante cu masa

moleculara mare.

Sursa si soiul semintelor din struguri de vin utilizate la producerea extractului din seminte

de struguri pot afecta compozitia extractului. Bourzeix a compara continutul de proantocianidine

a unor soiuri de seminte de struguri iar continutul a variat de la 51mg/kg in semintele Carignan la

1100mg/kg in seminte de struguri Pinot Noir, Cabernet Sauvignon-ul avand 285mg/kg.

Proantocianidinele oligomere au variat intre 114mg/kg in semintele Carignan pana la 1275

mg/kg in semintele Pinot Noir, in timp ce Cabernet Sauvignon-ul a avut 371mg/kg.Polimerii au

variat de la 6-73 procente. Atat semintele din struguri rosii cat si albi sunt folosite in producerea

extractului commercial din seminte de struguri.In general semintele din struguri rosii au un

continut mai mare de polifenoli decat semintele albe de struguri;3500mg/kg pentru cei rosii in

comparatie cu 2800mg/kg pentru cei albi.

Semintele folosite in producerea extractului din seminte de struguri pot fi achizitionate

din urma operatiilor de producere a sucului de struguri sau de la producatorii de vin. Semintele

de struguri rosii obtinute dintr-o unitate producatoare de vin acompaniaza sucul de struguri si

pielitele pe parcursul procesului de fermentatie si pierd aproxiamtiv 30-50% din continutul lor de

polifenoli.In fapt continutul de polifenoli al vinului rosu (extras din seminte) este cel care

confera vinului calitatea astringenta.Semintele din strugurii albi pe de alta parte sunt indepartate

din suc inainte de fermentatie prin urmare retin o portie semnificativ mai mare de polifenoli.

Un alt factor care afecteaza continutul polifenolic al semintelor este chiar procesul de

obtinere a vinului numit vinificatie. Majoritatea vinurilor sunt obtinute prin proceduri

conventionale, dar unele vinuri cum ar fi “Nouveau” se bazeaze pe maceratia carbonica.

Termovinificarea este utilizata in zone unde vinul rosu este obtinut din struguri care sunt mai

saraci din punct de vedere al culorii, de exemplu in zonele reci este dificil de obtinut struguri

complet copti. In medie vinificatia conventional indeparteaza 30% mai multi polifenoli din

seminte decat termovinificarea si macerarea carbonica.


Cel mai important aspect al semintelor utilizate la obtinerea extractului este totusi

uscarea, separarea si depozitarea, care pot avea un effect dramatic asupra potentei si viabilitatii

semintelor precum si asupra produsului extras.

Ideal ar fi ca semintele folosite la producerea extractului din seminte de struguri sa fie

procesate imediat adica separate de pielitele macerate si supuse imediat la procesul de extractie

dar in mod practice acest lucru nu este posibil.

Pentru inceput strugurii de vin sunt o recolta sezoniera prin urmare cantitati mari de

pielite si seminte macerate ( numite tescovina) trebuie sa fie achizitionate intr-o perioada scurta

de timp.Aceasta perioada dureaza in mod obisnuit din August pana in Noiembrie in emisfera

Nordica si din Februarie pana in Aprilie in emisfera sudica.

Tescovina de struguri are un continut de umiditate mare si este puternic perisabila,

semintele trebuind sa fie separate de pielite si conservate cat mai repede posibil.Mai multe

metode de uscare sunt folosite incluzand si uscarea la soare sau cea mecanica folosind

cuptoare.O alta metoda de conservare a semintelor este sa le separam de pielite si sa le supunem

inghetului. Semintele trebuie sa fie depozitate in mod corespunzator pentru a preveni mucegairea

sau oxidarea.

Semintele depozitate impropriu isi pierd rapid proprietatile nemaifiind optime pentru supunerea

la procesul de extractie.

Proantocianidinele oligomere sunt prezente in stratul exterior al semintelor de struguri, puse

acolo de “mama natura” pentru a proteja samanta si a ajuta la propagarea specie.Dupa

indepartarea din vin proantocianidinele servesc ca linie principala de aparare a semintelor

impotriva elementelor oxidante precum soarele (razele UV) si aer (oxigen), care pot distruge

membranele celulare ale semintelor si sa deterioreze AND-ul in acelasi mod in care cauzeaza

deteriorari celulare la oameni.Prin indepartarea umiditatii in exces si minimizarea expunerii lor

la elementele oxidante, semintele din struguri pot fi depozitate perioade lungi in timp ce isi

mentin potentialul.

Procesarea semintelor:

Deosebirea primara intre varietatile de extracte din struguri disponibile pe piata consta in

procesul de fabricare sau extractive. Fiecare din aceste procese prezinta avantaje si dezavantaje

care pot afecta compozitia, potentialul,costul etc.

Desi detaliile despre procese sunt informatii ce il privesc pe producator exista 2 abordari

de baza: 1) extractia cu solvent 2) extractia cu etanol si apa. Extractia cu solvent foloseste unul

sau mai multi solventi organici precum acetona, clorura de metil sau toluen pentru a indeparta si

separa proantocianidinele oligomere din semintele de struguri. Solventii sunt apoi recuperati iar

concentratul rezultat este apoi fie uscat prin pulverizare fie prin vacuum si macinat.


Proceduri similare de fabricare sunt angajate si in unele procese cu apa si etanol in timp

ce altele implica filtrare complexa, concetrare si pasi de purificare. Desi apa si etanolul pot fi

folosite intr-un proces de extractie cu solvent, termenul extractie cu apa si etanol ar trebui sa fie

rezervat pentru procese care folosesc doar apa si etanol si nu folosesc si alti solvent organici.

Metode de analiza

Extractul din seminte de struguri este un ameste heterogen de acid galic,

monomeri,dimeri,trimeri, tetramer, polimeri si alti oligomeri. Moleculele de baza sunt

catehinele, epicatehinele, esterii acidului galic, glicozide si peptide. Datorita gradului mare de

heterogenitate, sunt necesare mai multe tehnici analitice pentru a caratcteriza extractul din

seminte de struguri.

Cromatografia in strat subtire:

Ce este masurat: separaraea calitativa a fenolilor, folosita pentru a determina daca este

extractul este din struguri

Tipul metodei: Cromatografica, bazat pe marimea si polaritatea fenolilor

Standard: acid galic, catehine, epicatehina si extract de seminte de struguri comercial

Dezavantaje: doar calitativ, nu poate distinge intre pielita de strugure si samanta de

strugure

Comitetul Metodelor de Evaluare a semintelor de struguri a adoptat aceasta metoda

industrial pentru a determina calitativ daca un extract este bazat pe strugure

Aceasta procedura include o separare prin cromatografie in strat subtire a extractelor sub

forma de pudra preacetilate.

In 1998 trei laboratoare independente au validat metoda cromatografiei in strat subtire prin

testarea a 14 extracte din seminte de struguri, ceai verde, picnogenol si merisor precum si a

13 produse in stare finala. Acesta este un teste calitativ facut pentru a identifica extractul din

seminte de struguri si pentru a-l diferentia de alte extracte care ar putea avea componente

similare.

Valoarea procianidolica si Valoarea Porter

Proba Procianidolica mai este denumita si proba Bate-Smith.

Ce este masurat:fenolii demeri si mai mari, valoarea calitativa ce indica prezenta relativa


Tipul metodei: spectrofotometrica, bazata pe hidroliza acida si formarea de culoare

Standard:nici unul

Dezavantaje: reproductibilitate slaba

Comitetul de Evaluare al semintelor din struguri nu recomanda aceste metode pentru

cuantificarea continutului total de fenoli sau a proantocianidinelor oligomere in extractele

din seminte de struguri.

Index-ul Procianidolic (denumit deasemenea Proba Bates-Smith) implica o metode de

tetstare care masora schimbarea culorii atunci cand produsul este amestecat cu diverse chimicale,

cu cat se schimba culoarea mai mult cu atat continutul de proantocinidine oligomere este mai

mare. Totusi Index-ul Procianidolic este o valoare relativa ce poate fi mult peste 100.

Analizele Porter si Procianodolic sunt teste colorimetrice bazate pe hidroliza acida. Dimerii

si moleculele mai mari sunt transformate in antocianidine prin hidroliza acida.

Un grafic standard nu este incorporat iar rezultatele pot fi raportate doar ca valori, nu ca si

procentaje.Este de asemenea foarte greu sa obtii rezultate reproductibile cu proba Valoarea

procianidolica, deoarece rezultatele depind foarte mult de condtitiile de testare iar cianidina

(antocianidina formata in timpul hidrolizei acide) este relativ instabila.

Trei laboratoare independente au desfasurat un studiu atat asupra Valorii Porter cat si asupra

Valorii Procianodolic si au gasit variatii mari de la laborator la laborator in cazul valorii

Procianodolic. Unele companii folosesc un test Bate-Smith modificat pentru a creste

reproductibilitatea rezultatelor. Proba Assay contine sulfat feroso-amoniacal, care stabilizeaza

reactia mai bine decat in proba Procianodolica si da rezultate mai putin dependente de conditii.

Proba Procianodolica:

Proantocianidine (dimeri si mai mari) + HCl/izopropanol + caldura = cinidina, absorbtie la 550

nm

Proba Porter:

Proantocianidine (dimeri si mai mari) + NH4Fe(SO4)2 ● 12 H2O + HCl /n-butanol + caldura =

cianidina, absorbtie la 550 nm

Reactia chimica din dreapta descrie atat valoarea Porter cat si valoarea Procianodolica.

Continutul total de fenoli (Folin-Ciocalteu)

Ce este masurat: concentratia totala de fenoli

Tipul metodei:spectrofotometrica, bazata pe o reactie colorimetrica

Standard:acid galic


Dezavantaje: toate grupurile fenolice sunt cantitative ( antocianii, fenolii din ceaiul

verde)

nu se poate preciza daca un extract este contrafacut

nu se poate diferentia tipul de fenoli prezenti ( monomer, dimer, trimer)

prezenta proteinelor a acizilor nucleici si a acidului ascorbic poate

modifica raspunsul

Metoda este folosita in industria vinului de peste 30 ani

Comitetul de Evaluare a Metodelor de analiza a semintelor din struguri a fost de acord sa

examineze aceasta metoda ca una ce poate fi utilizata in industrial.

Este o metoda colorimetrica care masoara toate moleculele fenolice fara sa faca vreo

diferentiere intre acid galic, monomeri, dimeri si compusi fenolici mai mari.Este utilizat un

grafic standard a acidului galic iar rezultatele sunt exprimate ca echivalenti de acid galic

(GAE).Prima hartie despre aceasta metoda a fost publicata in 1927 iar in 1965 Singleton si

Rossi au imbunatatit reproductibilitatea probei. Swain si Goldstein a considerat aceasta metoda

ca fiind cea potrivita in estimarea fenolilor totali din produse complexe din plante.

Este o metoda sensibila de analiza cantitativa independent de gradul de polimerizare.

Fenoli+alcalin+reactiv FC+heat= produs colorat in albastru, Abs 755 nm

Reactivul Folin – Ciocalteu este un agent de oxidare este compus din molibdat

heteropolifosfotungstenat.

A fost initiat un studiu pentru a determina daca monomerii reactioneaza diferit fata de

moleculele mai mari in acest test. Rezultatele preliminare arata ca testul standard FC oate fi

partinitor in favoarea extractelor din seminte de struguri cu continut mai mare de monomeri din

moment ce monomerii si proantocianidinele oligomere din extractele din seminte de struguri

factori de raspuns diferiti.Metoda poate fi folosita pentru standardizare dar nu si pentru

cuantificare directa.

Aceasta metoda a fost citata ca fiind metoda Asociatiei Oficiale de Chimisti Agriculturali

pentru determinarea continutului total de polifenoli din vinuri.

Testul cu vanilina:

Cu metanol ca solvent:

Ce se masoara: flavan-3-oli

Tipul metodei: spectrofotometrica

Stadard:catehine

Dezavantaje: producerea culorii depinde de multi factori


Cineticile reactiei sunt complicate

Este necesara o proba pura

Cu acid acetic glacial ca solvent:

Ce se masoara: Flavan-3-oli

Tipul metodei: spectrofotometrica, formarea de culoare este in legatura directa cu

concentratia de falvonoli

Standard: Catehine

Dezavantaje:Concentratia de fenoli afecteaza gradul de polimerizare

Este necesara o proba pura

Testul cu vanilina a fost utilizat in industria cerealelor din 1950. Cineticile reactiilor sunt

diferite in cazul celor doi solventi ( metanol si acid acetic glacial) in cazul metanolului se produc

cinetici complicate. In cazul acidului acetic glacial cinetica reactiilor sunt mai putin complexe,

reactia are loc numai la grupurile finale, iar produsul colorat care se formeaza si este masurat

este mai stabil.

Obtinerea de rezultate reproductibile cu testul cu vanilina folosind ca solvent metanolul

poate fi dificila. Persoana care face testul trebuie sa fie bine pregatita iar rezultatul este

dependent de unghiul din care metanolul este adaugat in fiola.

Cromatografia de lichide de inalta performanta cu faza inversa:

Ce se masoara: % monomeri, oligomeri si polimeri, procentul de acid galic, catehinele si

epicatehinele dupa greutate

Tipul metodei: cromatografica, bazata pe polaritatea fenolilor

Comitetul de Evaluare a Metodelor de Analiza a semintelor de struguri a hotarat sa adopte

aceasta metoda industrial pentru determinarea procentului de monomeri in extractul din seminte

de struguri.

Cu aceasta metoda procentul dupa greutate de acid galic si monomeri fenolici precum catehine,

epicatehine poate fi determinat prin folosirea de stadarde disponibile.

Din nefericire cu exceptia unui singur dimer, nici un fenol cu molecula mare nu este disponibil

comercial.

In experientele trecute producatorii de extract din seminte de struguri au descoperit ca nu

exista o procedura standard a RP-HPLC printre laboratoarele independente si ca o simpla cerere

de procentaj monomeric va produce rezultate diferite precum si compusi diferiti.


Daca aceasta analiza este facuta de un laborator independent monomerii de interes ( cei

aflati in mod obisnuit in extractul din seminte de struguri) trebuie sa fie declarati: catehine,

epicatehine precum si acidul galic.In functie de solventul utilizat si de lungimea de unda unele

peak-uri ale monomerilor pot co-elueze cu alti fenoli. Trebuie acordata atentie pentru a asigura

ca peak-urile de interes sunt peak-uri pure.

Cromatografia cu patrundere prin gel:

Ce este masurat: Concentratia de fenoli totali

Tipul metodei: cromatografica, bazata pe marimea fenolilor

Dezavantaje: Durata de viata redusa a coloanei

Nu toata lumea dispune de instrumentele necesare

Dificultatea de a diferentia tipurile de fenoli prezenti ( monomer, dimer,

trimer)

Unii au observat ca moleculele mari se „ lipesc” de coloana

Comitetul de evaluare al Metodelor a fost de acord sa examineze aceasta metoda ca o metoda ce

poate fi folosita in industrie.

Principiul cromatografiei cu patrundere prin gel este ca moleculel sunt separate dupa

marime intr-o coloana specifica iar atunci cand elueaza intensitatea absorbantei este masurata la

o lungime de unda specifica de 280 nm pentru fenoli.Toate moleculele tind sa elueze intr-o

„cocoasa” iar aria peak-ului este direct proportionala cu concentratia fenolilor din acest produs.

Un standard intern este folosit pentru a imbunatati acuratetea rezultatelor. Fuzzati a

identificat trei regiuni separate ale „cocoasei” ca 1) monomeri, 2) dimeri si galatii lor si 3)

trimeri bazandu-se pe un material de referinta bine caracterizat si spectroscopie de masa.

O metoda imbunatatita de a caracteriza procianidinele din seminte de struguri prin tioliza-

HPLC

Procianidinele polimerice ale semintelor de struguri joaca un rol fundamental in

determinarea sanatatii si caracteristicilor senzoriale ale produselor din struguri. Atat propritetatile

organoleptice ale vinului cat si efectele biologice depind de unitati structurale si greutatea

moleculara medie a acestor metaboliti ai strugurilor.

In acest studiu a fost realizata o extractie unica in faza solida pentru a obtine o serie de

fractiuni supuse apoi HPLC in faza inversa dupa degradarea catalizata de un acid in prezenta

toluen –α-tiol Un total de zece fractiuni purificate au fost obtinute si caracterizate de HPLC

in faza inversa urmata de tioliza. Compusii cu cel mai mare grad de polimerizare detectati in extract

au fost heptameri.Gradul de polimerizare mediu a fost 3.2 .


Prin urmare in acest studiu manipularea cu atentie a pasului extractiei fazei solide a dat o

metoda folositoare si potrivita pentru analiza proantocianidinelor polimerice.

Taninurile din seminte sunt flavon-3-oli polimerici ce pot contine subunitati de (+)catehine, (-)

epicatehine si (-) galat de epicatehina legate prin legaturile interflavonice C4-C8.(Prieur, 1994)

Ele poseda activitati antibacteriene(Scalbert, 1991) si antioxidante (Ricardo da Silva , 1991).

Mai mult abilitatea lor de a se comporta ca inhibitori ale unor activitati ale unor enzime si

receptori (Zhu, 1997) si de a precipita proteinele salivare cauzand o senzatie astringenta (Haslam si

Lilley, 1988) este bine documentata.Marea majoritate a acestor proprietati fiziologice sunt legate de

abilitatea de a lega proteine iar reactivitatea lor fata de proteine tinta depinde de structura si masa lor

moleculara. (Robichaud and Noble, 1990)

Datorita numarului mare de structuri chimice existente intr-o populatie de polimeri avand

lungimi variate si trei unitati posibile, analiza taninurilor individual este dificila. De obicei o secventa

a metodelor cromatografice de a separa procianidinele oligomere dupa gradul lor de polimerizare

este aplicata. Pana la urma separarea fractiunilor purificate rezultate in urma catalizarii acide este

efectuata pentru a avea informatii despre compozitita subunitatii polimerilor.In acest pas acizi slabi si

reactivi nucleofilici precum toluen-α-tiol (sau fluoroglucinol) reactioneaza cu procianidinele dand

unitatile terminale ale polimerilor in forma lor libera si unitatile de extindere preum derivatii benzil

tioeterului.

Analiza HPLC a numerosilor produsi de degradare formati ofera informatii asupra structurii

polimerilor, gradului mediu de polimerizare (DPm) si proportia flavonolilor monomeri cuantificabili

din care sunt constituite.

Totusi folosirea mai multor tehnici cromatografice pentru a separa procianidinele polimerice

este laborioasa si consuma timp. Mai mult abilitatea HPLC cu faza normala de a asigura informatii

complete este chestionabila.

In acest studiu, pentru a descoperi un protocol mai eficient de purificare rapida pentru a

fractiona procianidinele oligomere dupa gradul de polimerizare inainte de caracterizarea prin

HPLC urmata de tioliza, a fost desfasurat o etapa imbunatatita de fractionare pe un Toyopearl

HW-40 (F) (este un este un polimer metacrilic hidroxilat pentru excludera dupa dimensiunea in

cromatografie) folosind un sistem FPLC ( Fast Protein Liquid Cromatography).

Rezultate si discutii:

Cromatografia la presiune joasa a unui extract din seminte de struguri pe Toyopearl TSK-50F

ne-a permis sa separam acizii fenolici, flavonolii si flavonolii monomeri in fractiunea A, din taninuri

condensate in fractiunea B.De obicei extractul total B era fractionat prin cromatografie cu faza

normala, in acest studiu o procedura de fractionare printr-un sistem FPLC a fost efectuata.


Aceasta procedura ne-a permis sa obtinem direct 10 fractiuni purificate. (Fig.1)

Fig.1. Cromatograma prin patrundere prin gel a extractului procianidinic.

Datorita conditiilor cromatografice folosite spectrul UV al materialului eluat, ordinea elutiilor

observata anterior si compozitia fenolica a semintelor de struguri este rezonabil sa deducem ca

materialul eluat a constat in procianidine de marime decrescatoare. O confirmare a acestei

ipoteze a fost data de analiza prin tioliza a fiecarei fractiuni. De fapt cand fractiunile colectate au

fost supuse la tioliza catalizata de acid, gradul de polimerizare mediu este estimat prin calcularea

raportului dintre numarul de unitati eliberate si numarul de unitati terminale (Fig.2).

Fig.2. Cromatograma unui mediu tiolizat a procianidinelor din seminte (fractiunea F3) detectata la 280 nm)


Informatiile cantitative obtinute la fiecare fractiune sunt prezentate in Fig.3.Gradul de

polimerizare mediua calculat in urma rezultatelor tiolizei a fost 7 la fractiunea 1 si a scazut la

celelalte. Aceste rezultate au mai fost observate pe Tannat (8.5) si Chardonnay (9,6) de Souquet in

2000.Grad de polimerizare mai mare a fost obtinut pentru procianidinele din seminte de struguri ale

Merlot-ului (DPm= 9-12) (Soucier 2001, 2001) si ale Cabernet Franc (DPm=15.7) (Labarbe, 1999).

Gradul de polimerizare ale extractului total a fost 3.73. Valori similare au fost gasite in literatura

pentru vin Shiraz (4.8) si Chardonnay ( 2.7) ( Kennedy si Jones, 2001).

Fig.3.Gradul de polimerizare a fractiunilor procianidinelor din seminte de struguri determinate prin HPLC urmata

de degradare prin tioliza

Toate fractiunile contineau trei monomeri flavonici diferiti a de procianidine(Fig.4 si 5)

(-) epicatehina a reprezentta mai mult de 50% din unitatiile de extensie si maxim 22% din

unitatile terminale, in care (+) catehina a ajuns la 47%.

Proportia galatilor a variat intre 21.8 si 39.1% a fost asemanatoare cu valorile determinate

pentru Merlot, Tannat, Negrette si Pinot noir.


Fig. 4. Compozitia ( unitatile de extindere) ale fractiunilor procianidinelor din seminte de struguri determinate prin

HPLC urmata de degradare tiolitica.

CAT- catehine

EPICAT-epicatehine

EPICAT-G – galat epicatehinic

DPm- grad de polimerizare mediu

Fig. 5. Compozitia (unitatile terminale) ale fractiunilor procianidinelor din seminte de struguri determinate prin

HPLC urmata de degradare tiolitica.

Pe baza greutatii probei de tanin ( obtinuta prin adunarea greutatii fiecarei fractiuni colectate),

tetramerii si pentamerii (DPm=4.6) reprezinta 14%, eptamerii 10% si dimerii si monomerii mai

putin de 20 % (Fig.6)


Fig. 6 Distributia( frecventa relativa a greutatii in procente) ale fractiunilor procianidinice din extrcatul din seminte

de struguri.

Repetabilitatea acestei metode a fost derminata analizand un extract din seminte de struguri de

sase ori. Coeficientul variatiei cunatificarii fenolilor cu masa moleculara mare este aproape 11%.

Concluzii:

Rezultatele acestui studiu au indicat ca ar trebui sa fie posibila fractionarea

procianidinelor pe baza gradului lor mediu de polarizare printr-un singur pas de cromatografie

lichida pe Toypearl TSK-HW 50F eliminand pasul aditional de fractionare prin HPLC.Datorita

simplitatii ei aceasta metoda poate fi usor adaptata la fractionarea procianidinelor. Prin urmare

procianidinele oligomere fractionate cu grade diferite de polimerizare pot fi de asemenea

utilizate in experimente pentru elucidarea mecanismului fiziologic ale taninurilor condensate si

pot fi de asemenea utilizate pentru studii ulterioare in vivo.

capitolul 4 .metode de analiza a extractului din seminte de struguri

Documents