Selektivní extrakce vybraných karotenoidů

Ing. Mgr. Barbora HRVOLOVÁ

Bakalářská práce

Selective extraction of selected carotenoids

Anotace:

Experimentální část této práce se zabývá nalezením možného využití křídlatky (Reynoutria spp.). Křídlatka pochází z východní Asie. V České republice patří mezi nejprogresivnější invazivní druhy rostlin. Každoročně se v určitých oblastech České republiky pořádají rozsáhlé akce na likvidaci křídlatky. Letos se podobný projekt plánuje v Moravskoslezském kraji. Připravované vysokorozpočtové akce mají však pouze jeden cíl, likvidaci bez následného využití. Lutein a zeaxantin patří mezi kyslíkaté karotenoidy, xantofyly. Nachází se jak v tkáních rostlinného původu tak v tkáních původu živočišného. Jako doplňkové pigmenty mají světlosběrnou funkci. Jedná se o významné antioxidanty, u nichž byl prokázán preventivní účinek proti onemocnění zraku. Cílem této práce bylo stanovit obsah luteinu a zeaxantinu v křídlatce a navrhnout metodiku pro izolaci karotenoidů a jejich selektivní extrakci s cílem získat extrakt čistého luteinu a zeaxantinu. Chromatografickou analýzou jsme zjistili, že křídlatka obsahuje až 8 x větší množství luteinu než je uváděno u jiných rostlin. K získání extraktu čistého luteinu a zeaxantinu bylo potřeba nejdříve navrhnout metodiku pro izolaci karotenoidů. Bylo nutné nalézt postup pro odstranění fenolických látek, odstranění zelených barviv ? chlorofylů a separaci složek. Po řadě pokusů, které nás však dovedly k cíli, jsme vytvořili výslednou metodiku pro izolaci karotenoidů, skládající se ze tří fází přípravných a jedné fáze separační. Přípravné fáze zahrnují: 1. ultrazvukovou extrakci ve vodě, během které dochází k odstranění fenolických látek, 2. ultrazvukovou extrakci v methanolu, kdy dochází k uvolnění pigmentů do rozpouštědla, 3. saponifikaci, která způsobí degradaci chlorofylů. Separační fáze spočívá v oddělení karotenoidů od saponifikovaného extraktu pigmentů. K separaci jsme použili hexan. Karotenoidy jsme do hexanu převedli protřepáním extraktu. Následně jsme vytvořili metodiku pro selektivní extrakci karotenoidů. Chromatografickou analýzou jsme zjistili, že v izolovaném extraktu karotenoidů se nachází kromě luteinu a zeaxantinu pouze ß-karoten. Selektivní extrakce byla založena na rozdílné polaritě těchto karotenoidů. Lutein a zeaxantin jsme z hexanu převedli do methanolu. Tento extrakt však obsahoval zbytky ß-karotenu. Trojnásobným promytím tohoto extraktu hexanem jsme získali čistý extrakt luteinu a zeaxantinu. Průběžnou kontrolu správnosti jednotlivých kroků jsme prováděli pomocí absorpčního spektrofotometru UV550 (Unicam, GB) a HPLC systému (TSP Analytical, USA). Chromatografickou analýzou jsme zjistili, že křídlatka obsahuje významné množství luteinu (cca 800 ?g/g f.w.) a zeaxantinu (cca 300 ?g/g f.w.).Výše uvedenou metodikou selektivní extrakce jsme dosáhli výnosu 16,7 ?g/g f.w. luteinu a 5,6 ?g/g f.w. zeaxantinu. Křídlatka tedy není jen pouhý plevel, ale také jeden z významných potencionálních zdrojů těchto antioxidantů, které se hojně využívají jak v průmyslu farmaceutickém tak potravinářském. Navržením výše uvedené metodiky jsme pro křídlatku našli využití, které může plně kompenzovat náklady vynaložené na její odstraňování. Následující experimenty jsou vedeny za účelem zvýšení dosaženého extrakčního výnosu. Dalším cílem, kterým se dále hodláme zabývat, je upravení této metodiky pro systém rozpouštědel ethanol/heptan.

Abstract:

Experimental part of this bachelor thesis is interested in finding a possibility of scorpion shell (Reynoutria spp.)´s usage. Scorpion shell comes from East Asia. It is included in the most progressive inbreaking plant species in the Czech Republic. Annually in the areas of the Czech Republic, large projects for scorpion shell´s liquidation are arranged. This year the liquidation project is scheduled for Moravian- Silesian territory. Prepared expensive actions have one aim only ? liquidation of the scorpion shell. Lutein and zeaxanthin are included in oxygenous carotenoids ? xanthophylls. They are found in the plant origin tissues and in the animal origin tissues too. As additional pigments, they have light absorption function. Lutein and zeaxanthin are antioxidants, which have preventive effect against the two common eye diseases of ageing, cataract and age ? related macular degeneration. The aims of this bachelor thesis were determination of lutein and zeaxanthin contents in scorpion shell, suggestion of method for carotenoid isolation and suggestion of method for selective extraction of selected carotenoids. We wanted to get extract of clear lutein and zeaxanthin. By chromatographic analyses we discovered, that scorpion shell contents eight times larger amount of lutein than is indicated in the other plants. Suggestion of method for carotenoid isolation was needfulness for getting extract of lutein and zeaxanthin. We had to find a procedure for removing of phenolic compounds, for eliminating of chlorophylls and for compounds separation. Suggested procedure was composed of three preparing stages and one separating stage. Preparing stages inclusive: 1. ultrasound extraction in water, 2. ultrasound extraction in methanol, 3. saponification. Separating stage include separation of carotenoids from saponificated extract of pigments. We used hexan to separation. We transport carotenoids to hexan by shaking. Subsequently we suggested method for selective extraction of selected carotenoids. By chromatographic analyses we found out, that extract of isolated carotenoids consists of lutein, zeaxanthin and ß ? caroten. Selective extraction was based on different polarity of these pigments. Lutein and zeaxanthin were transferred from hexan to methanol. This extract contained remnants of ß ? caroten. Extract of clear lutein and zeaxanthin we gain by triple wash of methanol by hexan. Steps rightness was controlled by absorption spectrophotometer UV550 (Unicam, GB) and by HPLC system (TSP Analytical, USA). By chromatographic analyses we found out, that scorpion shell contains important amount of lutein (800 ?g/g f.w.) and zeaxanthin (300 ?g/g f.w.). Our extraction yield of lutein was 16,7 ?g/g f.w. and of zeaxanthin was 5,6 ?g/g f.w.. Scorpion shell is not weed. It is a potential source of these antioxidants, which are used in pharmaceutical and food ? processing industry. By suggestion of this method we find a usage for scorpion shell, which can compensate liquidation costs. Next experiments are aimed to increasing of extraction yield and to modify this method for solution system ethanol/heptan.

Klíčová slova

lutein, zeaxantin, ultrazvuk, extrakce pigmentů, fyzikálně- chemické vlastnosti rozpouštědel

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 16. 4. 2009

Zveřejnit od: 16. 4. 2009

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 27. 5. 2009
• Vedoucí: Doc. RNDr. Jiří Kalina, Ph.D.

OSTRAVSKÁ UNIVERZITA V OSTRAVĚ

Přírodovědecká fakulta

Bakalářský studijní program / obor:
Biologie / Experimentální biologie