[2011/Nr 3] Poprawa stabilności termicznej kwasu γ-linolenowego poprzez wytworzenie kompleksu inkluzyjnego z β-cyklodekstryną

BROMAT. CHEM. TOKSYKOL. – XLIV, 2011, 3, str. 517-520

Ewa Ostrowska-Ligęza, Agata Górska, Magdalena Wirkowska

POPRAWA STABILNOŚCI TERMICZNEJ KWASU

γ-LINOLENOWEGO POPRZEZ WYTWORZENIE KOMPLEKSU

INKLUZYJNEGO Z β-CYKLODEKSTRYNĄ*

W pracy wykorzystano zdolność -cyklodekstryny do tworzenia kompleksów typu „gospodarz-gość” z innymi związkami. Badania potwierdziły możliwość utworzenia kompleksów inkluzyjnych pomiędzy kwasem γ-linolenowym a  -cyklodekstryną. Uzyskane wyniki dotyczące próbek przetrzymywanych w podwyższonej temperaturze, wykazały poprawę stabilności kwasu γ-linolenowego w postaci kompleksu z -cyklodekstryną w porównaniu z kwasem niezwiązanym w kompleks.

Hasła kluczowe: kwas γ-linolenowy, β-cyklodekstryna, kompleksy inkluzyjne, stabilność termiczna.

Key words: γ-linolenic acid, β-cyclodextrin, inclusion complexes, thermal stability. Wielonienasycone kwasy tłuszczowe, ze względu na obecność w swojej strukturze wiązań podwójnych, łatwo ulegają niekorzystnym ze względów zdrowotnych i żywieniowych, reakcjom utleniania, tracąc niejednokrotnie swoje właściwości biologiczne (1, 2). Szybkość i kierunek procesów utleniania zależy od wielu czynników, m.in. od temperatury stosowanej podczas operacji technologicznych oraz warunków przechowywania. W wyniku procesów oksydacyjnych powstaje wiele szkodliwych dla zdrowia substancji biorących udział w procesach kancerogenezy i mutagenezy. Niektóre z nich są odpowiedzialne za powstawanie zjełczałego, niepożądanego zapachu i smaku żywności (3). Wysoką podatność kwasów nienasyconych na procesy utleniania można ograniczyć poprzez odizolowanie ich od niekorzystnego działania czynników zewnętrznych, np. poprzez inkluzję we wnęce cyklodekstryny. Charakterystyczny układ cząsteczki cyklodekstryny pozwala na tworzenie kompleksów z wieloma jonami oraz związkami w celu ochrony i stabilizacji substancji czułych na działanie wilgoci, światła, temperatury lub tlenu (4, 5). Proces ten może zachodzić zarówno w roztworze wodnym, jak i fazie stałej. Umożliwia to powstawanie zróżnicowanych w składzie kompleksów o szerokim zastosowaniu w wielu dziedzinach, m.in. w przemyśle spożywczym (6-11). Wytworzenie kompleksu inkluzyjnego pomiędzy β-cyklodekstryną a związkami niestabilnymi, zawierającymi składniki lotne i podatne na utlenianie, np. związki siarkoorganiczne, aldehydy, nienasycone kwasy tłuszczowe, barwniki, aromaty znacznie poprawia stabilność produktu (12-14).

Celem pracy było wykorzystanie zdolności -cyklodekstryny do utworzenia kompleksu typu „gospodarz-gość” z kwasem γ-linolenowym o wyższej stabilności. ____________ * Badania były finansowane ze środków budżetowych na naukę w latach 2009-2011 jako projekt

518 E. Ostrowska-Ligęza i inni Nr 3 MATERIAŁ I METODY

Przedmiotem badań był preparat zawierający ok. 20% kwasu γ-linolenowego oraz jego kompleks inkluzyjny z β-cyklodekstryną.

Badania obejmowały syntezę kompleksów inkluzyjnych kwasu

γ-linolenowego z β-cyklodekstryną w stosunku molowym kwas

γ-linolenowy/β-cyklodekstryna – 1:2. W tym celu odważono odpowiednio 2272 mg β – cylodekstryny, rozpuszczono w wodzie w temperaturze 50ºC, a następnie dodano 278 mg kwasu γ-linolenowego. Roztwór mieszano 30 min. w temperaturze 50ºC, stopniowo oziębiano do temperatury 20ºC, a następnie poddano liofilizacji. Przed procesem liofilizacji badany roztwór został zamrożony w zamrażarce komorowej w czasie 24 h w temperaturze - 70˚C. Następnie badany materiał poddano procesowi liofilizacji w liofilizatorze ALPHA1-4 LDC-1m firmy Christ, z kontaktowym ogrzewaniem surowca. Proces prowadzony był przy stałych parametrach: ciśnienie 63 Pa, ciśnienie bezpieczeństwa 103 Pa, czas 24 godziny. Kontrola temperatury materiału w czasie suszenia odbywała się przy użyciu termopary. W celu zbadania stabilności powstałych połączeń inkluzyjnych, preparat zawierający kwas γ-linolenowy oraz kompleksy kwas γ-linolenowy/β-cyklodekstryna przetrzymywano w temperaturze 50ºC przez 2 godziny w suszarce w obecności powietrza oraz pod normalnym ciśnieniem. Próbkę wyodrębniano z β-cyklodekstryny poprzez ekstrakcję heksanem. Zawartość kwasu γ-linolenowego oraz produktów jego utlenienia w ogrzewanych próbkach oznaczono z wykorzystaniem techniki GC po uprzednim przeprowadzeniu w estry metylowe według PN-EN ISO 5509 (15).

WYNIKI I ICH OMÓWIENIE

W celu poprawy stabilności kwasu γ-linolenowego wykorzystano zdolność β-cyklodekstryny do tworzenia kompleksów typu „gospodarz-gość” z innymi związkami. Wyniki uzyskane w przypadku próbek przetrzymywanych w temperaturze 50˚C wykazały poprawę stabilności, a zatem wyższą zawartość kwasu γ-linolenowego w próbce w postaci kompleksu z -cyklodekstryną w porównaniu z kwasem γ-linolenowym niezwiązanym w kompleks (tab.1). W próbce wyizolowanej z β-cyklodekstryny zawartość kwasu γ-linolenowego wynosiła 21,76%, podczas gdy w próbce niezwiązanej w kompleks zidentyfikowano mniejszą zawartość kwasu γ-linolenowego (16,50%). Przyczyną obniżenia zawartości kwasu wielonienasyconego mogą być zachodzące w podwyższonej temperaturze procesy utleniania (16). Analogiczne wyniki otrzymano w badaniach kwasu linolowego (C18:2). W próbce wyizolowanej z β-cyklodekstryny zawartość kwasu linolowego wynosiła 91,51%, podczas gdy w próbce niezwiązanej w kompleks - 67,84% (16). Istotną poprawę stabilności, po utworzeniu kompleksu z β-cyklodekstryną, uzyskano w przypadku wielonienasyconych kwasów tłuszczowych (PUFA) (tab. 2.). Zawartość PUFA w próbce niezwiązanej w kompleks z β-cyklodekstryną, ogrzewanej w temperaturze 50˚C, wyniosła 54,56%, natomiast w próbce związanej w kompleks - 61,25%.

Nr 3 Stabilność termiczna kompleksu kwasu γ-linolenowego z β-cyklodekstryną 519

T a b e l a I . Skład wybranych kwasów tłuszczowych w badanych próbkach: 1- próbka niezwiązana w kompleks z

β-cyklodekstryną, ogrzewana w temp. 50˚C; 2 - próbka ogrzewana w temp. 50˚C w postaci kompleksu z β-cyklodekstryną T a b l e I . Fatty acid composition in the analyzed samples: 1 - nonencapsulated sample heated at 50˚C; 2 - sample heated at 50˚C in the form of complex with β-cyclodextrin

Lp. Kwas tłuszczowy 1 2 1 Kwas palmitynowy C16:0 10,89 10,00 2 Kwas stearynowy C18:0 4,19 4,17 3 Kwas oleinowy C18:1 16,86 15,70 4 Kwas eikozenowy C20:1 4,38 4,09 4 Kwas linolowy C18:2 34,06 37,43 5 Kwas γ-linolenowy C18:3 16,50 21,76 6 Kwas α-linolenowy C18:3 0,34 0,34 7 Kwas eikozatrienowy C20:3 2,89 2,71

T a b e l a I I . Sumaryczna zawartość nasyconych, jednonienasyconych i wielonienasyconych kwasów tłuszczowych w

badanych próbkach

T a b l e I I . The total saturated (SFA), monounsaturated (MUFA) and polyunsaturated (PUFA) acids content in the analyzed samples 1 2 Σ SFA 16,14 15,16 Σ MUFA 24,24 22,02 Σ PUFA 54,56 61,25 Σ Omega-3 3,40 3,06 Σ Omega-6 51,16 58,20

1- próbka niezwiązana w kompleks z β-cyklodekstryną, ogrzewana w temp. 50˚C; 2 - próbka ogrzewana do temp. 50˚C w postaci kompleksu z β-cyklodekstryną;

1 - nonencapsulated sample heated at 50˚C; 2 - sample heated at 50˚C in the form of complex with β-cyclodextrin.

Otrzymane wyniki wskazują na możliwość ograniczenia niekorzystnych procesów utleniania kwasów nienasyconych poprzez inkluzję molekularną we wnęce cyklodekstryny.

WNIOSKI

1. Inkluzja molekularna kwasu γ-linolenowego we wnęce

β-cyklodekstryny okazała się skutecznym sposobem odizolowania go od niekorzystnego działania czynników zewnętrznych.

2. Wyniki uzyskane dla próbek przetrzymywanych w podwyższonej temperaturze wykazały wyższą stabilność, a zatem wyższą zawartość kwasu γ-linolenowego w próbce w postaci kompleksu z β-cyklodekstryną w porównaniu z kwasem γ-linolenowym niezwiązanym w kompleks.

3. Wytworzenie kompleksu inkluzyjnego z β-cyklodekstryną okazało się szczególnie efektywne w przypadku ochrony przed degradacją kwasów omega-6.

520 E. Ostrowska-Ligęza i inni Nr 3 E . O s t r o w s k a - L i g ę z a , A . G ó r s k a , M . W i r k o w s k a

THE IMPROVEMENT OF THERMAL STABILITY OF

γ-LINOLENIC ACID BY FORMING THE INCLUSION COMPLEX WITH β-CYCLODEXTRIN S u m m a r y

The main objective of the study was to improve the oxidative stability of γ-linolenic acid. As unsaturated fatty acid, it easily undergoes undesirable oxidative changes, which are responsible for rancid smell and taste of food products. During its degradation a lot of harmful for health substances appear, such as primary and secondary oxidation products. In order to improve the oxidative stability of γ-linolenic acid, the ability of β-cyclodextrin to form host-guest complexes with other compounds was used. The results confirmed the molecular encapsulation of the γ-linolenic acid in the cavity of β-cyclodextrin. Resultes obtained for the samples stored at high temperature showed that the γ-linolenic acid sequestered in β-cyclodextrin was more stable in comparison with nonencapsulated γ-linolenic acid.

PIŚMIENNICTWO

1. Hęś M., Korczak J., Górecka D., Gramza A., Jędrusek-Golińska A.: Stopień oddziaływania produktów utleniania tłuszczu na zmiany ilościowe dostępnej lizyny i metioniny w układach modelowych o zróżnicowanym odczynie środowiska, Bromatologia i Chemia Toksykologiczna, 2005 b; supl.: 455-460. – 2. Kanner J.: Oxidative processes in meat and meat products: quality implications, Meat Science, 1994; 36: 169-189. – 3. Pokorny J., Davidek J., Chocholata V., Panek J., Bulantova H.,

Janitz W., Valentova H., Viereclova M.: Interaction of oxidized ethyl linoleate with collagen, Nahrung,

1990; 34: 159-169. – 4. Górska A., Kozłowska M.: Zastosowanie cyklodekstryn w przemyśle spożywczym, Postępy Techniki Przetwórstwa Spożywczego, 2008; 2: 80-84. – 5. Szetjli J.: Introduction and general overview of cyclodextrin chemistry, Chemical Review, 1998; 98: 1743-1753. – 6. Duchene

D., Bochot A., Yu S-C., Pepin C., Seiller M.: Cyclodextrins and emulsions, International Journal of

Pharmaceutics, 2003; 266: 85-90. – 7. Lucas-Abellan C., Fortea I, Lopez-Nicolas J.M., Nunez-Delicado

E.: Cyclodextrin as resveratrol carrier system, Food Chemistry, 2007; 104: 39-44. – 8. Martin Del Valle E.M.: Cyclodextrin and their uses: a review, Process Biochemistry, 2004; 39: 1033-1046. – 9. Shaw P.E., Wilson C.W.: Debittering of citrus juices with cyclodextrin polymer, Journal of Food Science,

1983; 48: 646-647. – 10. Singh M., Sharma R., Banerjee U.C.: Biotechnological applications of cyclodextrins, Biotechnology Advances, 2002; 20: 341-359.

11. Szejtli J., Szente L.: Elimination of bitter, disgusting tastes of drugs and foods by cyclodextrin, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 2005; 61: 115-125. – 12. Liu X.D., Furuta T.,

Yoshii H., Linko P., Coumans W.J.: Cyclodextrin encapsulation to prevent the loss of 1-menthol and its

retention during drying, Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 2000; 64: 1608-1613. – 13.

Szejtli J., Szente L., Banky-Elod E.: Molecular encapsulation of volatile, easily oxydizable flavor

substances by cyclodextrins, Acta Chimica Academiae Scientiarum Hungaricae, 1979; 101: 27- 46. – 14.

Szente L., Szejtli J.: Stabilization of flavours by cyclodextrins, Chemical Society Symposium Series,

1987; 370: 148-158. – 15. PN-EN ISO 5509:2001. Oleje i tłuszcze roślinne oraz zwierzęce. Przygotowanie estrów metylowych kwasów tłuszczowych. – 16. Górska A., Ostrowska-Ligęza E,

Wirkowska M., Bryś J.: Stabilność termiczna kompleksów inkluzyjnych kwasu linolowego z

β-cyklodekstryną, ŻYWNOŚĆ. Nauka. Technologia. Jakość, 2011, 2(75), 115-123. Adres: 02-776 Warszawa, ul. Nowoursynowska 159c.