Sostanze bioattive negli alimenti

Università degli Studi di Napoli “Federico II”
Corso di Laurea in
Scienze della Nutrizione Umana
Corso di:
Chimica degli Alimenti
Sostanze bioattive negli alimenti
Prof. Gian Carlo Tenore
a.a. 2015-16
1
VÉÅÑÉáà| u|Étàà|ä|
2
Alimentazione e Benessere
Protidi
Glicidi
Lipidi
Minerali
Vitamine
Acqua
SALUTE
BENESSERE
Composti bioattivi
etc…
3
Osservazioni epidemiologiche
Tè verde
Medicina tradizionale orientale: emorragie, diabete, trattamento ferite,
apparato cardiovascolare, funzioni urinarie e cerebrali
Attuali osservazioni: riduzione rischio neoplasie mammarie, ovariche e
prostatiche (FDA, 2005); attività antitrombotica; effetti positivi su Parkinson
ed Alzheimer
Broccoli e cavoli
Effetto protettivo contro la neoplasia pancreatica, mammaria
Soia
Riduzione rischio neoplasie mammarie, colonrettali; riduzione rischio
coronarico
Pomodoro
Effetto positivo per l’iperplasia prostatica benigna; effetto “anti-aging”
4
Un pool di composti bioattivi in un’ampia
gamma di tipi di frutta e ortaggi
L’acido ellagico della fragola può inibire la
formazione di alcuni tipi di cancro
Una mela al giorno – ricca in flavonoidi –
può proteggere dai tumori
Il mirtillo, una ricca fonte di flavonoidi,
aumenta la memoria negli animali
Fagioli, uva, lenticchie, vino bianco
e rosso e tè contengono antiossidanti che
inibiscono l’insorgenza dei tumori
5
Recentemente il National Cancer Institute (NCI), riferendosi
alle numerosissime ricerche degli ultimi anni sull’attività
anti-tumorale delle molecole naturali, ha identificato oltre 40
piante commestibili contenenti composti, noti generalmente
come fitochimici, potenzialmente dotati di effetto
chemiopreventivo.
Sur Y. J., 2003; Aggarwal B.B., 2006
6
Alimenti con proprietà anti-cancro
Aggarwal, Bharat B.; Shishodia, Shishir. Molecular targets of dietary agents for prevention and therapy of cancer.
Biochemical Pharmacology (2006), 71(10), 1397-1421.
7
8
Fitochimici o Fitonutrienti
Metaboliti secondari delle piante presenti in piccole
quantità e privi di significato nutrizionale
Funzioni nelle piante:
difesa contro piante infestanti, insetti e
microrganismi, regolatori della crescita, pigmenti.
9
Fitochimici in natura
Polifenoli
Carotenoidi
Cumarine
Fitati
Flavonoidi
Ftalidi
Glucarati
Indoli
Isotiocianati
Lignani
Monoterpeni
Poliacetileni
Composti sulfurei
Triterpeni
10
Milgate, J.; Roberts, D. C. K. The nutritional and biological significance of saponins. Nutrition Research (New York) (1995),
15(8), 1223-49.
11
Composti amari,
presenti abbondantemente
nei legumi, scarsamente
assorbiti dall’intestino.
12
Azioni farmacologiche:
Attività antitumorale
Attività antimicrobica
Attività immunomodulante
Attività ipocolesterolemizzante
Milgate, J.; Roberts, D. C. K. The nutritional and biological significance of saponins.
15(8), 1223-49.
Nutrition Research (New York) (1995),
13
Ad alte dosi possono determinare:
Anemia
Pancitopenia
Perdita di sali minerali
Milgate, J.; Roberts, D. C. K. The nutritional and biological significance of saponins.
15(8), 1223-49.
Nutrition Research (New York) (1995),
14
Valori consigliati di assunzione
500 mg/die
Milgate, J.; Roberts, D. C. K. The nutritional and biological significance of saponins.
15(8), 1223-49.
Nutrition Research (New York) (1995),
15
Halkier, Barbara Ann; Gershenzon, Jonathan. Biology and biochemistry of glucosinolates.
(2006), 57 303-333.
Annual Review of Plant Biology
16
Presenti in tutte le crucifere (cavolo, rape, cavolfiori, verza
ecc.) in forma inattiva.
La cottura riduce il contenuto del 30-60% ed inattiva l’enzima
mirosinasi che trasforma i glucosinati in forme attive:
isotiocianati, tiocianati e indoli (caratteristico odore ….)
Metaboliti completamente assorbiti per la mirosinasi microbica.
Sulforafano = isotiocianato con la maggiore attività antitumorale
e antiossidante
17
Azioni farmacologiche:
Attività antiossidante
Attività antineoplastica
Azione protettiva della prostata
Azione protettiva dell’artrosi cervicale
Halkier, Barbara Ann; Gershenzon, Jonathan. Biology and biochemistry of glucosinolates.
(2006), 57 303-333.
Annual Review of Plant Biology
18
Isotiocianato e tiocianato
(crescione, rape e ravanelli)
presenti in concentrazione
batteriostatica nel tratto
urinario.
19
Ad alte dosi possono determinare:
Ipertrofia, iperplasia della tiroide e gozzo
Depressione
Lesioni e necrosi del fegato
Neurotossicità
Mutagenicità
Anilakumar, K. R.; Khanum, Farhath; Bawa, A. S. Dietary role of glucosinolate derivatives: a review.
and Technology (2006), 43(1), 8-17.
Journal of Food Science
20
Valore consigliato di assunzione
10-50 mg
(vegetariani>100 mg)
Halkier, Barbara Ann; Gershenzon, Jonathan. Biology and biochemistry of glucosinolates.
(2006), 57 303-333.
Annual Review of Plant Biology
21
Hooper, Lee; Cassidy, Aedin. A review of the health care potential of bioactive compounds.
and Agriculture (2006), 86(12), 1805-1813.
Journal of the Science of Food
22
Una delle principali classi della frazione
insaponificabile dei grassi
Proprietà biologiche
Proprietà “tipizzanti”
Hooper, Lee; Cassidy, Aedin. A review of the health care potential of bioactive compounds.
and Agriculture (2006), 86(12), 1805-1813.
Journal of the Science of Food
23
Azioni farmacologiche:
Attività ipocolesterolemizzante
(stanoli)
Hooper, Lee; Cassidy, Aedin. A review of the health care potential of bioactive compounds.
and Agriculture (2006), 86(12), 1805-1813.
Journal of the Science of Food
24
Ad alte dosi possono determinare:
Una diminuzione dell’assorbimento
di vitamine liposolubili
Hooper, Lee; Cassidy, Aedin. A review of the health care potential of bioactive compounds.
and Agriculture (2006), 86(12), 1805-1813.
Journal of the Science of Food
25
Valori consigliati di assunzione
100 - 500 mg/die
Hooper, Lee; Cassidy, Aedin. A review of the health care potential of bioactive compounds.
and Agriculture (2006), 86(12), 1805-1813.
Journal of the Science of Food
26
Tapiero Haim; Townsend Danyelle M; Tew Kenneth D Organosulfur compounds from alliaceae in the prevention of human pathologies.
27
Biomedicine & pharmacotherapy = Biomedecine & pharmacotherapie (2004), 58(3), 183-93.
Composti organosulfurici dell’aglio, cipolla e di tutte le
altre piante a bulbo.
28
Azioni farmacologiche:
Attività antiossidante
Attività immunostimolante
Azione epatoprotettiva
Calo ponderale (?)
Azione antibatterica
Tapiero Haim; Townsend Danyelle M; Tew Kenneth D Organosulfur compounds from alliaceae in the prevention of
human pathologies. Biomedicine & pharmacotherapy = Biomedecine & pharmacotherapie (2004), 58(3), 183-93.
29
30
Azione antimicrobica
Allicina (aglio)
effetto inibitore sull’H. Pylori
31
Ad alte dosi possono determinare:
Neurotossicità
Epatotossicità
Banudevi, S.; Arunkumar, A.; Sharmila, M.; Senthilkumar, J.; Balasubramanian, K.; Srinivasan, N.; Aruldhas, M. M.; Arunakaran, J. Diallyl disulfideinduced modulation of a few phase I and II drug metabolizing enzymes on Aroclor 1254 toxicity in Rattus norvegicus liver and ventral
prostate. Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition (2005), 36(3), 59-65
32
Sostanze attive presenti soprattutto nelle erbe
aromatiche e nelle spezie:
•mentolo nelle menta
•carvone nei semi di cumino
•limonene nella buccia del limone
Altamente liposolubili e biodisponibili
Effetti protettivi: antitumorali, antimicrobici,
ipocolesterolemizzanti.
Limonene: forte azione antitumorale in
trial preliminare su pazienti con cancro
33
Carotenoidi
· Nelle piante circa 700 composti
· 40-50 importanti nella nutrizione umana
· α-e β-carotene, licopene (termoresistenti)
· xantofille (termosensibili)
· pomodori, peperoni, albicocche, carote ecc.
Effetti protettivi:
· antitumorali,antiossidanti,
· immunomodulatori,ipocolesterolemizzanti.
L’85% del licopene assunto deriva dai pomodori
34
Polifenoli
Tutti i tipi di frutta e verdura fino a 0,1% del peso
+ ricchi la buccia della mela e le foglie verdi di lattuga.
Effetti protettivi:
antiossidanti, antitumorali, antimicrobici, antitrombotici,
immunomodulatori, antiinfiammatori, ipotensivi, modulatori della
glicemia
Il contenuto↑
↑con la maturazione:
> nei prodotti di stagione < nei prodotti di
serra
35
Polifenoli
Acidi fenolici
benzoic acid
p-coumaric acid
transcinnamic acid
36
Flavonoidi
Flavonoli
Proantocianidine
Quercetina
Flavan-3-oli
Canferolo
Catechine
Isoflavonoidi
Isoflavoni
Epicatechina
Genisteina
Epigallocatechina
Daidzeina
Cumestani
Flavoni
Flavanoni
Apigenina
Miricetina
Luteolina
Naringina
Cumestrolo
Skibola, Christine F.; Smith, Martyn T. Potential health impacts of excessive flavonoid intake.
29(3/4), 375-383.
Free Radical Biology & Medicine (2000),
37
• Flavonoli
Quercetin-rutinoside (Rutina)
Quercetin-glucoside
Quercetin-glucuronide
Kaempferol-glucuronide
Quercetin
Kaempferol
(Seeram and others 2006)
38
CAMPI DI APPLICAZIONE
Industria farmaceutica
Industria cosmetica
Industria alimentare
39
Azioni farmacologiche:
Attività antiossidante
Attività antineoplastica
Azione preventiva dei disturbi della menopausa
Azione preventiva dell’osteoporosi
Attività preventiva e curativa delle patologie del
sistema cardio-vascolare
Skibola, Christine F.; Smith, Martyn T. Potential health impacts of excessive flavonoid intake.
(2000), 29(3/4), 375-383.
Free Radical Biology & Medicine
40
Assunzione di flavonoidi e rischio di infarto coronarico
Flavonoid intake and cardiovascular disease mortality in a prospective cohort of US adults
McCullough et al., American Journal of Clinical Nutrition, (2012), 95(2), 454-464.
41
Health Benefits
Anti-angiogenic Activity
New blood vessel formation
Anti-angiogenic, antioxidant, and anti-carcinogenic properties of a novel anthocyanin-rich berry extract formula.
Bagchi et al., Biochemistry, 2004, 69(1):75-80.
42
Ad alte dosi agiscono come:
Pro-ossidanti (generano radicali liberi)
Mutageni
Inibitori degli enzimi coinvolti nel metabolismo
ormonale
Inibiscono l’assorbimento e l’incorporazione
di iodio
Possono avere effetti tossici sul feto (poiché
oltrepassano facilmente la placenta)
Skibola, Christine F.; Smith, Martyn T. Potential health impacts of excessive flavonoid intake. Free Radical Biology &
Medicine (2000), 29(3/4), 375-383.
43
Valori consigliati di assunzione pro die:
Flavonoli (68 mg)
Isoflavoni (20–240 mg)
Skibola, Christine F.; Smith, Martyn T. Potential health impacts of excessive flavonoid intake.
(2000), 29(3/4), 375-383.
Free Radical Biology & Medicine
44
•Soia
•Trifoglio rosso
Benassayag, et al., 2002. J. Chromatogr.B 777:233-248.
45
I fitoestrogeni nell’uomo
• I fitoestrogeni dimostrano una debole attività
estrogenica rispetto agli estrogeni plasmatici (17-β
βestradiolo o estrone).
• I livelli di fitoestrogeni risultano più elevati nei fluidi
derivanti dai tessuti mammari.
• Le secrezioni urinarie dei vegetariani possono
contenere livelli di fitoestrogeni 1000 volte superiori
dei livelli di estrogeni steroidei
46
Estrogen has multiple effects
47
48
49
Terapia post-menopausa
L’assunzione di 30
mg/die di isoflavoni
della soia può ridurre le
“vampate” del 30 - 50%
50
Effetto degli isoflavoni sui vasi
Scimmie
Donne in postmenopausa
51
Effetto della soia sull’ossidabilità delle LDL
52
Flavonoidi
• Antocianine
– Glicosidi responsabili del colore di fiori e frutti:
peonidina
pelargonidina
delfinidina
cianidina
malvidina
petunidina
– Cambiano colore al variare del pH:
pH acido
rosso
pH 3,5-4,5
incolore
pH neutro
blu
pH alcalino
giallo
53
(Seeram and others 2006)
Flavonoidi
Il potere delle antocianine…
Il “Paradosso Francese”
54
Procianidine (frutti di bosco)
inibiscono l’aderenza dei batteri
patogeni sull’epitelio del tratto
urinario.
55
Polifenoli
• Polifenoli nelle fragole
Polifenoli
mg/kg
Acidi fenolici
85
Flavonoli
13
Antocianine
5256
Aaby and others 2007
56
RESVERATROLO
(3,5,4'- triidrossistilbene)
57
RESVERATROLO
Quantità nei vini
(mg/L)
•
•
•
•
•
•
•
Vini rossi 1.98 - 7.13
Rossi spagnoli 1.92 - 12.59
Succo di vini rossi spagnoli 1.14 - 8.69
Vini rosè 0.43 - 3.52
Pinot nero 0.40 - 2.0
Vini bianchi 0.05 - 1.80
Vini toscani da 0.3 a 2.1
58
RESVERATROLO
Vinificazione e fermentazione
• Le quantità presenti nel vino dipendono dal tipo di
vinificazione e dalla durata della fermentazione.
• Le bucce fresche ne contengono fino a 100 mcg/g!
59
RESVERATROLO
Proprietà farmacologiche
• Azione antifungina, antiteratogena, antineoplastica
e di fluidificazione del sangue che può limitare
l'insorgenza di placche trombotiche.
• Inoltre, di grande interesse è la possibilità di
impiego nella sindrome di Alzheimer ed altre forme
di demenza.
60
EFFETTI DEI POLIFENOLI
AZIONE
ANTIOSSIDANTE
-
PROTETTIVA SUL SISTEMA
CARDIOVASCOLARE
INIBIZIONE AGGREGAZIONE
PIASTRINICA
ANTIINFIAMMATORIA
ANTITUMORALE
INIBIZIONE DELLA
PEROSSIDASI LIPIDICA
SCAVENGING DEI RADICALI
REATTIVI
CAPACITA’ DI CHELARE I
METALLI
CAPACITA’ RIDUCENTE
61
Polifenoli
Cosa rende i polifenoli degli ottimi antiossidanti?
– Caratteristiche strutturali, quali:
• Gruppi ossidrilici di anelli fenolici
• Aromaticità
• Gruppi carbonilici
62
Mechanisms
• Antioxidant Capacity
Scavenging of reactive oxygen species (ROS) by flavonoids (Pietta 2000)
63
Mechanisms
• Metal Chelation
– Entrapment of metals
– Two or more binding
sites
– Catechol and galloyl
moieties
Binding sites for trace metals (Pietta 2000)
64
Prodotti ortofrutticoli più diffusi e loro
contenuto in composti bioattivi
65
(cavolfiori, broccoli, etc )
• Principi attivi: glucosinolati e composti
organosulfuri
• Azione: antineoplastica, antiossidante, protettiva
della prostata e dell’artrosi cervicale
• Antiossidante, antibatterica, immunostimolatoria,
epatoprotettiva
66
(Soia)
• Principi attivi: Isoflavoni e saponine.
• Attività: antineoplastica, preventiva dei
disturbi cardiaci, preventiva dei disturbi della
menopausa, diminuzione dell’incidenza di
osteoporosi
67
(limoni, arance, clementine)
• Principi attivi: monoterpeni e flavonoidi
• Attività: antineoplastica, antiossidante,
preventiva delle patologie cardiovascolari
68
(cipolle, aglio, scalogno, etc.)
• Principi attivi: Composti organosulfurici e
aminoacidi derivati della cisteina
• Attività: antiradicalica e “dimagrante”
69
• Principio attivo: Licopene
• Il licopene sembra essere due volte più attivo del
beta carotene nel distruggere I radicali liberi
70
• Principio attivo: Acido ellagico
• Attività: prevenzione disturbi cardiaci
71
Fitochimici: classificazione ed attività principali
Evidenza per i seguenti effetti:
Fitochimici
A
Carotenoidi
X
Saponine
X
Glucosinolati
X
X
Polifenoli
X
X
Monoterpeni
X
X
Sulfidi
X
B
C
D
X
E
F
G
X
X
H
I
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
A=antitumorale
D=antitrombotica
G=ipotensiva
B=antimicrobica
E=immunomodulatrice
H=ipocolesterolemizzante
C=antiossidativa
F=antinfiammatoria
I= modulazione della glicemia
72
Fitonutrienti che bloccano o sopprimono la carcinogenesi a diversi stadi
Pro-carcinogen
Detoxification
Secretion
Metabolic
activation
Ultimate
carcinogen
Cancerblocking
Ellagic acid
Detoxification
Indole-3-carbinol
Sulphoraphane
Flavonoids
Normal cell
Initiation
1-2 days
Preneoplastic
cells
Promotion
(>10 yrs)
Neoplastic
cells
Progression
(>1 yrs)
Initiated cell
Cancer-suppressing Agents
β -Carotene
Curcumin
Epigallocatechin gallate Genistein
Resveratrol
Gingerol
Capsaicin
73
Aglio
zenzero
Ombrellifere
(carote, sedano
pastinaca)
Cipolla, the zafferano
Frumento lino, riso integrale
Agrumi (arancia,limone,Pompelmo)
Solanacee (pomodoro, melanzana
peperoni)
Crucifere
(broccoli,
cavolfiore,
cavolini di Bruxelles
avena
Rosmarino
Basilico
menta
sago
origano
patate
dragoncello
timo
bacche
cetriolo
melone
orzo
74
75
I saggi per la valutazione della capacità
antiossidante possono determinare:
il trasferimento di atomi di idrogeno (HAT)
il trasferimento di elettroni (ET)
76
La maggior parte dei saggi HAT applica uno
schema di reazione nel quale competono
antiossidanti e substrati per i radicali perossidici
derivati
dalla
degradazione
termica
di
azocomposti. Esempi di saggi HAT sono dati dai
DPPH ed ORAC test
77
I metodi ET misurano la capacità
antiossidante in funzione della capacità
dei composti antiossidanti di cambiare
colore quando si riducono. Tra questi
ricordiamo il FRAP test
78
Capacità antiossidante (TAC) di
vegetali/kg
Spinaci
Chili
Pepe
Rape
Funghi
Barbabietole rosse
Rucola
Barbabietola
Broccoli
Radicchio
Carciofo
Asparagi
FRAP
26.94
23.54
20.98
17.77
16.39
15.31
14.30
13.13
11.67
11.39
11.09
10.60
DPPH
5.79
6.42
5.47
6.62
6.26
7.67
4.22
2.70
3.07
6.27
6.85
9.71
79
Capacità antiossidante (TAC) di
frutta/kg
Mora
Ribes rosso
Lampone
Olive nere
Fragole selvat
Olive verdi
Fragole coltiv
Arance
Mirtillo
Ananas
Prugna rossa
Uva bianca
FRAP
51.53
44.86
43.03
39.99
28.00
24.59
22.74
20.50
18.61
15.73
12.79
11.09
DPPH
21.01
12.14
10.48
18.08
10.34
14.64
8.56
5.65
9.30
5.92
8.09
2.50
80
Capacità antiossidante (TAC) di
bevande a base di frutta/L
Succo
FRAP
DPPH
Arancia
9.44
2.27
Frutta mista
8.76
1.58
Limone
8.37
3.67
Pesca
7.79
1.81
Pera
7.43
2.15
Albicocca
7.15
2.19
Tropical
6.18
2.06
Mela
5.01
1.97
Ananas
5.16
1.79
Cola
0.92
n.v.
81
Capacità antiossidante (TAC) di
bevande alcoliche, tè e caffè/L
FRAP
DPPH
Caffè espresso
129.38
66.00
Caffè solubile
108.56
52.37
Caffè decaff.
93.l01
45.82
Chianti rosso
31.53
14.84
Aglianico rosso
30.53
16.09
Tè verde
18.00
7.63
Tè nero
10.09
4.87
Aceto rosso
9.50
4.80
Vernaccia b.
5.04
2.32
Bardolino rosè
4.66
1.98
82
L’ORAC
test
misura
la
capacità
antiossidante di composti idrofili, mediante
l’inattivazione di specie chimiche reattive,
come l’ossigeno.
L’ORAC è l’unità di misura ufficiale negli
USA per la quantificazione del potere
antiossidante degli alimenti.
83
Unità ORAC
Quantità
Succo d’arancia
1142
bicchiere
Fragole
1170
Tazza
Pompelmo
1188
1
Succo di pompelmo
1274
bicchiere
Prugne nere
1454
3
More
1466
tazza
Cavoletti Bruxelles cotti
1384
tazza
Barbabietola cotta
1782
tazza
Spinaci cotti
2042
tazza
Cavolo verde cotto
2048
tazza
Mirtilli
3480
Tazza
Succo di uva nera
5216
bicchiere
Raccomandazione 5000 unità ORAC
≈ almeno 5 porzioni di frutta e verdura
84
(15,000 μmol TE/g ORAC Value)
Fonte vegetale: bucce, semi e frutti dell’uva (Vitis vinifera)
85
• Metodi di conservazione
• Metodi di trasformazione
• Operazioni preliminari
• Metodi di cottura
86
87
88
89
90
La zucca è un ortaggio comunemente e variamente
utilizzato nella cucina mediterranea:
91
ATTIVITA’ ANTIOSSIDANTE
92
93
1. Zucca cruda
2. Zucca al microonde (2’)
3. Zucca al vapore (15’)
4. Zucca bollita (15’)
94
1. Zucca cruda
2. Zucca arrostita (15’)
3. Zucca fritta (8’)
95
1. Zucca cruda
2. Zucca marinata con
l’aceto (24 h)
3. Zucca cotta con il
vino (10’)
96
1. Zucca cruda
2. Zucca marinata
con l’aceto
3. Zucca cotta con
il vino
1. Zucca cruda
2. Zucca arrostita
3. Zucca fritta
1.
2.
3.
4.
Zucca cruda
Zucca al microonde
Zucca al vapore
Zucca bollita
97
1. Zucca cruda
2. Zucca liofilizzata (12 h)
98
Quali e quanti sono i composti bioattivi presenti nelle
piante?
Quali concentrazioni determinano gli effetti
farmacologici?
Quali concentrazioni determinano gli effetti tossici?
I fitochimici negli alimenti sono equivalenti a quelli
negli integratori?
99