Diapositiva 1 - OrientaChimica

X Ciclo di Laboratori Chimici di Aggiornamento
per i Docenti delle Scuole Medie Superiori
Sostanze antiossidanti:
aspetti chimici e funzionali.
Sintesi del propil gallato, un additivo
alimentare antiossidante
Dr.ssa Alessandra Silvani
([email protected])
Commissione Orientamento
del Collegio Didattico
del Dipartimento di Chimica
09 Settembre 2015
Aula G10, Settore Didattico Golgi
Laboratorio 3070, via Golgi 19
Sostanze antiossidanti
Sommario
RADICALI LIBERI E STRESS OSSIDATIVO
• I radicali liberi nei sistemi biologici
• Lo stress ossidativo: la rottura di un equilibrio
• Fattori che favoriscono la produzione di radicali liberi
• I danni causati dai radicali liberi
ANTIOSSIDANTI
• Endogeni (enzimatici e non enzimatici)
• Esogeni (di origine alimentare)
• Sintetici
ESPERIENZA DI LABORATORIO
• Sintesi del propil gallato (additivo alimentare antiossidante)
Sostanze antiossidanti
I RADICALI NEI SISTEMI BIOLOGICI
I radicali liberi sono specie chimiche con un elettrone spaiato in un orbitale esterno e
quindi estremamente instabili e altamente reattive.
Nei sistemi biologici, si formano prevalentemente attraverso processi che producono specie
reattive dell’ossigeno (Reactive Oxygen Specie, ROS).
L’ossigeno è assolutamente necessario per la vita degli organismi aerobici e di per sé è
scarsamente reattivo.
Si trova in natura sotto forma di molecole biatomiche che presentano due elettroni spaiati
di spin uguali sistemati su due orbitali diversi (tripletto).
primo singoletto eccitato
("ossigeno singoletto")
secondo singoletto eccitato
stato fondamentale di tripletto
Sostanze antiossidanti
A concentrazione superiore anche di poco di quella presente nell’aria e per tempi prolungati,
l’ossigeno diventa tossico, a causa dei vari intermedi di riduzione, molto più reattivi
dell’ossigeno molecolare. In presenza di opportuni “transfer” di elettroni, l’ossigeno va infatti
incontro a riduzione monovalente ( 1 e-).
Quando una molecola di ossigeno somma un elettrone, si trasforma in radicale anione
superossido, O2-.
L’aggiunta di un secondo elettrone (insieme con due protoni) trasforma quest’ultimo in
perossido di idrogeno, H2O2.
Sostanze antiossidanti
Il perossido non è un radicale, ma reagisce facilmente con metalli di transizione,
producendo un radicale idrossilico OH, una particella chimica molto attiva che inizia
facilmente reazioni a catena incontrollabili.
Fe2+ + H2O2
Fe3+ + O2-
Fe3+ + OH + OH- (reazione di Fenton)
Fe2+ + O2 (reazione di riduzione del Fe3+)
(reazione di Haber-Weiss)
In assenza dell’azione catalitica del ferro, queste reazioni avvengono molto lentamente: il
sequestro del ferro mediante proteine di trasporto (transferrina) e proteine di accumulo
(ferritina) ha lo scopo di limitarne la disponibilità.
La reazione di Fenton rappresenta in vivo la fonte principale di OH• soprattutto in patologie
(emocromatosi) in cui la quantità di ferro libero aumenta in modo considerevole.
Il radicale OH• ha emivita molto breve (~ 1 ns) ed è scarsamente diffusibile: reagisce, nel sito
stesso in cui viene generato, con qualunque componente cellulare (provoca danni a
membrane cellulari, proteine ed acidi nucleici).
E’ considerato la forma radicalica più tossica e più reattiva; è prodotto dai leucociti a partire
da H2O2 per distruggere patogeni.
Sostanze antiossidanti
Nell’attivazione dell’ossigeno a dare i ROS devono intervenire dei «transfer» di elettroni
(radiazioni, ioni di metalli di transizione nello stato di ossidazione più basso o enzimi che
contengono ioni metallici nel loro sito attivo).
I ROS sono continuamente prodotti nell’organismo come conseguenza dei normali processi
metabolici, sia attraverso una serie di reazioni catalizzate da enzimi che attraverso reazioni di
natura non enzimatica.
Sostanze antiossidanti
I mitocondri vengono considerati la fonte principale di ROS cellulari poiché il radicale
superossido viene generato costantemente durante la fosforilazione ossidativa e può
essere convertito in H2O2 ed altre specie reattive dell’ossigeno.
Durante i processi di fosforilazione ossidativa, il 4-5% dell’ossigeno non viene
completamente ridotto ad H2O, ma forma prodotti intermedi dell’O2 altamente reattivi.
Sostanze antiossidanti
I radicali liberi non sono sempre dannosi.
Nella cellula, i ROS oltre che nei mitocondri, vengono generati anche in altri compartimenti e
da molti enzimi.
Le NADPH ossidasi sono enzimi che ossidano il coenzima ridotto NADPH producendo la
forma ossidata NADP+ e H2O2.
+ +++OO ⇄ NAD(P)+ + H
H22OO22
NAD(P)H
NAD(P)H++HH
22
Si produce un derivato di riduzione incompleta dell’ossigeno, potenzialmente tossico, a fini
metabolicamente utili per l’organismo in circostanze particolari.
L’NADPH ossidasi è presente nelle membrane di alcune cellule
specializzate nella funzione fagocitaria, cioè la funzione di inglobare
e distruggere microrganismi patogeni nella fase di prima difesa
dell’organismo contro le infezioni. L’inglobamento porta
all’isolamento dei microrganismi in speciali vacuoli, dove essi sono
poi distrutti dai ROS prodotti della reazione della NADPH ossidasi.
In particolare il perossido d’idrogeno reagisce nelle cellule fagocitarie neutrofile con Cl- e
forma ipoclorito HOCl, il principale agente responsabile dell’uccisione dei microrganismi nel
vacuolo.
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Produzione di ROS dal catabolismo purinico:
La xantina ossidasi (XOS) è un enzima appartenente alla classe delle ossidoriduttasi, che
catalizza la conversione della xantina in acido urico in condizioni normali.
La xantina è una base purinica proveniente dalla degradazione degli acidi nucleici (DNA e
RNA).
+ H2O + O2⇄
xantina
+ H2O2
Acido urico
Il radicale monossido d’azoto (NO•) agisce come importante messaggero intra ed
intercellulare regolando molte funzioni: pressione arteriosa, respirazione, coagulazione del
sangue e trasmissione nervosa.
Per la sua azione ossidante, interviene direttamente
nei meccanismi di difesa immunitaria.
La sintesi è affidata all’enzima monossido nitrico
sintetasi (NOS), che utilizza come substrato
l’amminoacido essenziale arginina.
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LO STRESS OSSIDATIVO: LA ROTTURA DI UN EQUILIBRIO
A concentrazioni moderate i ROS partecipano attivamente ad una varietà di processi
biologici, implicati nella normale crescita cellulare.
A concentrazioni elevate i ROS sono dannosi per l’organismo in quanto attaccano i
maggiori costituenti della cellula (proteine, acidi nucleici, lipidi), partecipando così a
processi complessi quali l’invecchiamento e le patologie ad esso correlate.
Lo stress ossidativo è una forma di stress “chimico”, indotto dalla presenza, in un
organismo vivente, di un eccesso ROS, causato da un’aumentata produzione degli stessi
e/o da una ridotta efficienza dei sistemi fisiologici di difesa antiossidanti.
Soprattutto con l’avanzare dell’età si manifesta una
significativa riduzione delle capacità antiossidanti di
difesa.
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Lo stress ossidativo è la conseguenza di uno squilibrio tra processi pro-ossidanti e processi
antiossidanti.
Radiazioni, farmaci, metalli pesanti
fumo di sigaretta, alcool, inquinamento
sedentarietà, infezioni
Aumento di ROS 
ridotta assunzione, diminuita sintesi,
ridotta capacità di utilizzazione,
aumentato consumo (di antiossidanti)
Difetto di antiossidanti 
Danno cellulare
Danno tissutale
Danno d’organo
Danno sistemico
malattie
cardiovascolari
demenze,
Parkinson
invecchiamento
precoce
infiammazione
tumori
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FATTORI CHE FAVORISCONO LA PRODUZIONE DI RADICALI LIBERI
La produzione è funzione dell’ambiente in cui viviamo, del metabolismo individuale,
dell’alimentazione e in generale del nostro stile di vita.
Fattori favorenti:












inquinamento
raggi solari (UV)
raggi X
cattiva alimentazione
sovrappeso
fumo di sigaretta
eccesso di alcool
eccesso di farmaci
agenti chemioterapici
stress cronico
vita sedentaria
esercizio fisico eccessivo
Sostanze antiossidanti
I DANNI CAUSATI DAI RADICALI LIBERI NEI SISTEMI BIOLOGICI
I ROS, composti instabili e altamente reattivi ad emivita brevissima, sono responsabili del
danno ossidativo a carico di macromolecole biologiche, come DNA, carboidrati e proteine.
.
Soprattutto il radicale idrossile OH può reagire con quasi tutte le molecole organiche,
producendo radicali liberi organici attraverso un processo che prevede tre fasi:
1. Innesco
2. Propagazione “a catena” di radicali liberi in molecole biologiche (prevalentemente acidi
grassi poliinsaturi, ma anche proteine, carboidrati e DNA)
Le specie chimiche reattive, radicaliche, agiscono come ossidanti:
A
+
C
C
Radicale Molecola bersaglio
(ossidante) (doppio legame
C=C)
Elettrone
spaiato
A
+
Nuova
molecola
(ridotta,
stabile)
C
C
Nuovo
radicale
(ossidante)
3. Termine del processo ad opera di molecole antiossidanti (spazzini o scavenger).
Gli scavenger possono essere:
• enzimi che eliminano l’anione superossido e il perossido di idrogeno
• proteine che trasportano o sequestrano Fe e Cu
• piccole molecole
Sostanze antiossidanti
Uno dei siti più sensibili al danno causato dai ROS è la membrana cellulare:
Il radicale idrossilico OH sottrae un atomo
di idrogeno ad un acido grasso poliinsaturo,
iniziando così una catena di reazioni di
perossidazione lipidica.
I perossidi lipidici vengono degradati per
formare dei prodotti caratteristici quali la
malonildialdeide (MDA) o l’idrossinonenale
(HNE).
Questi composti reagiscono con le proteine
formando legami crociati e addotti chimici
con esse (prodotti finali di lipoossidazione
avanzata)
Sostanze antiossidanti
Danno indotto dalla lipoperossidazione
alle membrane biologiche:
Il danno è in grado di propagarsi mediante una reazione
a catena, in quanto i lipidi privati di elettroni tendono a
reintegrare la perdita ‘rubandoli’ alle molecole
contigue, fino a coinvolgere anche le proteine del
nucleo centrale ed il DNA.
Il radicale idrossilico OH reagisce con vari amminoacidi
per formare derivati idrossilati:
H2O2 reagisce con la metionina per
formare metionina solfossido:
Il radicale idrossilico OH reagisce con le basi
azotate degli acidi nucleici.
Il più comune prodotto dell’ossidazione è la 8ossiguanina (principale indicatore di danno al
DNA).
Sostanze antiossidanti
In sintesi, il danno ossidativo da ROS non si esplica solo a livello di biomolecole importanti,
ma si ripercuote sulla salute dell'intero organismo.
Accelerando i processi di invecchiamento cellulare e deprimendo il sistema immunitario,
favorisce l'insorgenza di numerose malattie e forme tumorali.
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• Cardiopatia coronarica: dipende dai processi arteriosclerotici a livello
della parete delle arterie. Lo stress ossidativo a livello delle lipoproteine
LDL rappresenta un fattore importante nella formazione iniziale delle
lesioni aterosclerotiche. L’ossidazione delle LDL dipende da processi di
perossidazione indotti da radicali liberi.
• Carcinogenesi: il danno ossidativo del DNA provocato dai ROS può
portare a rotture di una singola catena o della doppia catena, come pure
ad aberrazioni cromosomiche. Le modifiche del DNA possono provocare
mutazioni puntiformi, delezioni o amplificazioni geniche che possono
costituire la prima fase della carcinogenesi.
• Cataratta e degenerazioni oculari: la cataratta è un opacizzazione del
sistema di lenti dell’occhio dovuto ad alterazioni ossidative delle proteine,
dovute al fatto che l’occhio è esposto alla luce (UV) e all’azione ossidante
dell’ossigeno.
• Alterazioni neuronali: lo stress ossidativo può intervenire nella
degenerazione neuronale alla base di malattie come il morbo di Parkinson,
la sclerosi laterale amiotrofica e la malattia di Alzheimer.
Sostanze antiossidanti
L’invecchiamento cellulare è “il prodotto della serie di reazioni ossidative di natura
radicalica cui si è necessariamente esposti per il semplice fatto di utilizzare l’ossigeno....
….la longevità dipende dall’efficienza dei sistemi di protezione antiossidante”.
Harman, D Journal of Gerontology 1956
Sostanze antiossidanti
DIFESE ANTIOSSIDANTI
Per evitare i danni ossidativi, la cellula ha sviluppato un sofisticato sistema di difesa nei
confronti dei ROS di natura enzimatica e non (attività “scavenger”).
Per antiossidante intendiamo “qualsiasi sostanza che, presente in concentrazione molto
bassa rispetto a quella di un substrato ossidabile, è in grado di ritardare o inibire
significativamente l’ossidazione di quel substrato” (Halliwell & Gutteridge, 1989).
Il sistema antiossidante è regolarmente distribuito nella cellula:
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ANTIOSSIDANTI: CLASSIFICAZIONE
Gli antiossidanti possono essere classificati secondo diversi criteri:
- in base all’origine: endogeni ed esogeni,
- in base alla natura chimica: enzimatici e non enzimatici,
- in base alla solubilità: liposolubili e idrosolubili,
- in base al meccanismo d’azione:
preventivi (prevengono la formazione dei ROS): proteine chelanti per i metalli di
transizione (transferrina, albumina)
scavenger (riducono la concentrazione di ROS rimuovendoli dal mezzo in cui si trovano):
enzimi specifici, α-tocoferolo
agenti di riparo (enzimi che intervengono dopo che il danno da ROS si è instaurato):
transferasi, polimerasi
agenti di adattamento (sostanze e protocolli di vita attraverso i quali è possibile potenziare
il sistema antiossidante fisiologico): corretto esercizio fisico, regime alimentare
equilibrato.
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-in base alla natura chimica:
antiossidanti enzimatici (endogeni):
superossido dismutasi (SOD)
catalasi
glutatione perossidasi (GPx) e glutatione reduttasi (GRed)
Antiossidanti non enzimatici (endogeni):
proteine plasmatiche (proteine-SH, leganti metalli (Fe, Cu))
acido urico
bilirubina
glutatione
ubichinone (CoQ10)
acido α-lipoico (ALA)
Antiossidanti non enzimatici (esogeni):
Acido ascorbico (vitamina C)
α-tocoferolo (vitamina E)
carotenoidi
polifenoli
Sostanze antiossidanti
I principali sistemi enzimatici, coinvolti nella difesa antiossidante con il ruolo di “scavenger”,
sono:
- superossido dismutasi, attiva contro il radicale superossido (•O2-)
- catalasi, che riduce il perossido di idrogeno (H2O2)
- glutatione perossidasi (in molti casi selenio-dipendente), che riduce gli idroperossidi
organici
Poiché molti oligoelementi essenziali, tra cui selenio, rame, manganese e zinco, sono
coinvolti nella struttura molecolare o nell’attività catalitica di questi enzimi, la nutrizione
svolge un ruolo fondamentale nel mantenere l’efficacia delle difese enzimatiche
antiossidanti endogene.
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Superossido Dismutasi (SOD)
E’ uno dei più importanti enzimi antiossidanti, esistente in molte forme comuni che
possono avere cofattori metallici diversi. Rappresenta la difesa cellulare primaria contro
l’anione superossido •O2-.
Nell’uomo ne sono presenti tre differenti tipi, coinvolgenti Cu, Zn e Mn (nei mitocondri),
tutte coinvolte nella dismutazione di O2-, cioè nella rimozione catalitica del radicale
superossido combinandolo a protoni per formare perossido di idrogeno e ossigeno.
La reazione catalizzata è:
2 O2- + 2H+  H2O2 + O2
Sostanze antiossidanti
Catalasi
Appartiene alla classe delle ossido-reduttasi. Rappresenta la difesa cellulare primaria
contro il perossido di idrogeno H2O2. Agisce con la SOD per la rapida detossificazione
dell’anione superossido (O2-), inattivando l’H2O2 prodotta dalla SOD.
La reazione catalizzata è: 2H2O2  O2 + 2H2O
1 molecola di catalasi può convertire ~ 6 milioni di molecole di H2O2
ogni minuto!
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Glutatione Perossidasi (GPx)
E’ una metalloproteina (può contenere Se come cofattore), localizzata sia a livello della
membrana cellulare che a livello extracellulare.
Catalizza, utilizzando il glutatione (GSH) come substrato e agente riducente, la riduzione di
H2O2 ad H2O.
Il GSH, nella forma inizialmente ridotta (GSH), viene ossidato (GSSG) da GPx, per essere poi
nuovamente ridotto dall’enzima Glutatione Reduttasi (Gred).
La reazione catalizzata è: H2O2 + 2GSH
GSSG + 2H2O
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Una seconda linea di difesa è formata dai composti antiossidanti endogeni (non
enzimatici), che reagiscono con i composti ossidanti riducendone il potenziale nocivo.
Proteine plasmatiche
Proteine-SH (albumina), leganti metalli (Fe, Cu) (transferrina, ferritina)
Acido urico
Prodotto finale del catabolismo delle purine (adenina e guanina), chela i metalli (Fe, Cu) e
riduce l’ozono (antiossidante del tratto respiratorio).
Bilirubina
Prodotto di degradazione dell’eme, blocca i radicali perossilici a livello plasmatico.
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Glutatione (o GSH)
E’ un tripeptide (γ-glutammilcisteinilglicina), costituito da cisteina e glicina legate da un
normale legame peptidico e acido glutammico legato alla cisteina con un legame peptidico
atipico. Contiene un gruppo tiolico (–SH).
E’ il più importante antiossidante tiolico solubile intracellulare che l'organismo è in grado di
produrre (endogeno). La sua concentrazione è molto elevata nel citosol, nei nuclei e nei
mitocondri.
GSH è coinvolto in numerosi processi cellulari:
- è cofattore di numerosi enzimi (GPx)
- può agire da scavenger nei confronti di OH•
- può detossificare H2O2 e i perossidi lipidici
- può rispristinare la forma ridotta di importanti antiossidanti (vitamine C ed E)
Sostanze antiossidanti
Il suo potere antiossidante deriva dalla capacità del gruppo –SH del residuo cisteinico di
donare facilmente un e- (e un H+):
GSH + R °
GS° + RH
Il radicale tiile (GS°) ha emivita lunga ed è disattivato per dimerizzazione, evento che porta
alla formazione della forma ossidata di glutatione (GSSG):
2GS°
GSSG
I livelli di GSH vengono poi ripristinati dalla GSH reduttasi-NADPH-dipendente:
GSSG + NADPH + H+
GSH + NADP+
Il rapporto GSH/GSSG rappresenta una buona misura dello stress ossidativo di un
organismo. In un organismo sano e giovane, il rapporto GSH/GSSG nel sangue è di >10/1,
che significa che oltre il 90% del glutatione totale è presente in forma libera.
Sostanze antiossidanti
Ubichinone (CoQ10)
E’ l’unico antiossidante lipofilo sintetizzato dall’uomo. E’ localizzato in tutti i tessuti, nel
sangue ed in ogni tipo di membrana, dove è presente principalmente nella sua forma attiva:
l’ubichinolo (CoQ10-H2).
Previene la perossidazione
lipidica e mantiene la
vitamina E nella forma
ridotta (azione indiretta).
Acido α-Lipoico (ALA)
Esiste in natura sotto due forme: disolfuro ciclico (acido α-lipoico, ALA) e catena aperta
(acido diidrolipoico, DHLA).
E’ coinvolto nella rigenerazione del GSH e delle vitamine C ed E, è in grado di chelare
metalli e di ripristinare la forma ridotta di proteine ossidate.
Sostanze antiossidanti
Esistono infine gli antiossidanti di origine alimentare (non enzimatici, esogeni),
complementari ed integrativi a quella del sistema immunitario naturale.
E’ dimostrato che un aumento dell’intake di antiossidanti da fonti naturali, in particolare
frutta e vegetali, può essere utile nella prevenzione di varie malattie.
In realtà, le molecole antiossidanti di origine alimentare hanno una vasta gamma di
funzioni, molte delle quali sono estranee alla capacità di assorbire i radicali liberi. Il loro
effetto benefico per la salute sembrerebbe quindi derivare da molteplici e non del tutto
conosciuti meccanismi d'azione.
I dati sul supplemento di antiossidanti sono
invece ancora insufficienti per raccomandare
l’uso generalizzato di tali sostanze in quantità
superiori a quello naturalmente presente in una
dieta ‘salutare’.
Le sostanze antiossidanti di origine naturale sono idonee,
oltre che per l’assunzione orale, anche per essere
incorporate in preparati cosmetici, al fine di esplicare la
loro funzionalità per via topica.
Sostanze antiossidanti
Antiossidanti di origine alimentare (non enzimatici, esogeni)
• Acido ascorbico (vitamina C)
• Tocoferoli (vitamina E)
• Carotenoidi
• Flavonoidi
Acido ascorbico (vitamina C)
E’ uno dei più potenti antiossidanti naturali. Solubile in acqua, è presente a concentrazioni
significative nel plasma (60 μmol/L) e in molti tessuti.
E’ presente sia in forma ossidata (deidroascorbato) che in forma ridotta (acido ascorbico).
acido L-ascorbico
acido L-deidroascorbico
E’ particolarmente efficace nei confronti del radicale superossido, idrossilico e dell’ 1O2.
Protegge i tocoferoli dall’ossidazione, rigenerandone la forma ossidata che si forma durante i
processi di difesa contro la perossidazione lipidica.
La rigenerazione di ascorbato ridotto avviene per opera di una ascorbato reduttasi NADPHdipendente.
Sostanze antiossidanti
La vitamina C si trova in tutti i tipi di frutta e di verdura crudi. E’ facilmente ossidabile e
molto sensibile alla luce e al calore, dunque con la cottura e si perde.
La biodisponibilità della vitamina C da fonti naturali è del tutto simile a quella della
vitamina C sintetica.
Tocoferoli (vitamina E)
Vitamina E è il termine generico per definire la famiglia dei derivati dell’α−tocoferolo,
composti molto liposolubili che agiscono quindi a livello di membrane cellulari e di
lipoproteine, inibendo la perossidazione lipidica.
Nel nostro corpo si trova immagazzinata nel tessuto adiposo, nel fegato e nei muscoli.
L’α -tocoferolo è in grado di bloccare la
perossidazione lipidica donando e- e H+ del
suo gruppo idrossilico ai radicali
perossilipidici, rendendoli meno reattivi e
bloccando la propagazione della loro
perossidazione.
Sostanze antiossidanti
Fonti naturali sono frutta secca e oli vegetali ottenuti da semi (soia, frumento, arachide,
mais, girasole). L’olio più ricco in vitamina E è quello che si ricava per estrazione dai semi
germinati di frumento (olio di germe di grano). La comprovata azione antiossidante dell’olio
di germe di grano ne permette l’uso anche a fini cosmetici.
Carotenoidi
Sono pigmenti naturali rossi, gialli e arancioni (circa 600) contenuti in molti vegetali e nei
tessuti di animali che si cibano di tali vegetali.
Sono operativi nei confronti dei perossidi e dell’1O2. Essendo lipofili, entrano nei meccanismi
di protezione delle lipoproteine esposte alla perossidazione lipidica.
Sostanze antiossidanti
Vengono suddivisi in xantofille (contenenti ossigeno) e caroteni (non contenenti ossigeno):
I più noti sono:
-β-carotene
(precursore
della vitamina A)
-licopene che si ritrova nel
pomodoro e nel cocomero
- astaxantina, una xantofilla
presente
nei
crostacei
marini e in un’alga
- luteina, una xantofilla che
si ritrova nei fiori di Tagetes,
spinaci, cavolo e carota.
Sostanze antiossidanti
Polifenoli
Sono un’ampia ed eterogenea classe di composti derivati dal metabolismo secondario delle
piante.
Sono derivati ciclici del benzene sostituiti con uno o più gruppi idrossilici.
Comprendono molecole sia semplici, come gli acidi fenolici, oppure chimicamente
trasformati, come i flavonoidi e gli stilbeni.
Sono efficaci scavenger nei confronti dei radicali liberi, possono agire come riducenti e
chelanti di metalli.
acidi fenolici
I flavonoidi e gli stilbeni, come gli acidi fenolici, sono contenuti nella frutta, in molti vegetali
e in bevande come il tè, il vino e il caffè.
flavonoidi
stilbeni
Sostanze antiossidanti
Sostanze antiossidanti
Protezione antiossidante: visione d’insieme
Sostanze antiossidanti
Anche molte piante aromatiche, come rosmarino, salvia, menta, erba cipollina ed origano
contengono composti antiossidanti.
La santoreggia (Satureja montana), grazie ai derivati fenolici
timolo e carvacrolo, contenuti nell’olio essenziale, espleta
attività antiossidante di lipo-protezione.
Il cavolfiore (Brassica oleracea) contiene nelle parti tenere flavonoidi (canferolo e derivati
della quercetina) e acidi idrossicinnamici, tutti a marcata attività antiossidante.
Sostanze antiossidanti
La corteccia di pino marittimo (Pinus pinaster) fornisce un estratto ricco in flavonoidi e acidi
fenolici idrosolubili.
Accanto all'attività antiossidante, l'estratto di pino marittimo è caratterizzato da marcate
proprietà antiinfiammatorie e capillaroprotettrici.
Della cannella (Cinnamomum zeylanicum), oltre la marcata attività
antimicrobica e antifungina, dovuta in particolare al suo contenuto in
cinnamaldeide (componente principale dell’olio essenziale), è da
ricordare l’elevata attività antiossidante.
L’olio essenziale di geranio (Pelargonium
graveolens) è attivo soprattutto quale
inibitore della lipoperossidazione, grazie
probabilmente alla presenza di citronellolo e
geraniolo.
Largamente utilizzato quale antiossidante è l’estratto dell’alga
verde Haematococcus pluvialis. Contiene astaxantina, che agisce
neutralizzando i radicali perossidi e favorisce nel contempo
l’attività degli altri antiossidanti presenti, ad esempio vitamina C.
Sostanze antiossidanti
Edelweiss o stella alpina (Leontopodium alpinum) contiene molte sostanze dotate di attività
antiossidante: acidi fenolici (caffeico, clorogenico, vanillico), derivati cumarinici e,
soprattutto, acido leontopodico.
Ai numerosi derivati flavonoidici (quercitrina,
isoquercitrina, ecc.) presente nelle bacche di
mirtillo (Vaccinium myrtillus) è ascritta una
significativa
azione
che
ostacola
la
perossidazione lipidica, sia catturando i radicali
liberi, sia inibendo l’enzima lipossigenasi.
Sostanze antiossidanti
Il frutto dell’acai (Euterpe oleracea), una pianta dell’Amazzonia di recente comparsa nella
produzione cosmetica, contiene una dose elevata di ingredienti attivi ai fini antiossidanti,
antocianidine, in particolare cianidina 3-glucoside. Si ritiene che esplichi una funzione
antiossidante superiore a quella dell’uva rossa.
Le bacche di goji (Lycium barbarum), frutti di un arbusto spontaneo di origine tibetana,
vantano diversi pregi nutrizionali. Sono da tempi immemorabili un elemento essenziale
della medicina tradizionale cinese e, più in generale, del territorio asiatico.
Contengono una discreta quantità di vitamine, in particolare di tocoferoli (vitamina E),
carotenoidi (pro-vitamina A) e acido ascorbico (vitamina C) e possono quindi considerarsi
efficaci nella protezione dallo stress ossidativo.
Sostanze antiossidanti
L’aronia è una pianta che sviluppa bacche poco conosciute in Italia, ma tipiche del Nord
Europa, specialmente delle zone boschive umide. Contiene antiossidanti, polifenoli, sali
minerali e vitamine in quantità 3 volte superiori rispetto ai mirtilli. Le bacche di aronia
vengono utilizzate per preparare succhi, tisane, tinture e marmellate.
Viene dalla Patagonia cilena uno dei frutti più ricchi di
antiossidanti del mondo. Si tratta del maqui, conosciuto fin
dall’antichità come un elisir di lunga vita.
Il maqui è ricco di un particolare tipo di antocianine, le
delfinidine, che sono i più potenti tra i polifenoli: infatti,
occorrerebbe bere 500 bicchieri di vino rosso per assumere
la stessa quantità di delfinidine contenute in una capsula di
estratto purificato di maqui.
delfinidina
Sostanze antiossidanti
Antiossidanti nell’industria alimentare
Il processo di ossidazione è una delle cause più comuni e frequenti di alterazioni, anche
sostanziali, del colore, dell'aroma, della consistenza, del gusto e del contenuto nutrizionale
degli alimenti, durante i processi di produzione, distribuzione e preparazione degli stessi.
Gli antiossidanti hanno la funzione di impedire o interrompere il processo ossidativo,
prolungando significativamente la shelf-life dei cibi ed agendo di conseguenza come
conservanti.
Gli antiossidanti primari sono composti riducenti che si ossidano al posto dell'alimento,
reagendo loro stessi con i radicali liberi e convertendoli in composti più stabili (un esempio è
dato dalla vitamina E).
I secondari, invece, sono composti in grado di ridurre gli antiossidanti primari dopo che
questi hanno reagito con i radicali liberi, ripristinandoli e facendo in modo che continuino a
svolgere la loro funzione (un esempio è dato dalla vitamina C nei confronti della E).
Sostanze antiossidanti
Antiossidanti nell’industria alimentare
Naturali. A questa categoria appartengono le vitamine C ed E. Quando è possibile farlo, si
cerca di privilegiare questo tipo di antiossidanti, che sono considerati i più sicuri.
Ampiamente studiati, hanno svariate proprietà benefiche sull’organismo, intervenendo in
molteplici processi metabolici.
I tocoferoli (vitamina E) vengono utilizzati soprattutto per la conservazione di oli, grassi,
insaccati. L’acido ascorbico (vitamina C) viene addizionato a bibite e succhi di frutta.
Natural-identici. Sono ottenuti per sintesi chimica copiando la formula di quelli naturali.
Sono composti economicamente meno costosi. Un esempio è la sintesi chimica dell’acido
ascorbico (vitamina C), procedimento complesso che prevede molti passaggi chimici che
partono dal D-glucosio.
Gli antiossidanti naturali o natural-identici hanno una vita breve, pertanto nei cibi a lunga e
lunghissima conservazione si predilige l'uso di antiossidanti sintetici.
Sintetici. Sono antiossidanti che non esistono in natura. Necessitano di essere sottoposti ad
un processo di valutazione della sicurezza prima di essere autorizzati per l'uso alimentare.
I più utilizzati sono butilidrossianisolo (BHA), butilidrossitoluene (BHT) e propil gallato.
Sostanze antiossidanti
In Europa la valutazione della sicurezza viene effettuata dall'Agenzia per la Sicurezza
Alimentare (EFSA), e a livello internazionale dal Comitato congiunto di esperti sugli additivi
alimentari (JECFA - Joint Expert Committee on Food Additives) dell'Organizzazione delle
Nazioni Unite per l'Alimentazione e l'Agricoltura (FAO) e dell’Organizzazione Mondiale della
Sanità (OMS).
Gli additivi autorizzati a livello europeo sono contrassegnati da una sigla numerica preceduta
dalla lettera E (antiossidanti: E300-E340 circa).
E300-E305 acido ascorbico e derivati
E306-E309 tocoferolo e derivati
E310-E312 gallati
E320 BHA
E321 BHT
Sostanze antiossidanti
Il BHA (Butilidrossianisolo) e il BHT (butilidrossitoluene) sono chimicamente fenoli
alchilati. Si presentano come polvere bianca, poco solubile in acqua e solubile in solventi
organici.
Sono entrambi antiossidante primari, cioè donatori di idrogeno che agiscono
interrompendo la reazione a catena innescata dai radicali liberi che porta alla degradazione
degli acidi grassi.
In virtù di questa proprietà il BHA e il BHT sono in grado di prevenire l’irrancidimento degli
oli vegetali. Sono utilizzati in salse, zuppe, carne disidratata e condimenti.
Sono anche utilizzati in un’ampia gamma di formulazioni cosmetiche come antiossidanti
per prevenire la formazione di radicali liberi nei lipidi insaturi. Vengono impiegati in
concentrazioni variabili comprese tra 0,0002% e 0,5%. Il Cosmetic Ingredient Review (CIR)
ha stabilito dei limiti di dosaggio per questa sostanze (0,5% max) a causa del loro dubbio
profilo tossicologico e del potenziale potere irritante su cute e mucose.
BHT
BHA
Sostanze antiossidanti
Il propil gallato è un additivo antiossidante sintetizzato a partire da propanolo ed acido
gallico (molecole che si riformano nell‘intestino durante il processo degradativo).
Viene utilizzato in alcuni prodotti “grassi” a cui viene aggiunto per prevenirne la rancidità.
Questo additivo è anche utilizzato ampiamente nei cosmetici.
Sostanze antiossidanti
Sintesi del propil gallato (E310)
M.M. / g mol-1
n / mmol
quantità
equivalenti
acido gallico
170,12
2,94
500 mg
1 eq
H2SO4 98%
/
/
3 gocce
catalitico
Reagenti
Solvente
n-propanolo: 3 mL / [1 M]
Mettere a scaldare il bagno ad olio alla temperatura di 105 °C. Nel frattempo, pesare l’acido
gallico direttamente in un pallone da 50 mL, aggiungere n-propanolo e, sotto agitazione, tre
gocce di acido solforico: la sospensione così formata viene tenuta sotto agitazione a riflusso.
Sostanze antiossidanti
Trascorsi 45 min (per ottenere una resa migliore, aumentare il tempo di reazione (4-6 h)) a riflusso,
lasciar raffreddare a temperatura ambiente (usare un bagno a ghiaccio, se necessario),
diluire la miscela di reazione con acetato di etile (10 mL) ed aggiungere una soluzione
acquosa satura di bicarbonato di sodio (10 mL).
Lasciare sotto agitazione per qualche minuto, poi trasferire il sistema bifasico nell’imbuto
separatore, lavando il pallone con altri 10 mL di acetato di etile e ed altri 10 mL di soluzione
acquosa satura di bicarbonato di sodio.
Separate le fasi, lavare una volta la fase organica con una soluzione acquosa satura di
cloruro di sodio (20 mL).
Raccogliere la fase organica in una beuta ed anidrificarla con solfato di sodio (quanto basta):
filtrare la miscela su cotone o carta da filtro, raccogliendo la soluzione filtrata in un pallone
da 50 mL, e lavare con acetato di etile (circa 5 mL) il solfato di sodio raccolto sul filtro.
Portare a secco il solvente raccolto nel pallone e calcolare la resa di reazione (circa 40%, con
45 min di riscaldamento).
Eventualmente, è possibile aggiungere dell’esano per provocare la precipitazione del
prodotto come solido bianco, poi evaporare bene a secco il solvente.
Sostanze antiossidanti
Verificare la purezza del prodotto mediante TLC, deponendo sulla lastrina l’acido gallico
(R), il propil gallato appena sintetizzato (P) e la loro sovrapposta (S).
Sostanze antiossidanti
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