Substancje biologicznie czynne z łubinu Krzysztof Gulewicz Instytut Chemii Bioorganicznej PAN, Poznań

Cechy łubinu jako rośliny ekologicznej Ważna z punktu ekonomicznego Małe wymagania glebowe i klimatyczne Nie wymaga nawożenia azotowego Pozostawia ogromną masę organiczną w glebie Poprawia warunki wodno-powietrzne gleby Udostępnia makro- i mikroelementy

Czynniki antyżywieniowe występujące w nasionach roślin motylkowatych Fitohemaglutyliny (lektyny) Inhibitory proteaz Kwas fitynowy ORR Alkaloidy Garbniki Saponiny

Produkt wysokobłonnikowy Schemat ideowy uzyskiwania produktów i preparatów bioaktywnych z nasion łubinu Nasiona łubinu Ekstrakcja Ekstrakt Koncentraty białkowe Produkt wysokobłonnikowy Ekstrakt-ORR ORR

Skład chemiczny ekstraktu z nasion łubinu (%) Sacharydy 47.04 Nielotne kwasy org. 5.50 Białko 3.16 Wolne aminokwasy, peptydy 6.97 Alkaloidy 11.78 Związki mineralne 10.58 Inne 14.97

Wpływ preparatu łubinowego na plonowanie (dt/ha) a) Zboża ozime Roślina K Preparat % przyrostu Jęczmień cv.Goplański cv. Popiel cv. Maron Pszenica cv. Gama Pszenżyto cv. Dagro 23.8 31.5 42.5 50.0 42.0 44.2 (100)* 50.2 (100) 57.5 (200) 60.3 (25) 69.7 (12.5) 30.7 59.4 35.3 38.6 65.0 *dawka na ha w dm3

Wpływ preparatu łubinowego na plonowanie (dt/ha) b) Zboża jare Roślina K Preparat % przyrostu Pszenica Owies cv. Borek Owies cv. Bielik 69.8 42.1 48.2 76.2 (25)* 47.4 (25) 54.8 (25) 9.2 12.6 13.7 *dawka na ha w dm3

Wpływ preparatu łubinowego na plonowanie (dt/ha) c) Inne Roślina K Preparat % przyrostu Ziemniaki Buraki cukrowe a) korzeń b) liście Len Pomidory Cebula 278.7 520.0 472.2 372.2 437.5 474.2 481.3 (50)* 1000.3 (50) 651.8 (50) 595.7 (12.5) 555.6 (50) 474.5 72.7 92.6 38.0 60.1 27.0 0.0 *dawka na ha w dm3

Wpływ preparatu łubinowego na plon białka i wartość żywieniową różnych roślin Roślina Plon białka kg/ha Wartość żywieniowa K Preparat NPU Dt BV Jęczmień cv.Goplański cv. Popiel cv. Maron Pszenżyto Ziemniaki 327.4 301.2 390.5 451.5 412.2 382.5 394.9 497.1 648.9 506.8 54.4 (39.0) 55.4 (46.8) 55.1 (50.6) 52.3 (59.4) 48.5 (57.5) 83.1 (87.4) 69.6 (69.7) 80.1 (85.9) 90.7 (88.9) 52.7 (67.3) 66.4 (44.6) 79.6 (67.2) 61.9 (58.9) 57.6 (66.8) 92.0 (85.4) *w nawiasach wyniki grupy kontrolnej

Miejscowość K Preparat Bachórki Miechowice Dobre Osięciny Samszyce Zawartość azotu azotanowego w korzeniach marchwi [ppm sm] Miejscowość K Preparat Bachórki Miechowice Dobre Osięciny Samszyce 733.9 691.2 712.5 883.8 591.4 577.2 570.1 451.2 548.7

Struktury chemoczne a-galaktozydów A. sacharoza B. rafinoza C. stachioza D. werbaskoza E. ajugoza

Całkowita zawartość sacharozy i ORR (mg/g) w nasionach różnych gatunków roślin oraz procentowy udział cukrów sugars w sumie (Muzquiz et al. 1998)

Oligosacharydy w przewodzie pokarmowym człowieka Gibson i in. 1995

Metabolizm oligosacharydów Oligosacharydy Bacteroides spp Clostridium spp Coprococcus spp Escherichia spp Eubacterium spp Fusobacterium spp Megaspaera spp Mitsuokella spp Ruminococcus spp Veillonella spp Bifidobacterium spp Lactobacillus acidophilus group Bacillus spp Produkty finalne: Kwasy organiczne Brak prod. gazowych Produkty finalne : Produkty gazowe Ślady kwasów

Toksyczne metabolity produkowane przy uczestnictwie szkodliwych bakterii jelitowych amoniak, aminy LT nitrozoaminy, indol, skatol, drugorzędowe kwasy żółciowe, estrogeny C, CP fenole, kresole CP aglikony M inne

Wpływ bifidobakterii na organizm 1.   Podczas fermentacji cukrów produkują kwasy mlekowy i octowy, które obniżają pH jelita grubego.   2. Hamują wzrost i rozwój bakterii patogennych jak: Clostridium, E. coli, Salmonella, Shingella, Listeria, etc. 3. Ich obecność w jelicie grubym zapobiega i zmniejsza ryzyko chorób nowotworowych 4. Posiadają zdolność produkcji witamin grupy B i kwasu nikotynowego 5. Stymulują absorpcję takich jonów jak: Ca, P, Fe

Implikacje zdrowotne przyjmowania oligosacharydów w diecie Redukuje poziom toksycznych i szkodliwych metabolitów i enzymów Zapobiega przed patogenną i samoczynną biegunką Stymuluje perystaltykę jelit i zwiększa wilgotność kału, co zapobiega zaparciom Przeciwdziała zatruciu wątroby Redukuje poziom cholesterolu w surowicy krwi Obniża ciśnienie krwi (Lit: Kato et al. 1992, Saito et al.. 1992, Hirota 1990, Takasoye et al..1990, Kurmann & Rasic 1991, Susuki et al. 1991 )

fructooligosacharydy Zmiany profilu mikroflory bakteryjnej jelita grubego człowieka w trakcie przyjmowania oligosachardów sacharoza fructooligosacharydy inulina Gibson et al. 1995

Bakterie rodzaju Bifidobacterium Nieprzetrwalnikowe Gram + pałeczki - dł. komórki 2-5 mm Organizmy bez- lub relatywnie beztlenowe Optymalne warunki życia 210C-450C; pH 5,0-8,0 Rozwój i reprodukcja zależy od tak zwanych czynników bifidogennych Bakterie heterofermentatywne

Kryteria które musza spełniać czynniki prebityczne : Prebiotyki   Niestrawialne składniki żywności, które korzystnie wpływają na zdrowie człowieka przez selektywną stymulację rozwoju i aktywności korzystnych bakterii w jelicie grubym (Gibson and Roberfroid 1995) Kryteria które musza spełniać czynniki prebityczne : aktywność w stosunku do bakterii jelitowych Ø   możliwość stosowania w małych dawkach Ø   pochodne spożywczych polisacharydów Ø   pozbawione kancerogennych właściwości

Schemat ideowy izolacji i oczyszczania ORR z nasion łubinu nasiona imbibicja ekstrakcja inaktywacja galaktozydaz wytrącenie Oczyszczanie: Chromatografia absorpcyjna Chromatografia jonowymienna ORR

Skład chemiczny różnych preparatów ORR (%) 21.30 4.00 51.50 19.50 95.30 12.15 15.63 59.26 11.51 98.55 9.10 30.20 46.97 10.76 97.03 sacharoza rafinoza stachioza werbaskoza Suma groch soczewica łubin cukier

Toksyczność ostra preparatów ORR >4000 Lubin Groch Soczewica LD50 mgkg-1 masy ciała Preparat

Stężenie preparatu mg mL-1 Wpływ łubinowego i grochowego preparatu ORR na żywotność tymocytów myszy 100.0 98.8 97.0 95.4   100 87 84 85 83 86 - 10 50 Kontrola Łubin Groch % kontroli % żywych komórek Stężenie preparatu mg mL-1 Preparat

Injekcja ORR do komory powietrznej jaja Schemat eksperymentu Injekcja ORR do komory powietrznej jaja Stosowane oligosacharydy : ORR, rafinoza, FOS, inulina Stosowane dawki: 1.763 mg/jajo w 0.2mL roztworze Ringera Czas injekcji: 12 dzień embriogenezy Wielkość grup eksperymentalnych : 100 jaj/grupę Pobieranie kału w drugim i czterdziesto drugim dniu po wylęgu dla analiz mikrob. Analiza wybranych cech mięsnych brojlerów i poziomu lipoprotein we krwi

Wpływ różnych oligosacharydów na liczbą bifidobakterii w kale (CFU/g)

Wpływ preparatu ORR na liczbę bifidobakterii w caecum sześciotygodniowych brojlerów

Mięśnie piersiow (% w tuszy) Tłuszcz okołojel. (% w tuszy)   Wpływ preparatu ORR podanego in ovo na śmiertelność i wybrane cechy brojlerów Cecha Grupa I Kontrola Grupa II 0.69 mg/jajo   Grupa III 3.43 mg/jajo Grupa IV 6.87 mg/jajo Śmiertelność (%) 13,2 a 7,4 b 7,6 b 7.5 b Masa ciała (g) 1755 ±95 a 1853 ±86 a 1817±98 a 1808 ±92 a Zużycie paszy (kg/kg) 1,90 ± 0,2a 1.82 ±0.1 b 1.87 ±0.1 a 1.89 ±0.3 a Tusza (% masy ciała) 70.8 ±2.8 a 72. 8 ±2. 7 a 71.6 ±2.7 a 75.1 ±1.7 b Mięśnie piersiow (% w tuszy) 18.2 ±1.2 a 19.3 ±1.2 a 19.8 ±2.4 a 20.4 ±1.7 a Tłuszcz okołojel. (% w tuszy) 1.74 ± 0.2 a 1.85 ± 0,6 a 1.55 ± 0.5 a 2.16 ± 0.9 a Eur. Indeks Produk. 225 230 222 217 *Różnice statystyczne przy p< 0,05

Wpływ oligosaccharydów podanych in ovo na poziom lipoprotein 6-tygodniowych brojlerów   mg/dl Grup FOS ORR SACH Kontrola Całkowity cholesterol 200.4 ± 19.2 . a 184.8 ± 19.2 a 224.2 ± 19.2 a 203.2 ± 19.2 a HDL  87.9 ± 5.2 a 91.3 ± 5.2 a  86.5 ± 5.2 a  82.3 ± 5.2 a LDL  101.8 ± 19.2 a  82.9 ± 19.2 a  126.6 ± 19.2 a  110.0 ± 19.2 a Trójglicerydy 53.5 ± 13.6 a 52.8 ± 13.6 a 55.5 ± 13.6 a 54.3 ± 13.6 a Cał. cholesterol (mięsień piers.)  49.3 ± 1.8 a  50.3 ± 1.8 ab  52.3 ± 1.8 ab  54.7 ± 1.8 b

Związki nieorganiczne 2.45 Azot 0.80 Lipidy ogólne 1.18 Skład chemiczny okrywy nasiennej łubinu po procesie odgoryczania (% sm.) Związki nieorganiczne 2.45 Azot 0.80 Lipidy ogólne 1.18 Błonnik pokarmowy (NR) 89.04* Błonnik pokarmowy (R) 7.12 Beta –glukan ogólny 0.65 *79% celuloza, 13% hemiceluloza, 7% lignina

Produkty naturalne i preparaty bioaktywne z nasion łubinu gorzkiego Nasiona łubinu Koncentrat białkowy (66%) Produkt wysokobłonnikowy (18%) Preparat ORR (5%) Preparat plonotwórczy (11%)