Rapeseed – Chemical composition, production and health benefits (2016) [Κραμβόσπορος – Χημική σύνθεση, παραγωγή και οφέλη για την υγεία]

Series: Plant Science Research And Practices / Σειρά: Έρευνα και πρακτικές της επιστήμης των φυτών

editor

Monica White

Πρόλογος

Η ελαιοκράμβη είναι η παραδοσιακή ονομασία μιας μεγάλης χειμερινής ή ανοιξιάτικης ετήσιας καλλιέργειας ελαιούχων σπόρων από την οικογένεια Brassicaceae και σχετίζεται μεταξύ άλλων με τη μουστάρδα, το λάχανο, το μπρόκολο. Ως μία από τις κορυφαίες καλλιέργειες ελαιούχων σπόρων, η ελαιοκράμβη καλλιεργείται κυρίως για την περιεκτικότητα της σε λάδι. Αυτό το βιβλίο παρουσιάζει έρευνα σχετικά με τη χημική σύνθεση, την παραγωγή και τα οφέλη της ελαιοκράμβης στην υγεία. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται ανασκόπηση της βιβλιογραφίας για βιοενεργά πεπτίδια που προέρχονται από ελαιοκράμβη/κανόλα με έμφαση στις στρατηγικές μεθόδους παραγωγής και επεξεργασίας καθώς και στις αντιυπερτασικές, αντικαρκινικές, υποχοληστερολαιμικές και πολυλειτουργικές ιδιότητες. Το δεύτερο κεφάλαιο συνοψίζει τις πρόσφατες εξελίξεις στις διαδικασίες εκχύλισης πρωτεϊνών και βιοδραστικών ενώσεων που προέρχονται από κράμβη και εξετάζει τις δυνατότητες καθώς και τις προκλήσεις που αντιμετωπίζουν αυτά τα συστατικά όσον αφορά τη φροντίδα του δέρματος, τα τρόφιμα και τις διατροφικές εφαρμογές. Το τρίτο κεφάλαιο εξετάζει τις φυσικές ιδιότητες της πλήρωσης λίπους που παράγεται με υποπροϊόντα της ελαιοβιομηχανίας, λεκιθίνη ηλίανθου και ελαιοκράμβης σε σύγκριση με τον ευρέως χρησιμοποιούμενο γαλακτωματοποιητή, λεκιθίνη σόγιας. Το τέταρτο κεφάλαιο παρέχει μια περιεκτική περίληψη σχετικά με τη συμβολή των μεθόδων φασματομετρίας μάζας στην ανάλυση της ελαιοκράμβης, αντανακλώντας την αναντικατάστατη τους στον τομέα του “Έλεγχου Τροφίμων”. Το τελευταίο κεφάλαιο μελετά την αντιοξειδωτική δράση σε διαγονιδιακά φυτά κανόλα που αναπτύσσονται in vitro.

Κεφάλαιο 1 – Τα βιοενεργά πεπτίδια (Bioactive Peptides, BAPs) έχουν αποδειχθεί ισχυρά για εφαρμογή ως παράγοντες προαγωγής της υγείας έναντι πολλών παθήσεων της ανθρώπινης υγείας και ασθενειών, συμπεριλαμβανομένων των καρδιαγγειακών παθήσεων, της φλεγμονής και του καρκίνου. Τα BAPs είναι κρυπτογραφημένα στην πρωτογενή δομή των φυτικών και ζωικών πρωτεϊνών ως ανενεργές αλληλουχίες αμινοξέων, αλλά μπορούν να απελευθερωθούν με ζύμωση, επεξεργασία τροφίμων και καταλυόμενη από ένζυμα πρωτεόλυση in vitro ή στην πεπτική οδό μετά από ανθρώπινη κατανάλωση. Η σκοπιμότητα της φαρμακολογικής εφαρμογής αυτών των πεπτιδίων εξαρτάται από την απορρόφηση και τη βιοδιαθεσιμότητα σε άθικτες μορφές στους ιστούς στόχους, η οποία με τη σειρά της εξαρτάται από τη δομή των πεπτιδίων. Οι πρωτεΐνες ελαιοκράμβης θεωρούνται ελκυστικές και πολλά υποσχόμενες πηγές BAPs. Πρόσφατα, μια σειρά από ερευνητικές εργασίες έχουν επικεντρωθεί στη διερεύνηση διαφορετικών μεθόδων για την παραγωγή ενεργών πεπτιδίων από τις πρωτεΐνες της ελαιοκράμβης. Η σημασία των προσεγγίσεων που βασίζονται στη βιοπληροφορική (συχνά αναφέρονται ως στο silico) για την ανακάλυψη βιοδραστικού πεπτιδίου κρυπτογραφημένου σε πρωτεΐνες τροφίμων αυξάνεται. Οι κλασικές εμπειρικές προσεγγίσεις είναι συνήθως χρονοβόρες και δαπανηρές, και η βιοπληροφορική παρέχει μια οικονομικά αποδοτική στρατηγική μέσω της χρήσης των πληροφοριών που συγκεντρώνονται στις βάσεις δεδομένων και επιτρέπει τη μείωση των διαφορετικών σταδίων της εμπειρικής ροής εργασίας. Μέχρι στιγμής, τα δημοσιευμένα δεδομένα σχετικά με την ανακάλυψη BAPs κρυπτογραφημένων σε πρωτεΐνες ελαιοκράμβης δεν περιλαμβάνουν τη χρήση της προσομοίωσης in silico. Αυτό οφείλεται εν μέρει στην περιορισμένη γνώση σχετικά με τις πεπτιδικές αλληλουχίες BAPs που προέρχονται από πρωτεΐνες ελαιοκράμβης στις βάσεις δεδομένων, αλλά, ωστόσο, η προσέγγιση βιοπληροφορικής θα μπορούσε να συνδυαστεί με την κλασική προσέγγιση για την ενίσχυση της ανακάλυψης και της χρήσης των BAPs που προέρχονται από πρωτεΐνες ελαιοκράμβης σε λειτουργικές εφαρμογές τροφίμων και υγείας. Η μεθοδολογία της επιφάνειας απόκρισης έχει αποδειχθεί πολύ χρήσιμη στη βελτιστοποίηση μεταβλητών πρωτεόλυσης, όπως ο χρόνος, η θερμοκρασία, το pH, το ένζυμο ή το βακτηριακό στέλεχος κατά την αναζήτηση μιας συγκεκριμένης δραστηριότητας. Αυτό το άρθρο ανασκοπεί τη βιβλιογραφία για τα BAPs που προέρχονται από ελαιοκράμβη/κανόλα με έμφαση στις στρατηγικές μεθόδους παραγωγής και επεξεργασίας καθώς και στις αντιυπερτασικές, αντικαρκινικές, υποχοληστερολαιμικές και πολυλειτουργικές ιδιότητες.

Κεφάλαιο 2 – Η ελαιοκράμβη είναι η παραδοσιακή ονομασία μιας μεγάλης χειμερινής ή ανοιξιάτικης ετήσιας καλλιέργειας ελαιούχων σπόρων από την οικογένεια Brassicaceae και σχετίζεται με τη μουστάρδα, το λάχανο, το μπρόκολο, μεταξύ άλλων. Ως μία από τις κορυφαίες καλλιέργειες ελαιούχων σπόρων, η ελαιοκράμβη καλλιεργείται κυρίως για την περιεκτικότητά της σε λάδι. Η παραγωγή κραμβέλαιου με θερμή ή ψυχρή έκθλιψη αποκλειστικά ή ακολουθούμενη από εκχύλιση με διαλύτη, αντίστοιχα, δημιουργεί μια σημαντική συν-ροή με τη μορφή κέικ ή πάστας. Αυτή η συν-ροή είναι μια εξαιρετική πρώτη ύλη για θρεπτικά πολύτιμα συστατικά όπως πρωτεΐνες και βιοδραστικές ενώσεις όπως φαινολικά και πεπτίδια, όχι μόνο για ζώα αλλά και για ανθρώπινη κατανάλωση. Οι αναφερόμενες βιοδραστικές ενώσεις έχει βρεθεί ότι διαθέτουν πιθανά οφέλη για την υγεία και ιδιότητες επανόρθωσης του δέρματος και έτσι μπορούν να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο όχι μόνο στα καλλυντικά αλλά και στη θεραπεία ή την πρόληψη πολλών ασθενειών. Η πρωτεΐνη ελαιοκράμβης, που αποτελεί το 32-36% του κέικ ή της πάστας κράμβης, έχει μια καλά ισορροπημένη σύνθεση αμινοξέων και κατάλληλες τεχνολογικές ιδιότητες για χρήση σε τρόφιμα. Ωστόσο, εξακολουθούν να υπάρχουν προκλήσεις που περιορίζουν τη χρήση του κέικ ελαιοκράμβης για εμπορική κερδοφόρα παραγωγή πρωτεϊνών και βιοδραστικών ενώσεων, ιδιαίτερα σε σχέση με τις οργανοληπτικές ιδιότητες και τα επίπεδα επιβλαβών ή αντιθρεπτικών παραγόντων όπως τα γλυκοσινολικά και τα φυτικά. Αυτό το κεφάλαιο εξετάζει τις δυνατότητες, καθώς και τις προκλήσεις που των συστατικών του κέικ με συμπίεση ελαιοκράμβης σχετικά με τη φροντίδα του δέρματος, τα τρόφιμα και τις διατροφικές εφαρμογές.

Κεφάλαιο 3 – Οι φυτικές λεκιθίνες λαμβάνονται στο εμπόριο από ελαιούχους σπόρους όπως η σόγια, ο ηλίανθος και η ελαιοκράμβη. Οι σπόροι σόγιας είναι η κύρια πηγή λεκιθίνης στη βιομηχανία ζαχαροπλαστικής στη Σερβία και αλλού. Από την άλλη πλευρά, η παραγωγή ηλιέλαιου και κραμβέλαιου καθιστά οικονομικά βιώσιμη την παραγωγή λεκιθίνης ηλίανθου και ελαιοκράμβης και τη χρήση τους ως γαλακτωματοποιητές σε διάφορα προϊόντα ζαχαροπλαστικής. Αυτό το κεφάλαιο εξέτασε τις φυσικές ιδιότητες της πλήρωσης λίπους που παράγεται με υποπροϊόντα της ελαιοβιομηχανίας – λεκιθίνη ηλίανθου και ελαιοκράμβης σε σύγκριση με τον ευρέως χρησιμοποιούμενο γαλακτωματοποιητή – λεκιθίνη σόγιας. Οι ρεολογικές, οι υφές και οι θερμικές ιδιότητες προσδιορίστηκαν με περιστροφική ιξωδομετρία, αναλυτή υφής και θερμιδομετρία διαφορικής σάρωσης, ενώ η κατανομή μεγέθους σωματιδίων αναλύθηκε χρησιμοποιώντας αναλυτή μεγέθους σωματιδίων. Τα ληφθέντα αποτελέσματα έδειξαν παρόμοια κατανομή μεγέθους σωματιδίων της πλήρωσης λίπους που παρήχθη με λεκιθίνη σόγιας, ηλίανθου και ελαιοκράμβης εντός κάθε εφαρμοζόμενου χρόνου άλεσης, υποδεικνύοντας την κατάλληλη παραγωγή. Όσον αφορά τις ρεολογικές ιδιότητες, τα δείγματα πλήρωσης λίπους με λεκιθίνη ηλίανθου είχαν χαμηλότερες τιμές ιξώδους και παραμέτρους υφής σε σύγκριση με δείγματα με λεκιθίνη σόγιας και ελαιοκράμβης σε όλο τον χρόνο εφαρμογής. Από την άλλη πλευρά, η λεκιθίνη σόγιας επηρέασε υψηλότερες τιμές των αναφερόμενων παραμέτρων. Παράταση του χρόνου άλεσης δεν είχε σημαντική επίδραση στις τερματικές παραμέτρους της πλήρωσης λίπους που παρήχθη και με τους τρεις τύπους λεκιθίνης, όπου τα δείγματα με λεκιθίνη ηλίανθου άρχισαν να λιώνουν σε χαμηλότερες θερμοκρασίες σε σχέση με δείγματα με λεκιθίνη σόγιας και ελαιοκράμβης.

Κεφάλαιο 4 – Το φυτό ελαιοκράμβης είναι οικονομικά σημαντική καλλιέργεια ελαιούχων σπόρων, συνεισφέροντας έως και το 15% της παραγωγής λαδιού παγκοσμίως. Η οδηγία 2009/28/ΕΚ της Ευρωπαϊκής Ένωσης καθορίζει υποχρεωτικά για τα κράτη μέλη 10% κοινή χρήση ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές έως το 2020, επικεντρώνοντας έτσι μεγάλη προσπάθεια στην εφαρμογή των μεθυλεστέρων λιπαρών οξέων ελαιοκράμβης ως βιοντίζελ, που αποδίδουν σε καθιερωμένα πρότυπα σε μείγματα με πετρέλαιο ντίζελ, με οφέλη πάνω από το καύσιμο ντίζελ, όπως η μείωση του CO₂ και της πυκνότητας καπνού (Ευρωπαϊκά Πρότυπα EN 590). Αλλά η ελαιοκράμβη έχει ευεργετικές θρεπτικές ιδιότητες, παρέχοντας τη σημαντικότερη διατροφή για την καθημερινή ζωή του ανθρώπου: ενέργεια, απαραίτητα λιπαρά οξέα, φυτοστερόλες και τοκοφερόλες. Έχει υψηλή περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη. πάνω από 200 φλαβονοειδή. και δευτερογενείς μεταβολίτες που παρουσιάζουν αντιοξειδωτική δράση, πρόληψη από καρδιαγγειακά νοσήματα και καρκίνο. Το λάδι είναι το 46% του ξηρού βάρους του σπόρου. Το γεύμα έχει 40% πρωτεΐνες, 35% φυτικές ίνες, 8,5% μέταλλα και 1% λιπίδια. Το φυτό ελαιοκράμβη, επομένως, είναι ένα λιπασματικό προϊόν μεγάλης σημασίας και για τη γεωργία. Οι συγγραφείς επέλεξαν να δώσουν έμφαση στην ελαιοκράμβη ως τροφή, εφιστώντας την προσοχή στη φασματομετρία μάζας για τη λιπιδομική, την πρωτεϊνομική και την ανάλυση χαμηλού μοριακού βάρους. Η μεγάλη εφαρμογή της φασματομετρίας μάζας διέπεται από την υψηλή πολυπλοκότητα της μήτρας του τροφίμου, που περιέχει χιλιάδες συστατικά από βιομακρομόρια (12–21 kDa) έως αναλυτές χαμηλού μοριακού βάρους σε συγκεντρώσεις από μακρο-συστατικά (ακυλογλυκερόλες, > 94%) έως ίχνη (κυτοκινίνες, < pmol.g-1). Η ανάλυση των γεωργικών φυτοφαρμάκων είναι επίσης ένα δύσκολο ερευνητικό έργο, λόγω των λιπόφιλων ιδιοτήτων σε ιχνοστοιχεία, που είναι δύσκολη η εξαγωγή τους. Όμως, οι φασματομετρικές μέθοδοι μάζας έχουν ανώτερα οργανικά χαρακτηριστικά σε σχέση με μια μεγάλη κλίμακα μεθόδων. Αυτές είναι: (i) ευελιξία οργάνων και διαφορετικές προσεγγίσεις ιονισμού, συμπεριλαμβανομένης της λειτουργίας υβριδικής λειτουργίας εκτός και on-line, (ii) υψηλή έως υπερυψηλή ισχύς ανάλυσης που επιτρέπει την ανάλυση σε μείγμα πολλών συστατικών. Ιδιαίτερα για κραμβέλαιο σε ανάλυση m/˜m50% > 350 000 και ακρίβεια μάζας < 1 ppm, έχει επιτευχθεί λεπτομερής ανάλυση του χημικού περιεχομένου με ιονισμό ηλεκτροψεκασμού φασματομετρία μάζας συντονισμού ιόντων κυκλοτρονίου μετασχηματισμού Fourier χωρίς προεπεξεργασίες δείγματος, (iii) υψηλή ακρίβεια και πιστότητα, (iv) χαμηλά όρια συγκέντρωσης ανίχνευσης επιπέδων ατομόλης, (v) αναλυτικές πληροφορίες από μακρομόρια με μάζα μεγαλύτερη από 50 kDa σε αναλυτές χαμηλού μοριακού βάρους και (vi) τρισδιάστατη απεικόνιση για ανάλυση από απομονωμένο ζωντανό κύτταρο σε ολόκληρα όργανα και σώματα. Το κεφάλαιο μπορεί να θεωρηθεί ως μια περιεκτική περίληψη σχετικά με τη συμβολή των μεθόδων φασματομετρίας μάζας στην ανάλυση της ελαιοκράμβης, αντικατοπτρίζοντας την αναντικατάστατη τους στον τομέα του “Έλεγχου Τροφίμων”.

Κεφάλαιο 5 – Η έρευνα στόχευε στη μελέτη των πιθανών ακούσιων βιοχημικών ιδιαιτεροτήτων των πρόσφατα ληφθέντων ανθεκτικών στα ζιζανιοκτόνα φυτών ελαιοκράμβης (Brassica napus L.) που εκφράζουν τόσο το γονίδιο BAR που προσδίδει αντοχή στα ζιζανιοκτόνα γλουφοσινικού όσο και το συνθετικό γονίδιο EPSPS που είναι υπεύθυνο για την αντοχή στα γλυφοσικά. Τόσο η συνολική δραστικότητα δέσμευσης ριζών όσο και η δραστικότητα υπεροξειδίου δισμουτάσης ως μέρος του φυτικού αντιοξειδωτικού συστήματος διερευνήθηκαν στα εκχυλίσματα φύλλων χρησιμοποιώντας προσδιορισμούς DPPH (ρίζα 2,2-διφαινυλ-1-πικρυλυδραζυλίου) και νιτροκυανό τετραζόλιο, αντίστοιχα. Η συνολική περιεκτικότητα σε διαλυτή πρωτεΐνη αξιολογήθηκε επίσης. Σημαντική μείωση στη συνολική δραστηριότητα δέσμευσης ριζών ανιχνεύθηκε για τα πρωτεύοντα διαγονιδιακά φυτά που διαθέτουν δύο διαφορετικά γονίδια για αντοχή στα ζιζανιοκτόνα. Η συνολική περιεκτικότητα σε διαλυτή πρωτεΐνη και η δραστικότητα υπεροξειδίου δισμουτάσης δεν επηρεάστηκαν σε αυτά τα φυτά. Οι αναλυόμενες βιοχημικές παράμετροι στα εκχυλίσματα φύλλων από μη μετασχηματισμένα φυτά ήταν παρόμοιες με εκείνες των ανθεκτικών στα ζιζανιοκτόνα φυτών της πρώτης και της δεύτερης γενιάς που αναπτύχθηκαν in vitro σε μέσα χωρίς συμπλήρωμα ζιζανιοκτόνου. Η προσθήκη ζιζανιοκτόνων διαλυμάτων Basta (φωσφινοθρισίνη) ή Hurricane Forte (γλυφοζάτη) στα μέσα καλλιέργειας δεν επηρέασε την αντιοξειδωτική δράση των διαγονιδιακών φυτών ελαιοκράμβης. Έτσι, τα ομόζυγα φυτά ελαιοκράμβης γενιάς Τ2 ανθεκτικά τόσο στα ζιζανιοκτόνα γλουφοσινικού όσο και στα γλυφοσικά είχαν τη συνολική περιεκτικότητα σε διαλυτή πρωτεΐνη, συνολική δραστικότητα δέσμευσης ριζών και δραστικότητα υπεροξειδίου δισμουτάσης στα φύλλα τους παρόμοια με αυτή των μη μετασχηματισμένων φυτών ελέγχου. Νωρίτερα, ο συγγραφέας έχει παραγάγει αρκετές ομάδες διαγονιδιακών σειρών ελαιοκράμβης που φέρουν γονίδια στόχους διαφορετικής προέλευσης. Υπήρχαν τα φυτά που εξέφραζαν είτε 1) γονίδιο DesC δεσατουράσης (DesC) από το κυανοβακτήριο Synechococcus vulcanus και γονίδιο EPSPS ή 2) γονίδιο ανθρώπινης ιντερφερόνης α2b (HuIFN-α2b) ή 3) γονίδιο CYP11A1 για το κυτόχρωμα CCC από το bovinechorenteal. Οι αντιοξειδωτικές δραστηριότητες σε αυτά τα φυτά έχουν συγκριθεί με αυτό t από τα πρόσφατα ληφθέντα ανθεκτικά στα ζιζανιοκτόνα φυτά. Συζητείται η επίδραση διαφορετικών γονιδίων-στόχων στην αντιοξειδωτική δράση των φυτών και η σημασία αυτής της παραμέτρου τόσο για τα φυτά όσο και για την ανθρώπινη υγεία.

Περιεχόμενα

Κεφάλαιο 1. Βιοενεργά πεπτίδια που προέρχονται από πρωτεΐνες ελαιοκράμβης: Παραγωγή, επεξεργασία και πιθανά οφέλη για την υγεία, Anne Pihlanto και Sari Mäkinen

Κεφάλαιο 2. Επεξεργασία με τη βοήθεια ενζύμων υποπροϊόντων της βιομηχανίας ελαιοκράμβης σε συστατικά προστιθέμενης αξίας για εφαρμογές τροφίμων, καλλυντικών και φαρμακευτικών προϊόντων, Diana Rivera, Katariina Rommi, Margarida M. Fernandes, Raija Lantto και Tzanko Tzanov

Κεφάλαιο 3. Επίδραση της λεκιθίνης ηλίανθου και ελαιοκράμβης στις φυσικές ιδιότητες της πλήρωσης λίπους, Ivana Lončarević, Biljana Pajin και Jovana Petrović

Κεφάλαιο 4. Λιπιδομική, πρωτεομική και προφίλ συστατικών χαμηλού μοριακού βάρους στο φυτό Brassica Napus με αναλυτικές μεθόδους βασισμένες στη φασματομετρία μάζας, Bojidarka Ivanova and Michael Spiteller

Κεφάλαιο 5. Αντιοξειδωτική δραστηριότητα σε διαγονιδιακά φυτά κανόλα (Brassica Napus L.) που καλλιεργούνται in vitro, Liudmyla O. Sakhno, Kateryna V. Lystvan, Valeriia B. Belokurova και Mykola V. Кuchuk

Ευρετήριο

(το βιβλίο σε μορφή αρχείου PDF)