V dnešní době vzrůstá pozornost odborné i laické veřejnosti, věnovaná složení potravin a působení jednotlivých látek v organismu. V popředí zájmu jsou zejména sloučeniny s tzv. antioxidačními účinky. Mezi ně patří i rozsáhlá skupina sloučenin souhrnně označených jako polyfenolické látky, zkráceně polyfenoly.

Společným strukturním motivem všech polyfenolů je přítomnost aromatického jádra s navázanou alespoň jednou hydroxylovou skupinou (Obr. 1A), která jim umožňuje efektivně reagovat s volnými radikály a tím předcházet poškození buněk. Klinické i epidemiologické studie potvrzují, že strava bohatá na polyfenoly hraje významnou roli v prevenci řady onemocnění, ať už se jedná o různé záněty, kardiovaskulární onemocnění, různé typy rakoviny, neurodegenerativní onemocnění a také nemoci spojené se stárnutím (Câmara et al. 2021).

Každý rostlinný druh má vlastní skladbu fenolických sloučenin, přičemž zastoupení polyfenolů se liší v jednotlivých částech rostliny. Jako sekundární metabolity rostlin hrají důležitou roli při růstu i rozmnožování, poskytují ochranu před UV zářením, patogeny i škůdci. U rostlin a potravin z nich vyrobených ovlivňují zbarvení, chuť, vůni, stravitelnost i oxidační stabilitu, tj. trvanlivost. Podle chemické struktury jsou rozděleny na jednoduché fenoly, fenolové kyseliny, kumariny, flavonoidy, stilbeny, lignany, ligniny, taniny a mnohé další. Navíc jednotlivé polyfenoly se mohou spojovat navzájem, nebo mohou být navázány se sacharidy, organickými kyselinami, aminy a lipidy.

Kromě ovoce a zeleniny jsou významným zdrojem těchto látek i obiloviny. Většina polyfenolů v obilovinách je nerozpustných, vázaných na makromolekuly typu arabinoxylóza, celulóza, lignin. Právě těm je připisován největší podíl na celkové antioxidační aktivitě obilovin. Složení jednotlivých polyfenolů ovlivňuje druh i odrůda obiloviny, prostředí a podmínky růstu. Přitom platí, že barevné varianty obilovin mají vždy vyšší obsah polyfenolů než jejich nebarevné odrůdy.

 

Obr. 1 Chemické struktury sloučenin. A) Fenol – aromatické jádro s navázanou hydroxylovou skupinou; B) Struktury zmíněných fenolových kyselin a C) Flavan – základní motiv flavanoidů a strukturní modifikace v heterocyklu flavanu.

 

Nejvýznamnější skupiny polyfenolických látek v obilovinách

V obilovinách nejvíce zastoupené, a zároveň nejjednodušší, jsou fenolové kyseliny. Jejich chemická struktura je odvozena od kyseliny p-hydroxybenzoové (např. kyselina vanilová, gallová, atd.) nebo hydroxyskořicové (např. kyseliny ferulová, kávová, sinapová, atd.) (Obr. 1B). Fenolové kyseliny se nacházejí hlavně v obalových vrstvách zrna, kde jsou obsaženy volně nebo jsou vázané na buněčnou stěnu. Vázané kyseliny reprezentují 85–95 % celkového množství fenolů v obilovinách. Největší zastoupení má kyselina ferulová a její dimery.

Další významnou skupinou polyfenolů obsaženou v obilovinách jsou flavonoidy. Jejich struktura je odvozena od flavanu (Obr. 1C). Podle strukturních modifikací jsou flavonoidy rozděleny na osm hlavních skupin (Obr. 1C). V obilných zrnech jsou nejvíce zastoupeny flavony a anthokyany. Jsou obsaženy hlavně v obalových vrstvách zrna, ale i v klíčku. Největší pozornost je věnovaná anthokyanům, což jsou ve vodě rozpustné pigmenty, které jsou např. v ovoci a zelenině zodpovědné za modrý, růžový a červený odstín. Není příliš známo, že i některé kultivary obilovin, jako jsou pšenice, ječmen, kukuřice nebo rýže, mohou mít jiné zbarvení zrna (purpurové, modré nebo černé), které je vyvoláno právě vysokým obsahem anthokyanů v obalových vrstvách zrna. To je případ nových odrůd pšenice vyšlechtěných ve výzkumném ústavu Agrotest fyto v Kroměříži. Jedná se o odrůdy AF Jumiko s purpurovou barvou, AF Oxana s modrou barvou, nebo AF Zora s černou barvou zrna (Obr. 2) (Martinek et al. 2019).

Oligomery nebo polymery, jejichž základní stavební jednotkou je flavanol, tvoří skupinu látek nesoucí název kondenzované taniny nebo-li proanthokyanidiny. Jsou přítomné v obalových vrstvách zrna, kde brání vstupu vody a kyslíku, a tím ovlivňují klíčení. Jejich přítomnost se projevuje trpkou chutí. Díky své struktuře bohaté na hydroxylové skupiny snadno tvoří nerozpustné komplexy s proteiny či sacharidy, což snižuje stravitelnost těchto živin. 

Obiloviny jsou významným zdrojem ligninů a lignanů. Ligniny jsou, po celulóze, nejvíce zastoupené polymery v rostlinné říši. Jedná se o stavební složku, která má za úkol propojení mezibuněčných vláken a zpevnění celulózových molekul v rámci buněčných stěn. V obilných zrnech jsou hlavně v otrubách. Pro svou nestravitelnost jsou součástí nerozpustné vlákniny. Lignany jsou menší, ve vodě rozpustné sloučeniny. V lidském organismu jsou střevní mikroflórou přeměněny na fytoestrogeny. Proto mohou být účinné pro zlepšení různých hormonálních poruch spojených se stárnutím, jako je menopauzální porucha nebo rakovina prsu a prostaty.

Stanovení obsahu polyfenolických látek a jejich antioxidační aktivity

Pro stanovení celkového obsahu polyfenolů se nejčastěji používají spektrofotometrické metody. Ty využívají specifické reakce činidla s fenolickými sloučeninami, což zpravidla vede ke změně zbarvení. Tuto změnu lze monitorovat spektrofotometricky a je přímo úměrná množství fenolických látek v extraktu. Pro kvantitativní nebo kvalitativní stanovení jednotlivých sloučenin se používají chromatografické metody (jak kapalinová, tak plynová) s různým způsobem detekce, nebo lze využít i elektroforézu.

Z hlediska srovnání antioxidačního účinku přírodních látek může mít lepší vypovídací schopnost stanovení antioxidační aktivity. Ta kvantifikuje schopnost určitého vzorku eliminovat volné radikály. Protože se stanovuje antioxidační aktivita potraviny jako celku, tj. působení všech obsažených látek, hovoříme o tzv. celkové antioxidační aktivitě. Pro stanovení antioxidační aktivity byla vyvinuta celá řada postupů, které se od sebe liší použitým substrátem, reakčními podmínkami a tím i zjištěnými informacemi (Huang et al. 2005).

Jak zpracování obilovin ovlivňuje množství polyfenolických látek

Obiloviny a výrobky z nich tvoří významnou část potravy člověka na celém světě. Zrno před konzumací obvykle prochází celou řadou technologických postupů, které ovlivňují nutriční složení konečného produktu, a proto zpracování má vliv i na obsah polyfenolických sloučenin v potravinách.

Prvním technologickým postupem, kterým obiloviny zpravidla prochází, je mletí. Při mletí je zrno zbaveno všech nečistot a následně je obroušeno, aby se odstranily obalové části (otruby a slupky) a také klíček. Odstranění těchto částí je z technologického hlediska žádoucí, protože dochází ke zlepšení chuťových i zpracovatelských vlastností a ke zlepšení stravitelnosti mouky. Z výživového hlediska je však kvalita mouky ve srovnání s celým zrnem obvykle nižší, protože největší obsah nutričně hodnotných látek včetně polyfenolů je právě v obalových vrstvách zrna a klíčku. Proto odborníci na výživu doporučují konzumaci výrobků připravených z celozrnné mouky, která vzniká mletím zrna včetně obalových vrstev. Je třeba myslet na to, že mouka je biologický materiál, který prochází v průběhu skladování biochemickými změnami. Polyfenolické sloučeniny nejsou příliš stabilní, a proto se jejich množství v mouce při dlouhém skladováním snižuje.

Na obsah polyfenolů má vliv i další zpracování mouky. U nás se mouka nejčastěji používá pro přípravu chleba a dalších pekařských výrobků. Během přípravy pečiva probíhá řada chemických reakcí, které určují kvalitu výsledného pečiva, a to jak senzorickou, tak nutriční. Bylo prokázáno, že antioxidační potenciál hotového výrobku závisí na podmínkách při přípravě a na receptuře. Celý proces výroby kynutého pečiva může být rozdělen na tři fáze, a to příprava těsta, kynutí a samotné pečení. V první fázi dochází k mísení mouky s vodou a většina studií se shoduje, že během této fáze množství polyfenolických látek a jejich aktivita klesá. Druhou fází je kynutí neboli fermentace těsta. Přítomné mikroorganismy (bakterie, kvasinky aj.) rozkládají základní složky zrna a tím dochází k uvolnění vázaných polyfenolických látek. Proto při kynutí dochází ke zvýšení obsahu polyfenolů i jejich antioxidační aktivity. Poslední fází je pečení. Jedná se o tepelnou úpravu, která ovlivňuje jak senzorické, tak nutriční vlastnosti potravin. Tepelná úprava obecně množství polyfenolických sloučenin snižuje.

Pro výrobu alkoholických i nealkoholických nápojů se často využívá slad. Ten vzniká klíčením zrna ve vlhkém prostředí za přesně daných podmínek. Během klíčení je aktivována řada enzymů, které působí na základní složky zrna a mění tak jeho strukturu. Protože fenolické látky jsou navázané na tyto části, během klíčení dochází k nárůstu množství polyfenolických sloučenin.

 

Obr. 2 Fotografie barevných odrůd pšenice vyšlechtěných ve výzkumném ústavu Agrotest fyto, s.r.o. Kroměříž. AF Jumiko má purpurové zrno, AF Oxana má modré zrno, AF Zora má černé zrno a Bohemia je zástupcem pšenice s obvyklým zbarvením zrna, které je označované jako červené. (Autor fotografií: Petr Martinek)

 

Závěr

Obiloviny jsou významným zdrojem řady sloučenin s pozitivním vlivem na zdraví. Mezi ně patří i polyfenolické látky, které vykazují antioxidační účinky, tj. mají schopnost chránit organismus před škodlivým působením volných radikálů. Pro stanovení obsahu těchto látek a jejich antioxidačních vlastností se používá celá řada metod, které se od sebe liší jak postupem, tak i výsledky. Proto získané výsledky musí být interpretovány spolu s použitou metodou.

V dnešní době šlechtitelé obilovin věnují svou pozornost nejen odrůdám odolným vůči škůdcům, chorobám a měnícímu se prostředí, ale také odrůdám s vyšším obsahem nutričně zajímavých látek, jako jsou právě polyfenoly. Příkladem jsou odrůdy pšenice s barevným zrnem vyšlechtěné ve společnosti Agrotest fyto, s.r.o. v Kroměříži (AF Zora – černé zbarvení zrna, AF Oxana – modré a AF Jumiko – purpurové), nebo nové genetické zdroje jarního ječmene, u kterých je vysoký obsah polyfenolických látek možné kombinovat s dalšími antioxidanty obsaženými v ječmeni (například s vitaminem E, nebo některými enzymy) a rovněž se zvýšeným obsahem ß-glukanů, což jsou látky s pozitivními účinky v prevenci většiny civilizačních chorob a posilující imunitní systém. Všechny tyto odrůdy obilovin představují novou generaci surovin pro vývoj tzv. funkčních potravin, což jsou potraviny s deklarovanými, vědecky podloženými pozitivními zdravotními účinky.

 

Autoři:

Podloucká Pavlína, Polišenská Ivana

 

Literatura:

Câmara J.S., Albuquerque B.R., Aguiar J., Corrêa R.C.G., Gonçalves J.L., Granato D., Pereira J.A.M., Barros L., Ferreira I.C.F.R. (2021): Food bioactive compounds and emerging techniques for their extraction, Foods, Vol.10 (1), 37

Huang D., Ou B., Prior R.L. (2005): The Chemistry behind Antioxidant Capacity Assays, Journal of Agricultural and Food Chemistry, Vol. 53(6), p. 1841–1856

Martinek P., Eliášová M., Paznocht L. (2019): Barevné látky a další antioxidanty v zrnu pšenice, Úroda 10/2019