Diamenty między liśćmi

• Pigwowiec jest rośliną o niewielkich wymaganiach, a jednocześnie bogatą w związki bioaktywne. Ma również duży potencjał przetwórczy
• Badania naukowców z UPWr wykazały, że zawarte w liściach pigwowca związki fenolowe mają właściwości przeciwutleniające, przeciwzapalne, przeciwhipertensyjne i pomagają zapobiegać otyłości
• Rynek nutraceutyków, suplementów i żywności funkcjonalnej rozwija się bardzo intensywnie. To wyzwanie i szansa na rozpowszechnienie produktów o prozdrowotnych właściwościach wśród konsumentów

Jedną z roślin bogatych w związki bioaktywne jest pigwowiec, któremu Igor Turkiewicz poświęcił cztery lata studiów doktoranckich: badał jego owoce, pestki i liście pod kątem zawartości związków prozdrowotnych. O efektach analizy liści pisze w artykule „UPLC/ESI-Q-TOF-MS analysis of (poly)phenols, tocols and amino acids in Chaenomeles leaves versus in vitro anti-enzyme activities”, który ukazał się w czasopiśmie „Industrial Crops and Products” wydawnictwa Elsevier. – Zamysł i koncepcję badań ustaliłem z prof. Anetą Wojdyło, moją promotorką, natomiast nad analizami oraz przygotowaniem manuskryptu do publikacji pracowały także Paulina Nowicka i Karolina Tkacz – dodaje główny autor.

Nalewki i konfitury

Ten niewysoki rozłożysty krzew można często spotkać w parkach i przydomowych ogrodach. W stanie naturalnym pigwowiec rośnie w Azji Wschodniej, m.in. w Chinach i Japonii, dobrze znosi także warunki klimatyczne w krajach nadbałtyckich i jest uprawiany m.in. w Litwie, Łotwie, Estonii i Ukrainie. Znanych jest kilka gatunków pigwowca (Chaenomeles ssp.), ale w Polsce uprawiane są głównie trzy: pigwowiec właściwy (Chaenomeles speciosa), pigwowiec japoński (Chaenomeles japonica) oraz hybryda tych dwóch – pigwowiec pośredni (Chaenomeles × superba). Nie jest wymagający: może rosnąć na każdej ziemi, choć na glebach piaszczysto-gliniastych, dość wilgotnych, zasobnych w próchnicę, o lekko kwaśnym odczynie lepiej plonuje. Lubi słoneczne, ciepłe i zaciszne stanowiska osłonięte od wiatru. Niestraszne mu choroby i szkodniki, więc nie wymaga ochrony chemicznej i nadaje się do uprawy ekologicznej.

Ogrodnicy cenią go za obfite czerwono-bordowe kwiaty oraz kolczaste pędy tworzące mrozoodporne żywopłoty. Smakosze – za owoce, które co prawda są zbyt twarde i kwaśne, żeby można było je spożywać surowe, ale doskonale nadają się do wyrobu pigwowcówki i konfitur do herbaty oraz do aromatyzowania pomieszczeń. Dla naukowców interesujące okazały się i małe żółte owoce, i ciemnozielone ząbkowane liście.

– Owoce pigwowca są przykładem surowca o dużym potencjale przetwórczym, jednak wysoka zawartość kwasów organicznych dyskwalifikuje je do bezpośredniej konsumpcji i ogranicza ich wykorzystanie w przemyśle spożywczym – opowiada autor. We wcześniejszych badaniach dokonał szczegółowej analizy składu chemicznego i potencjału biologicznego owoców 19 odmian pigwowca. Okazały się ubogie w cukier, natomiast zasobne w kwasy organiczne, zwłaszcza kwas jabłkowy i L-askorbinowy, a także w karotenoidy, chlorofile, związki fenolowe, tokoferole i tokotrienole. Badane owoce charakteryzowały się aktywnością przeciwcukrzycową i przeciwzapalną, mogą także być wykorzystane w prewencji otyłości ze względu na silną inhibicję lipazy trzustkowej.

– Na kolejnym etapie wzięliśmy pod lupę liście, ponieważ ich szczegółowa analiza dotąd nie była prowadzona, szczególnie w tak szerokim spektrum gatunków i odmian. Jest wiele doniesień na temat składu chemicznego i właściwości biologicznych liści powszechnie uprawianych roślin takich jak cytryny, mandarynki, jabłka, gruszki czy banany. Jednak tylko kilka badań dotyczy składu i właściwości prozdrowotnych związków zawartych w liściach Chaenomeles – dodaje naukowiec.

Nadzieja dla cukrzyków

Do badań, które były prowadzone od czerwca 2020 do września 2021 r. w Katedrze Technologii Owoców, Warzyw i Nutraceutyków Roślinnych, wykorzystano liście wybranych gatunków należących do trzech odmian: pigwowiec właściwy (Nivalis, Simonii, Rubra), pigwowiec japoński (Cameo, Cido, Red Joy) oraz pigwowiec pośredni (Andenken ans Karl Ramcke, Colour Trail, Crimson and Gold, Nicoline, Pink Lady, Texas Scarlet).

Próbki poddano ekstrakcji wspomaganej ultradźwiękami, następnie przeprowadzono analizy z użyciem wysokosprawnej chromatografii cieczowej sprzężonej z wysokorozdzielczym detektorem mas. Do oceny właściwości przeciwcukrzycowych i przeciw otyłości wykorzystano enzymatyczne testy in vitro z użyciem metod spektrofotometrycznych.

Karolina Tkacz, współautorka badań i publikacji: – Zidentyfikowaliśmy 39 związków fenolowych, najwięcej w odmianie Nicoline, najmniej w Colour Trail. To m.in. polimery i monomery flawanoli, kwasów fenolowych, flawonole, flawanony i flawony. Wyniki prowadzonych przez nas badań wskazują na szeroki zakres działania biologicznego tych związków, w tym aktywność przeciwutleniającą, przeciwzapalną, przeciwhipertensyjną i przeciw otyłości. Pochodne kwercetyny i izoramnetyny są związkami wysoce aktywnymi w poprawie funkcji poznawczych i spowolnieniu zmian neurodegeneracyjnych, z kolei monomery i polimery flawonoli skutecznie hamują aktywność enzymów α-glukozydazy i α-amylazy, stąd mogą być uzupełnieniem diety wspomagającej leczenie cukrzycy typu 2.

Badane liście zawierały tokoferole i tokotrienole oraz 23 aminokwasy, w tym wszystkie dziewięć aminokwasów egzogennych. Aminokwasy endogenne organizm ludzki jest w stanie syntezować samodzielnie, natomiast egzogenne nie są przez nas wytwarzane lub ich ilość jest niewystarczająca, wymagają więc suplementacji. Związki te wpływają na odpowiednie funkcjonowanie układu nerwowego, prawidłowe działanie mięśni oraz regulują przemianę materii poprzez udział w tworzeniu hormonów. Wśród aminokwasów niezbędnych zidentyfikowanych w liściach pigwowca znajdują się BCAA polecane szczególnie osobom regularnie uprawiającym sport. Ich suplementacja niweluje nieprzyjemne skutki potreningowe, m.in. bóle mięśni, zwiększa wytrzymałość siłową, poprawia i przyśpiesza procesy regeneracji i odbudowy tkanki mięśniowej. Zawarte w liściach związki mają także zdolność hamowania enzymów: α-amylazy, α-glukozydazy i lipazy trzustkowej.

– W liściach odmian: Andenken Karl Ramcke, Nicoline, Pink Lady i Texas Scarlet uzyskaliśmy silniejszą inhibicję α-glukozydazy niż akarbozy stosowanej w leczeniu cukrzycy typu 2. Hamowanie tego enzymu jest kluczowe u osób borykających się z zaburzonym metabolizmem cukrów. Natomiast α-amylaza, i α-glukozydaza są odpowiedzialne za rozkład polisacharydów, np. skrobi do disacharydów i cukrów prostych. Inhibicja tych enzymów ogranicza wzrost glikemii poposiłkowej, a więc poprawia gospodarkę węglowodanową w organizmie – dodaje Igor.

Kaliny, głogi, dzika róża

Zdaniem naukowców liście pigwowca można wykorzystać jako źródło naturalnych ekstraktów bogatych w polifenole, witaminę E i aminokwasy, do zastosowania w suplementach diety.

– Rynek nutraceutyków, suplementów i żywności funkcjonalnej intensywnie rozwija się. Naukowcy wciąż poszukują ich dobrych źródeł, ponadto istnieje globalny trend zgodny z ideą zero waste, żeby wykorzystać to, co wydaje się bezużyteczne, np. wytłoki, pestki czy liście. Staramy się „wycisnąć” z roślin, ile się da; stąd nasze badania pigwowca pod każdym kątem. Jego liście okazały się bogate w związki prozdrowotne, które mogłyby służyć zdrowiu człowieka, należy to zweryfikować jednak na poziomie badań in vivo – mówi dr hab. inż. Paulina Nowicka z Katedry Technologii Owoców, Warzyw i Nutraceutyków Roślinnych UPWr, która wspierała Igora i Karolinę w analizie właściwości prozdrowotnych pigwowca.

Prof. Wojdyło dodaje, że nie tylko wartość finansowa rynku wzrasta, ale także wolumin produktów funkcjonalnych w ostatnich latach intensywnie się rozwija. – Również rodzime firmy, m.in. Maspex z oddziałem w Tymbarku czy Olsztynku są zainteresowane żywnością funkcjonalną. Realizując z nimi projekty finansowane przez NCBR, niejednokrotnie opracowywaliśmy żywność o właściwościach prozdrowotnych, uwzględniając zwłaszcza przeciwdziałanie chorobom cywilizacyjnym. Również w obecnie realizowanym projekcie prowadzimy badania nad wykorzystaniem jabłka, w tym czerwonomiąższowego oraz pigwowca; tego typu projekty mają zakończyć się wdrożeniem. Wiedza i doświadczenie Igora związane z realizacją doktoratu w zakresie owoców pigwowca są tutaj bezcenne – dodaje prof. Wojdyło.

– Niemal z każdej rośliny można wyizolować pożądane składniki i opracować z nich suplement. Wydaje mi się, że większy potencjał drzemie w nutraceutykach, gdyż wystarczy taką roślinę wysuszyć, rozdrobnić i uformować w postaci kapsułki. Oczywiście trzeba mieć na uwadze uprawę, czynniki, które mogą wpłynąć na akumulację substancji szkodliwych i trujących oraz składników antyżywieniowych. Na przykład nasiona pigwowca posiadają związki o działaniu prozdrowotnym, ale jednocześnie zawierają cyjanogenną amygdalinę – dodaje Igor Turkiewicz.

Wszyscy przyznają, że w ciągu ostatnich 20 lat wzrasta zainteresowanie roślinami mało znanymi lub nieco zapomnianymi. Powracają do łask kalina, głóg, dzika róża, dziki bez czarny, skorzonera, pasternak. Coraz częściej interesujemy się aktinidią, jagodą kamczacką, świdośliwą, tarniną, jarzębiną, maliną moroszką, dereniem czy berberysem. Wiele mówi się o rokitniku, który był przedmiotem badań w doktoracie Karoliny Tkacz.

– Konsumenci niechętnie sięgają po rokitnika ze względu na intensywną kwasowość, cierpkość, ostry aromat jagód oraz niejednolitą konsystencję soku. Dlatego zmieniliśmy jego walory sensoryczne, ale bez uszczerbku dla wysokiego potencjału prozdrowotnego. Udało nam się to metodą bioprzetwarzania soku poprzez fermentację jabłkowo-mlekową w celu redukcji kwasowości, komponowanie owoców rokitnika z innymi surowcami oraz mikorenkapsulację soku zwiększającą stabilność związków bioaktywnych. Wyniki tych badań mogą przyczynić się do rozpowszechnienia rośliny w Polsce i zwiększenia jej spożycia, w tym w profilaktyce przewlekłych chorób niezakaźnych – opowiada Karolina Tkacz.

– To nasze diamenty, entuzjaści o podobnych zainteresowaniach. Już na studiach inżynierskich i magisterskich byli bardzo wnikliwi, prawdziwi liderzy grupy. Mocno angażowali się także w Studenckie Koło Naukowe „Fructus”, którego jestem opiekunką – mówi Paulina Nowicka o Karolinie i Igorze. – Cieszę się, że zdecydowali się na studia doktoranckie, mam nadzieję, że zostaną na uczelni, bo są dla nas dużym wsparciem. Wspólnie z prof. Wojdyło wspieramy ich metodycznie, podpowiadamy rozwiązania.

Prof. Wojdyło: – Karolinę i Igora poznałam, gdy byli na trzecim roku studiów, współpracowaliśmy przy badaniach do pracy magisterskiej. Zaczęliśmy wówczas dyskusję o ich studiach doktoranckich. Pozwoliło to nam na odpowiednie zaplanowanie badań pracy magisterskiej oraz, co ważniejsze, o aplikację o Diamentowy Grant, projekt MNiSW dla aktywnych studentów, którzy chcą realizować badania. Oba projekty były podstawą badań ich prac doktorskich, stąd przylgnęło do nich określenie „diamenty”. Studia doktoranckie wykorzystali w maksymalny sposób, na realizację badań, samokształcenie, rozwijanie pasji naukowych, nawiązanie kontaktów, m.in. z naukowcami z Hiszpanii, USA, Portugalii. Udało się wypracować z nimi ważną kwestię: wyników nie chowamy do szuflady, ale je upowszechniamy. To zaowocowało, są dostrzegani przez środowisko, co pomogło im uzyskać m.in. stypendium Beckera z NAWY, stypendium Ministra Nauki, wrocławską nagrodę Młodego Naukowca w kategorii naukowiec, obecnie otrzymane przez Karolinę stypendium START FNP czy finansowanie kolejnego projektu badawczego przez NCN. Tak jak u jubilera, gdy po oszlifowaniu diament staje się brylantem, tak i w nauce w takich zaangażowanych ludzi warto inwestować. Cieszy mnie, że mamy coraz więcej młodych aktywnych na różnych etapach kariery na naszej uczelni.

W ramach VII edycji programu Diamentowy Grant Igor pozyskał finansowanie na badania „Potencjalne wykorzystanie owoców pigwowca (Chaenomeles ssp.) w otrzymaniu innowacyjnych produktów o zaprogramowanych właściwościach prozdrowotnych”. Na początku miały one obejmować jedynie owoce pigwowca, ale w trakcie realizacji projektu wraz z promotorką prof. Anetą Wojdyło, postanowił rozszerzyć zakres badań także o analizę pestek i liści.

– Opracowałem optymalizację parametrów suszenia i odwadniania osmotycznego owoców oraz mikroenkapsulacji soku i preparatu polifenolowego z owoców pigwowca; będzie to temat mojej rozprawy doktorskiej – opowiada. Nie planuje dalszych badań w tym kierunku, ale ma w głowie pomysł na kolejne badania nad barwnikami roślinnymi. – Nie chciałbym zdradzać szczegółów, na pewno zajmę się nutraceutykami.

– Surowce roślinne mają ogromny potencjał, czasem zaskakujący – przyznaje prof. Aneta Wojdyło, kierownik projektu NCN „Liście drzew owocowych jako donor naturalnych substancji bioaktywnych w kontekście strategii prewencyjnych dla wybranych chorób i schorzeń cywilizacyjnych”, w którym są badane liście jabłoni, gruszy, pigwy, moreli, brzoskwini, śliwy, czereśni i wiśni. Okazało się, że ich substnacje aktywne są skuteczne w niwelowaniu wolnych rodników, a więc mają znaczący potencjał przeciwutleniający, przeciwbakteryjny, przeciwzapalny i przeciw otyłości, charakteryzują się także wysoką aktywnością w spowolnieniu zmian neurodegeneracyjnych, niejednokrotnie wyższą niż owoce.

– Przed nami jeszcze opracowanie produktów funkcjonalnych wzbogaconych związkami bioaktywnymi wyizolowanymi z liści drzew owocowych, w tym związkami polifenolowymi i chlorofilami. Już teraz chodzi mi po głowie kolejny projekt z wykorzystaniem innego niekonwencjonalnego źródła związków bioaktywnych, który może również uzyska finansowanie. Wykorzystanie liści owocowych, jako niekonwencjonalnego źródła związków bioaktywnych to temat, który coraz częściej przewija się w badaniach wielu naukowców i ich publikacjach, a my aktywnie w tym uczestniczymy – dodaje profesor.

Aneta Augustyn