Izolacija i enkapsulacija bioaktivnih molekula samonikle i kultivirane koprive i komorača i učinci na fiziologiju organizma

...

SAŽETAK

Kopriva (Urtica dioica L) i komorač (Foeniculum vulgare Mill) izvor su bioaktivnih molekula (BAM) (fitosteroli, karotenoidi, klorofili, terpenoidi, fenoli) smještenih u različitim dijelovima biljaka (nadzemni i podzemni). Rastu u prirodi kao samonikle ali se zbog postojanja brojnih kemotipova i varijabilnosti u kemijskom sastavu kultiviraju uz provođenje agrotehničkih mjera s ciljem dobivanja biljnog materijala ujednačene kvalitete. Zbog velikog broja BAM različitih molekulskih svojstava i farmakoloških učinaka (npr. antioksidacijsko, hipoglikemijsko, antivirusno, imunomodulacijsko djelovanje) mogu se koristiti u proizvodnji biljnih ekstrakata (BE) i eteričnih ulja (ETU) konvencionalnim te naprednim tehnikama ekstrakcije (npr. ASE; PHWE; MAE; SCO2 itd.). Dodatna stabilizacija BAM prisutnih u BE i ETU postiže se primjenom različitih postupaka enkapsulacije kojima se BAM inkorporiraju u zaštitni omotač nosača. Enkapsulacija omogućuje njihovu lakšu inkorporaciju u funkcionalne proizvode, naročito hidrofobnih i netopljivih molekula poput fitosterola, karotenoida, klorofila i sl. Također, BAM imaju značajan utjecaj na sastav mikrobioma crijeva te predstavljaju važan parametar u fiziološkoj modulaciji homeostaze organizma i osjetljivosti na bolesti.

Stoga su ciljevi ovoga istraživanja: (i) definirati biološki potencijal samonikle koprive i komorača s različitih prirodna staništa te utvrditi utjecaj ishrane i agrotehničkih mjera na biosintezu BAM tijekom vegetacije; (ii) optimirati postupake proizvodnje BE i ETU te postupake enkapsulacije BE i ETU; (iii) odrediti djelovanje BAM koprive i komorača u prisutnosti mikotoksina na endogene probiotičke bakterije kolona, enzimsku aktivnost mikrobioma te posljedični tkivni i sistemski antioksidativni, antigenotoksični, metabolički, transkripcijski, upalni i imunosni odgovor domaćina; (iv) iznaći funkcionalne sastojake kao alternativni, ne-farmaceutski pristup u održavanju zdravlja i dobrobiti crijeva kroz promicanje crijevne mikrobne homeostaze.

Isolation and encapsulation of bioactive molecules of wild and cultivated nettle and fennel and effects on organism physiology

...

ABSTRACT

Nettle (Urtica dioica L.) and fennel (Foeniculum vulgare Mill) are rich source of bioactive molecules (BAM) (phytosterols, carotenoids, chlorophylls, terpenoids, phenols) located in different plant parts (aerial and underground). They can be found as wild, but because of a numerous chemotypes and variabilities, are being cultivated through various agrotechnical measures in order to obtain a uniform material. Due to the large number of BAMs of different properties and pharmacological effects (i.e. antioxidative, hypoglycemic, antiviral, immunomodulatory), they can be used for production of plant extracts (PE) and essential oils (EO) by conventional and novel extraction techniques (i.e. ASE; PHWE; MAE; SCO2 etc.). Their stabilization can be achieved by encapsulation where BAMs are incorporated into a protective wall material coating. Encapsulation provides easier incorporation of BAMs into functional products, especially for the hydrophobic ones (phytosterols, carotenoids, chlorophylls, etc.). Nevertheless, BAM have significant influence on the composition of intestinal microbiota and represent an important parameter in the physiological modulation of organism homeostasis and its susceptibility to diseases.

Therefore, the aims of this research are to: (i) define the biological potential of wild nettle and fennel from different locations and to determine the influence of nutrition and agrotechnical measures on biosynthesis of BAM during vegetation; (ii) optimize PE and EO production and encapsulation procedures; (iii) determine the effect of nettle and fennel BAMs on endogenous probiotic colon bacteria in the presence of mycotoxins, microbial enzymatic activity and the consequent tissue and systemic antioxidative, antigenic, metabolic, transcriptional, inflammatory and immune response of the host; (iv) establish functional ingredients as an alternative, non-pharmaceutical approach to health care through promoting intestinal microbial homeostasis.

ZNANSTVENI CILJEVI PREDLOŽENOG ISTRAŽIVANJA SU:

1. Definirati biološki potencijal samonikle koprive i komorača (nadzemni i podzemni dijelovi biljke) s različitih lokaliteta (prirodna staništa)
2. Utvrditi utjecaj ishrane i agrotehničkih mjera na biosintezu BAM koprive i komorača tijekom vegetacije
3. Razviti postupake proizvodnje biljnih ekstrakata iz koprive i komorača tehnikama zelene ekstrakcije, te definirati optimalne uvjete pri kojima se ostvaruje najveće iskorištenje procesa i prinosi BAM
4. Razviti postupke proizvodnje eteričnih ulja iz komorača klasičnim postupcima te SCO2 i/ili mikrovalnom ekstrakcijom bez otapala, te definirati optimalne uvjete pri kojima se ostvaruje najveće iskorištenje procesa i prinosi BAM
5. Razviti postupke enkapsulacije biljnih ekstrakata i eteričnih ulja koprive i komorača, te definirati optimalne uvjete pri kojima se ostvaruje najveće iskorištenje procesa i prinosi BAM
6. Usporediti djelovanje BAM koprive i komorača u in vivo uvjetima u prisutnosti mikotoksina na endogene probiotičke bakterije kolona, enzimsku aktivnost mikrobioma te posljedični tkivni i sistemski antioksidacijski, antigenotoksični, metabolički (lipidemički), transkripcijski, upalni i imunosni odgovor domaćina
7. Iznaći funkcionalne sastojke hrane kao alternativni, ne-farmaceutski pristup u održavanju zdravlja i dobrobiti crijeva kroz promicanje crijevne mikrobne homeostaze.

SCIENTIFIC AIMS OF THE RESEARCH PROPOSAL ARE:

1. Define the biological potential of wild nettle and fennel (aerial and underground parts of the plant) from different sites (natural habitats)
2. Determine the influence of plant nutrition and agro-technical measures on the biosynthesis of BAMs of nettle and fennel during vegetation
3. Develop procedures for the production of plant extracts from nettle and fennel using green extraction techniques and to define optimum conditions for maximum extraction yield and BAMs yields
4. Develop the production processes of fennel essential oils using classical methods and SCO2 and/or microwave assisted extraction without solvent and to define optimum conditions for maximum extraction yield and BAMs yields
5. Develop encapsulation procedures for plant extracts and essential oils of nettle and fennel and define the optimum conditions for maximum encapsulation yield and BAMs yields
6. Compare the effect of BAMs of nettle and fennel in in vivo conditions, in the presence of mycotoxins, on endogenous probiotic colon bacteria, microbial enzymatic activity and consequential tissue and systemic antioxidative, antigenotoxic, metabolic (lipidemic), transcriptional, inflammatory and immune host response
7. Determine functional food ingredients as an alternative, non-pharmacological approach in overall health care and intestines well-being through promotion of intestinal microbial homeostasis.