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Main Title: Über Polyphenole in Topinambur (Helianthus tuberosus L.) und andere Gesundheitsrelevante Inhaltsstoffe
Author(s): Tchoné, Michel
Advisor(s): Bärwald, Günther
Referee(s): Fleicher, Lutz-Günther
Annemüller, Gerolf
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: In Topinambur (Helianthus tuberosus L.) sind viele Inhaltsstoffe lokalisiert worden, die in der Medizin und bei Diäten angewandt werden. Die sekundären Inhaltsstoffe, wie phenolische Ver-bindungen, wurden bisher nicht wissenschaftlich untersucht. Ihnen werden u.a. eine erhöhte antio-xidative Kapazität und die Fähigkeit der Beseitigung von freien Radikalen im menschlichen Stoffwechsel zugeschrieben. In der vorliegenden Arbeit wurden Methoden auf ihre Eignung zur Bestimmung des Gesamtphenolgehaltes sowie der Aktivität der Polyphenoloxidase PPO bei Topinambur untersucht. Voraussetzung dazu war das Herausfinden der Leitsubstanz Salicylsäure, welche die mengenmäßig größte Polyphenolsäure ist. Mit dieser war die summarische Bestimmung der Gesamtphenole nach Folin-Ciocalteu neu festzulegen. Hierzu wurde eine neue Variante in der vorliegenden Arbeit entwickelt. Die Trockenmasse von Topinamburknollen ist sortenabhängig. Die Polyphenole sind fast ausschließlich in der äußeren Zellwand der Topinamburknollen lokalisiert und möglicherweise von der Schalenmenge der Knollen abhängig. Die Mischung Ethylacetat- Methanol im Verhältnis 1:1 ist das beste Extraktionsmittel. Die selbst entwickelte Extraktionsmethode zur Gewinnung phenolischer Verbindungen ist mit einem Variationskoeffizienten VK von 6 % reproduzierbar. Bei der Strukturaufklärung wurden die Elektrospray-Ionisation (ESI), die Elektronenstoß-Ionisierung (EI) und die Chemische Ionisierung (CI) erprobt. Die EI hatte nicht gut funktioniert. In der vorliegenden Arbeit wurden nur die Werte der ESI und CI angewendet. Die Ergebnisse der UV-Detektion wurden mit denen der LC-MS und GC-MS verglichen. Insgesamt sind 22 phenolische Verbindungen in Topinamburextrakten identifiziert worden: Gal-lussäure mit 0,0009 bis 0,02 % der TM; Protocatechusäure mit 0,005 bis 0,2 % der TM; Aesculin mit 0,004 bis 0,25 % der TM; Gentisinsäure mit 0,03 bis 3 % der TM; Catechin mit 0,001 bis 0,3 % der TM; 4-Hydroxibenzoesäure mit 0,001 bis 0,09 % der TM; Chlorogensäure mit 0,02 bis 4,5 % der TM; Vanillinsäure mit 0,001 bis 0,5 % der TM; Syringasäure mit 0,001 bis 0,04 % der TM; Kaffeesäure mit 0,001 bis 0,05 % der TM; Epicatechin mit 0,004 bis 0,8 % der TM; 2-Hydroxi-3-5-Dinitrobenzoesäure mit 0,002 bis 0,2 % der TM; Umbelliferon mit 0,002 bis 0,1 % der TM; Scopoletin mit 0,001 bis 0,08 % der TM; p-Cumarsäure mit 0,001 bis 0,04 % der TM; Cumarin-3-Carbonsäure mit 0,001 bis 0,03 % der TM; Ferulasäure mit 0,001 bis 0,04 % der TM; Sinapinsäure mit 0,001 bis 0,06 % der TM; 3-Hydroxizimtsäure (Spur); Ellagsäure mit 0,002 bis 0,04 % der TM; 4-Hydroxicumarin mit 0,004 bis 0,3 % der TM und Salicylsäure mit 0,03 bis 6,5 % der TM. Daraus ergibt sich Salicylsäure als Leitsubstanz für Topinambur. Von den identifizierten phenolischen Verbindungen sind 15 neue Verbindungen ermittelt worden: Gallussäure, Protocatechusäure, Aesculin, Catechin, Syringasäure, Epicatechin, 2-Hydroxi-3-5-Dinitrobenzoesäure, Umbelliferon, Scopoletin, Cumarin-3-Carbonsäure, Sinapinsäure, 3-Hydroxizimtsäure, Ellagsäure, 4-Hydroxicumarin und Salicylsäure. Die Absorptionsmaxima und molaren Extinktionskoeffizienten aller Vergleichssubstanzen wurden bestimmt. Die bisher vorgeschriebene Wellenlänge von 600 nm bei der MEBAK-Methode zur Bestimmung phenolischer Verbindungen im Bier sollte zur Ausnutzung des Extinktionsmaximums auf 550 nm geändert werden. Aber auch bei der amtlichen Folin-Ciocalteu-Methode für Wein und Saft sollte die vorgeschriebene Wellenlänge von 720 nm zur Ausnutzung des Extinktionsmaximums auf 760 nm geändert werden. Die MEBAK Methode ergibt bei der Gesamtphenolbestimmung in Topinambur einen Niederschlag, der möglicherweise aus Na-Phosphat besteht. Deshalb wurde in dieser Arbeit nur die Folin-Ciocalteu-Methode verwendet. Die Gesamtphenol-Bestimmungsmethode nach Folin-Ciocalteu ist mit einem Variationskoeffizienten (VK) von 1,31 % reproduzierbar. Die Farbstabilität bei der Gesamtphenol-Bestimmung nach Folin-Ciocalteu ist zwischen 90 und 240 min gewährleistet. Der ermittelte Polyphenolgehalt ist je nach verwendeter Bezugssubstanz unterschiedlich. Die entspechenden Umrechnungsfaktoren wurden ermittelt. Der Polyphenolgehalt erhöht sich scheinbar bei Anwesenheit von freiem SO2 um 14 %. Es wurde festgestellt, dass die PPO-Aktivität eine Reaktion gebrochener Ordnung ist. Sie erwies sich für alle untersuchten Sorten überwiegend in den Knollenschalen lokalisiert. Das pH-Optimum für die Topinambur-PPO liegt bei 7, ihr Temperaturoptimum ist bei 60 °C. Die Zeit, um die Topinambur-PPO vollständig zu inaktivieren, beträgt 10 min bei 85 °C und 6 min bei 100 °C. Die antioxidative Kapazität der Topinambur- und Zichorienschalen sowie deren Reduk-tionsvermögen sind nicht konstant sondern ändern sich im Laufe der Keimung. Bis auf 2-Hydroxi-3-5-Dinitrobenzoesäure und Cumarin-3-Carbonsäure sind alle im Topinambu-rextrakten neu identifizierten phenolischen Verbindungen Antioxidantien. Salicylsäure ist eine Stammsubstanz der Salicylsäuregruppe wie, z. B. Aspirin.
This editorial discusses phenolic compounds in Topinambur (Helianthus tuberosus L.), especially their content, antioxidative capacity and the polyphenoloxidase activity. A new process for extraction of phenolic compounds with a coefficient of variation of 6 % was developed. 22 phenolic compounds that are applied in the medicine and with diets were identified: gallic acid with 0,0009 to 0,02 % of the dry matter; protocatechuic acid with 0,005 to 0,2 % of the dry matter; esculin with 0,004 to 0,25 % of the dry matter; gentisic acid with 0,03 to 3 % of the dry matter; catechin with 0,001 to 0,3 % of the dry matter; 4-hydroxibenzoic acid with 0,001 to 0,09 % of the dry matter; chlorogenic acid with 0,02 to 4,5 % of the dry matter; vanillic acid with 0,001 to 0,5 % of the dry matter; syringic acid with 0,001 to 0,04 % of the dry matter; caffeic acid with 0,001 to 0,05 % of the dry matter; epicatechol with 0,004 to 0,8 % of the dry matter; 2-hydroxi-3-5-dinitrobenzoic acid with 0,002 to 0,2 % of the dry matter; umbelliferone with 0,002 to 0,1 % of the dry matter; scopoletin with 0,001 to 0,08 % of the dry matter; p-cumaric acid with 0,001 to 0,04 % of the dry matter; cumaric-3-carbon acid with 0,001 to 0,03 % of the dry matter; ferulic acid with 0,001 to 0,04 % of the dry matter; sinapic acid with 0,001 to 0,06 % of the dry matter; 3-hydroxicinnamic acid (Trace); ellagic acid with 0,002 to 0,04 % of the dry matter; 4-hydroxicumarin with 0,004 to 0,3 % of the dry matter and salicylic acid with 0,03 to 6,5 % of the dry matter. The finding out of the salicylic acid which is the quantitatively biggest phenolic acid was condition for this purpose. From the identified phenolic compounds 15 new were determined: gallic acid, protocatechuic acid, esculin, catechin, syringic acid, epicatechol, 2-hydroxi-3-5-dinitrobenzoic acid, umbelliferone, scopoletin, cumaric-3-carbon acid, sinapic acid, 3-hydroxicinnamic acid, ellagic acid, 4-hydroxicumarin and salicylic acid. Methods were examined, especially in the field of spectrophotometric determination according to Folin-Ciocalteu, high pressure liquid chromatography (HPLC), liquid chromatography mass spectrometry (LC-MS), gas chromatography mass spectrometry (GC-MS) for their suitability for the determination and characterisation of phenol content as well as the activity to the Polyphenoloxidase PPO in Topinambur. A new variant for the determination of total phenolic compound according to Folin-Ciocalteu was developed. The polyphenols are almost exclusively localised in the external cell wall and possibly dependent on the bowl amount of the bulbs. The pH optimum for the Topinambur polyphenoloxidase activity is 7, its temperature optimum is 60 °C. The time in order to inactivate the Topinambur-polyphenoloxidase completely is 10 min at 85 °C and 6 min at 100 °C. Die antioxidative capacity of the Topinambur bowls as well as its reducing power change in the course of the germination. salicylic acid is a tribe substance of the "salicylic acid group" as, for example aspirin.
Résumé Cet article discute des composés phénoliques du Topinambur (Helianthus tuberosus L.), particulièrement de leur teneur, pouvoir antioxydant et l activité des polyphénoloxidases. Un nouveau procédé d extraction des composés phénoliques avec un coefficient de variation de 6 % a été mis au point. A l aide de ce procédé, 22 composés phénoliques qui peuvent être utilisés en médecine ou en diététique ont été identifié. acide gallique dont la teneur varie entre 0,0009 et 0,02 % de la matière sèche; acide protocatéchique dont la teneur varie entre 0,005 et 0,2 % de la matière sèche; esculine dont la teneur varie entre 0,004 et 0,25 % de la matière sèche; acide gentisique dont la teneur varie entre 0,03 et 3 % de la matière sèche; catechine dont la teneur varie entre 0,001 et 0,3 % de la matière sèche; l acide 4-hydroxibenzoique dont la teneur varie entre 0,001 et 0,09 % de la matière sèche; l acide chlorogénique dont la teneur varie entre 0,02 et 4,5 % de la matière sèche; l acide vanillique dont la teneur varie entre 0,001 et 0,5 % de la matière sèche; l acide syringique dont la teneur varie entre 0,001 et 0,04 % de la matière sèche; l acide cafféique dont la teneur varie entre 0,001 et 0,05 % de la matière sèche; épicatéchine dont la teneur varie entre 0,004 et 0,8 % de la matière sèche; l acide 2-hydroxi-3-5-dinitrobenzoique dont la teneur varie entre 0,002 to 0,2 % de la matière sèche ; umbelliferone dont la teneur varie entre 0,002 to 0,1 % de la matière sèche; scopoletine dont la teneur varie entre 0,001 et 0,08 % de la matière sèche; l acide p-cumarique dont la teneur varie entre 0,001 et 0,04 % de la matière sèche; l acide cumarique-3-carbon dont la teneur varie entre 0,001 et 0,03 % de la matière sèche; l acide ferulique dont la teneur varie entre 0,001 et 0,04 % de la matière sèche; l acide sinapique dont la teneur varie entre 0,001 et 0,06 % de la matière sèche; l'acide 3-hydroxicinnamique (Trace); l acide ellagique dont la teneur varie entre 0,002 et 0,04 % de la matière sèche; 4-hydroxicumarine dont la teneur varie entre 0,004 et 0,3 % de la matière sèche and l acide salicylique dont la teneur varie entre 0,03 et 6,5 % de la matière sèche. La découverte de l acide salicylique, composé phénolique quantitativement le plus important était une condition nécessaire et indispensable à ce sujet. Des Composés phénoliques identifiés 15 sont nouveaux: acide gallique, acide protocatechique, esculine, catechine, acide syringique, épicatechine, acide 2-hydroxi-3-5-dinitrobenzoique, umbelliferone, scopoletine, acide cumarique-3-carbon, acide sinapique, acide 3-hydroxicinnamique, acide éllagique, 4-hydroxicumarine and acide salicylique. Des méthodes spectrophotométriques selon Folin-Ciocalteu, chromatographie liquide haute pression (HPLC) et des combinaisons chromatographie liquide-spectrométrie de masse (LC-MS), chromatographie en phase gaseuse-spectrométrie de masse (GC-MS) ont été expérimenté et au besoin modifié et adapté pour la détermination et caractérisation des composés phénoliques, ainsi que l activité des polyphénoloxidases du Topinambur. Une nouvelle variante de la détermination des composés phénoliques totaux selon Folin-Ciocalteu a été mis au point. Les composés phénoliques sont exclusivement localisés dans la paroi membranaire externe et dépend probablement de la quantité de la pulpe du tubercule. Le pH optimum pour l activité des polyphénoloxidases du Topinambur est 7 et leur température optimale est de 60 °C. Le temps requis pour inactiver complètement les polyphénoloxidases du Topinambur est de 10 min à 85 °C et 6 min à 100 °C. Le pouvoir antioxydant tout comme le pouvoir réducteur changent au cous de la germination. L acide salicylique est la substance de base du «groupe des acides salicyliques» comme par exemple l aspirine.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-5715
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/967
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-670
Exam Date: 20-Mar-2003
Issue Date: 24-Jun-2003
Date Available: 24-Jun-2003
DDC Class: 660 Chemische Verfahrenstechnik
Subject(s): Antioxidative Kapazität
Folin-Ciocalteu
GC-MS
HPLC
LC-MS
Phenolische Verbindungen
Polyphenoloxidase
Reduktionsvermögen
Salicyl
Topinambur
Antioxidative capacity
Phenolic compounds
Polyphenoloxidase
Reducing power
Salicylic acid
Topinambur
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