Barwy w żywieniu i nie tylko. Część 5. Chlorofil

Written by dr n. farm. Dorota Patkowska, lic. Małgorzata Kryśkiewicz
Rate this item
(0 votes)

Chlorofil to najbardziej znany barwnik roślinny. Znajduje się w liściach oraz innych częściach roślin eksponowanych na światło. Nazwa chlorofil pochodzi od słów greckich: chloros – zielony oraz phyllon – liść. Barwnik ten w tkankach roślin zlokalizowany jest w chloroplastach, razem z karotenoidami, jako kompleks ze specyficznym białkiem – chloroplastyną [1].

                                                            zielonechlor115145345                                                             

Ryc.1. Chlorofil zawarty w liściach.

Źródło: http://vivalavita.pl/artykul/zielonechlorofilewkuchni-768.html

 

Budowa chemiczna, występowanie i właściwości chlorofilu

 

 

 

 CHLO 2

Ryc.2. Chlorofil.

Źródło:

www.biuletynfarmacji.wum.edu.pl (Biuletyn Wydziału Farmaceutycznego Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego, 2011, 1, 1-27).

 

Chlorofil należy do grupy barwników porfirynowych, czyli takich, w których podstawowym szkieletem cząsteczki jest układ czterech pierścieni pirolowych połączonych grupami metinowymi. W centralnej części cząsteczki znajduje się atom magnezu, który połączony jest z czterema atomami azotu pierścieni pirolowych wiązaniami kowalencyjnymi oraz koordynacyjnymi. Charakterystyczną cechą dla chlorofilu jest występowanie dwóch grup karboksylowych, z których jedna (przy C-7) jest zestryfikowana 20-węglowym alkoholem terpenowym (fitolem), a druga (przy C-10) – metanolem. Jedynie dwa barwniki chlorofilowe, z kilku znanych posiadających różnice między podstawnikami przy pierścieniach pirolowych, występują u roslin wyższych. Są to: chlorofil a – niebieskozielony (przy C-3 znajduje się grupa metylowa) i chlorofil b – żółtozielony (grupa formylowa przy C-3).

CHLO 3 

 

Ryc.3. Wzór chlorofilu a i b.

Źródło: Sikorski Z.E. Chemia żywności. Składniki żywności. T. 1. Warszawa:Wydawnictwa Naukowo-Techniczne;2007, s. 151.

 

Chlorofile, jak i karotenoidy, są związkami niepolarny­mi, a więc źle rozpuszczają się w wodzie, natomiast bardzo dobrze w rozpuszczalnikach niepolarnych, takich jak: benzyna, aceton, etanol, czy chloroform. Chlorofile to najmniej trwałe barwniki roślinne. W chloroplastach łączą się ze specyficznym białkiem – chloroplastyną i fosfolipidami przez co są stabilne. Ogrzewając bądź działając rozpuszczalnikami następuje zniszczenie struktury tkankowej i denaturacja białka, co przyspiesza przemiany łącznie ze zmianami barwy chlorofilu. Na kierunek i zakres przemian ma wpływ głównie pH środowiska. Nieodwracalne zmiany w barwnikach chlorofilowych wywołują zarówno kwasy, jak i zasady, lecz struktura oraz właściowści produktów degradacji różnią się w obydwu przypadkach:

- wymiana magnezu na dwa wodory zachodzi pod wpływem rozcieńczonych kwasów i powstaje oliwkowozielona, rozpuszczalna w tłuszczach feofityna;

- w towarzystwie silnie kwaśnego środowiska zostaje usunięty magnez oraz następuje hydroliza wiązań estrowych, czyli oderwanie fitolu zwiększającego hydrofobowość cząsteczki chlorofilu, co w rezultacie daje brunatny, rozpuszczalny w wodzie feoforbid;

- w środowisku zasadowym wiązania estrowe ulegają hydrolizie bez usunięcia magnezu i powstają chlorofiliny, które zachowują swoją naturalną zieloną barwę, a ich sole sodu oraz potasu dobrze rozpuszczają się w wodzie;

- poprzez oddziaływanie chlorofilazy lub słabych zasad wiązanie estrowe łączące fitol z resztą kwasu propionowego ulega hydrolizie i powstają zielone, rozpuszczalne w wodzie chlorofilidy.

 

 CHLO 4

Ryc.4. Przemiany chlorofilu pod wpływem kwasów i zasad.

Źródło: Sikorski Z.E. Chemia żywności. Składniki żywności. T. 1. Warszawa:Wydawnictwa Naukowo-Techniczne;2007, s. 152.

 

To, co dla chlorofilu jest charakterystyczne, to zdolność wymiany jonów magnezu na jony innych metali. Reakcję można bardzo łatwo zaobserwować w środowisku wodnym, ale wiąże się to z niebezpieczeństwem niekorzytnych zmian barwy warzyw, których zalewa zawierała jony żelaza Fe(II) lub cyny Sn(II) – wymiana magnezu na jeden z tych jonów przyczynia się do zmiany zielonej barwy chlorofilu na szarobrunatną. Jeśli natomiast dojdzie do wymiany magnezu na jony miedzi Cu(II) lub cynku Zn(II), zwiększy się stabilność naturalnej zielonej barwy chlorofilu. Gdy stabilność barwy miedziowanego chlorofilu i chlorofiliny jest dobra, a miedź znajdująca się w pierścieniu porfirynowym nie uwalnia się w przewodzie pokarmowym (a więc nie szkodzi zdrowiu), możliwa jest produkcja miedziowanych barwników chlorofilowych, z tym że zawartość wolnej miedzi nie może przekroczyć 200 mg/kg barwnika.

W chwili obecnej spotkać możemy różne preparaty tych barwników:

- chlorofil miedziowany i niemiedziowany, który rozpuszcza się w tłuszczach i ma formę koncentratów olejowych, etanolowych lub preparatów sypkich z dodatkiem nośników;

- chlorofilinę miedziowaną jako sól sodową bądź potasową, która rozpuszczalna jest w wodzie i występuje w postaci sypkich preparatów z dodatkiem nośników [1, 2].

 

Znaczenie chlorofilu w fizjologii roślin

 

Chlorofil pełni bardzo ważną rolę w procesie fotosyntezy, która zachodzi w zielonych częściach roślin. Barwniki te (istnieje kilka typów chlorofilu) posiadają silne pasma absorpcji w zakresie światła widzialnego i są bardzo efektywnymi fotoreceptorami, o czym decyduje układ wiązań sprzężonych, czyli występujących po sobie wiązań podwójnych i pojedynczych znajdujących się w cząsteczce chlorofilu. Są również efektywnymi fotoprotektorami, rozpraszając nadmiar energii, by zapobiec uszkodzeniu chloroplastów (w ten sposób nie dochodzi do powstania tlenu singletowego powodującego zniszczenie cząsteczek chlorofilu). Chlorofile są barwnikami absorbującymi światło o długości fali poniżej 480 nm i pomiędzy 550 nm a 700 nm, czyli czerwoną i niebieską część spektrum światła (w części czerwonej i niebieskiej widma występują główne pasma pochłaniania promieniowania słonecznego). Światło o długości fali pomiędzy 480 nm a 550 nm (czyli zielone) nie jest absorbowane przez chlorofile tylko odbijane, dlatego właśnie liście są zielone. U roślin wyższych występują dwa rodzaje chlorofili, nazywane a i b. Chlorofile a i b różnią się jedną grupą chemiczną w strukturze: w chlorofilu a jednym z podstawników pierścienia pirolowego jest grupa metylowa (-CH3), natomiast w chlorofilu b w tym miejscu znajduje się grupa formylowa (-CHO). Chlorofil a znajduje się w centrach reakcji fotosystemu pierwszego i drugiego, natomiast chlorofil b jest głównym składnikiem kompleksów zbierających energię świetlną. Widma absorpcji chlorofili a i b poprzez swoje różnice uzupełniają się w pochłanianiu promieniowania słonecznego. Cząsteczki chlorofilu zbierają fotony i gromadzą je w centrum reakcji fotosyntezy, gdzie barwniki chlorofilowe i karotenoidy organizują się w fotosystemy, a każdy z tych fotosystemów obejmuje kompleks antenowy oraz centrum reakcji fotosyntezy. Kompleksy antenowe posiadają cząsteczki chlorofilu i karotenoidów ułożonych obok siebie w błonie tylakoidów. Absorpcja fotonu światła sprawia, iż elektron wybija się na wyższy poziom energetyczny. Pobudzony chlorofil przekazuje nadwyżkę energii innym cząsteczkom chlorofilu w fotosyntetycznym centrum reakcji, gdzie jest ona wykorzystywana w endoergicznej syntezie różnych związków organicznych (głównie sacharydów) z substancji prostych (ditlenku węgla i wody) [1].

 

Proces fotosyntezy

 

 CHLO 5

Ryc.5. Proces fotosyntezy – odżywianie rośliny.

Źródło: www.biznesgoralki.blogspot.com/2009/01/tajemnice-fotosyntezy-wykrywanie.html

 

Fotosynteza jest to synteza związków organicznych (glukozy) z prostych związków nieorganicznych (sole mineralne, woda) w obecności odpowiednich barwników i z udziałem energii świetlnej. Podczas tego procesu powstają związki mniej utlenione, a co za tym idzie posiadające wyższą wartość energetyczną. Są one źródłem budulca dla autotrofów oraz pokarmem dla heterotrofów. Dzięki wiązaniu dwutlenku węgla (CO2) i uwalnianiu tlenu fotosynteza utrzymuje równowagę gazową atmosfery. Stanowi ona zatem podstawowy proces biologiczny warunkujący życie na Ziemi.

Proces fotosyntezy zachodzi w roślinach zielonych, sinicach oraz bakteriach fotosyntetyzujących. Do zadań fotosyntezy należy przechwytywanie energii słonecznej i stosowanie jej do napędzania syntezy węglowodanów z dwutlenku węgla oraz wody.
Zlokalizowany jest on w specjalnych obszarach komórki. Tymi obszarami u roślin są chloroplasty – organelle skupione w tkance miękiszowej liści. Fotosyntetyzujące organizmy prokariotyczne posiadają ciałka chromatoforowe (barwnikowe) o budowie lamelarnej, z kolei u sinic znaleźć można tylakoidy oddzielone od błony cytoplazmatycznej [3].

 CHLO 6

Ryc.6. Budowa chloroplastu.

Źródło: www.e-biotechnologia.pl (artykuł „Fotosynteza”)

 

 

Chlorofil w kosmetologii, medycynie i żywności

 

Chlorofil posiada właściwości lecznicze, poprawia przemianę materii, a także jest bogatym źródłem magnezu. Wykorzystuje się go nie tylko jako naturalny barwnik zielony, lecz także w kremach oraz pastach do zębów jako substancję odżywczą, nawilżającą, przeciwzapalną i łagodzącą. Zastosowanie tradycyjne polega na zapobieganiu nieświeżemu oddechowi oraz nieprzyjemnemu zapachowi ciała (chlorofil jest w stanie obniżać aktywność niektórych enzymów odpowiedzialnych są za rozkład białek, hamując tworzenie się nieprzyjemnych zapachów). Dzięki chlorofilowi membrany komórkowe ulegają wzmocnieniu, a tkanka łączna zostaje prawidłowo ukształtowana, przez co wrzody i rany otwarte łatwiej się goją. Chlorofil przyspieszając proces fagocytozy, wzmacnia funkcje ochronne organizmu. Oprócz tego może on zapobiegać patologicznym zmianom w molekułach DNA (wielu naukowców sądzi, iż chlorofil blokuje pierwszy etap przekształcania się zdrowych komórek w rakowe – działa także jako antymutagen). Chlorofil stosowany jest również jako środek profilaktyczny w kamicy nerkowej, zapobiegając tworzeniu się kryształków soli wapnia. Usuwa substancje toksyczne z organizmu i jest słabym środkiem moczopędnym. Chlorofil ma działanie wzmacniające czynność tarczycy i trzustki, jak również wspomaga leczenie anemii, łagodzi stan napięcia nerwowego, reguluje ciśnienie tętnicze oraz poprawia czynność jelit. Wyizolowany z roślin, rozpuszczalny w wodzie ekstrakt chlorofilu – chlorofilina – może mieć zastosowanie w żywności jako aktywny biologicznie dodatek lub zewnętrznie np. jako płukanka do gardła bądź na skórę pod postacią kremu czy maści.

Chlorofile mają szeroki zakres działania pod względem aktywności kosmetycznej lub terapeutycznej, a mianowicie:

- hamują rozwój bakterii w ranach, wewnętrznych wrzodach, także grzybów w jelitach;

- usuwają przykry zapach z ust, jak i całego ciała;

- powodują usunięcie nadmiaru szkodliwych związków z organizmu, szczególnie toksyn, jak również dezaktywują niektóre substancje rakotwórcze;

- zapobiegają próchnicy zębów i zapaleniu dziąseł;

- przeciwdziałają: przeziębieniu (zapalenie gardła), wrzodom żołądka i jelit, łojotokowi, stanom zapalnym skóry, nadmiernemu zwapnieniu kości czy zapaleniu narządów wewnętrznych (np. trzustki);

- pomagają w odnowie tkanek;

- zapobiegają niekorzystnemu działaniu nadmiaru promieniowania UV;

- utrzymują prawidłową florę bakteryjną w jelitach;

- współdziałają w syntezie witaminy A, E oraz K;

- zapoczątkowują proces laktacji u karmiących piersią matek.

Oba rodzaje chlorofili a i b ze względu na to, że są barwnikami korzystnie działającymi na organizm człowieka, znajdują szerokie zastosowanie w kosmetyce oraz produkcji kosmetyków i farmaceutyków. Używa się ich m.in. do wytwarzania toników, emulsji, kremów, mydeł, wosków, past do zębów. Dzięki swoim właściwościom ściągającym i antyseptycznym chlorofil ma również zastosowanie w kremach do cery tłustej. Właściwości, jakie posiada chlorofil, wykorzystuje się także do produkcji dezodorantów.

 

ryc.7

Ryc.7. Lucerna.

Źródło: http://www.gronkowiec.org/images/lucerna.jpg

 

 

Surowce bogate w chlorofile to:

- liście lucerny – Medicago lupulina,

- liście pokrzywy – Urtica dioica,

- liście pietruszki – Petroselinum sativum,

- liście sałaty – Lactuca sativa,

- glon zielenica chlorella – Chlorella vulgaris [4].

W Polsce zabronione jest stosowanie jako barwników chlorofili modyfikowanych.

Będąc barwnikiem żywności, chlorofil oznacza się jako E-140, natomiast jego trwalsze kompleksy z miedzią – jako E-141. Kolor owoców i warzyw świeżych, jak również tych przetworzonych, zależy m.in. właśnie od chlorofili [5].

 

 

 

Literatura

1.Sikorski Z.E. Chemia żywności. Składniki żywności. T. 1. Warszawa:Wydawnictwa Naukowo-Techniczne;2007.

2.Zeno G. Liquid chlorophyll. Nowość w odżywianiu. Nutrition & Health 2007;1:10.

3.www.e-biotechnologia.pl

4.Jabłońska-Trypuć A., Czerpak R. Surowce kosmetyczne i ich składniki. Białystok: Wyższa Szkoła Kosmetologii i Ochrony Zdrowia w Białymstoku;2007.

5.Gawęcki J., Żywienie człowieka. Podstawy nauki o żywieniu. Część I. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN;2010.