rezumat romana final

Iuoras (Moldovan) Bianca Elena Tez de doctorat Rezumat

1

Universitatea Babes-Bolyai Cluj-Napoca

Facultatea de Chimie i Inginerie Chimic

Tez de Doctorat

Bianca Elena IUORA (MOLDOVAN)

Contribuii la studiul transpoziiilor multiple de hidrogen n

spectrele de mas ale esterilor sintetici i la investigarea

proprietilor unor compui naturali cu structuri polifenolice

Coordonator Stiinific,

Prof. Dr. Ioan Oprean

Cluj-Napoca 2013


2

Comisie de doctorat:

Conductor de doctorat: Prof. Dr. Ioan Oprean, Universitatea Babes-Bolyai Cluj-Napoca

Preedinte: Prof. Dr. Luminia Silaghi-Dumitrescu, Universitatea Babes-Bolyai Cluj-Napoca

Referent: Prof. Dr. Carmen Socaciu, Universitatea de Stiinte Agricole si Medicina Veterinara, Cluj-Napoca

Referent: Prof. Dr. Nicolae Dinc, Universitatea Aurel Vlaicu, Arad

Referent: Conf. Dr. Claudia Cimpoiu, Universitatea Babes-Bolyai Cluj-Napoca


3

Cuprins (tez) Introducere 1

PARTEA I Transpozitii triple de hidrogen in spectrele de masa ale esterilor benzoici superiori

I.1 Date de literatur 2

I.1.1. Consideraii generale 2

I.1.2. Transpoziii de hidrogen n spectrometria de mas 5

I.1.2.1. Traspoziii duble de hidrogen n spectrometria de mas 7

I.1.2.1.1. Esteri. Transpoziii de hidrogen unidirecionale

duble 7

I.1.2.1.2. Eteri. Transpoziii de hidrogen unidirecionale

duble 14

I.1.2.2 Transpoziii triple de hidrogen n spectrometria

de mas 16

I.1.2.2.1. Transpoziii triple de hidrogen n moleculele

alchil-vinil eterilor 16

I.1.2.2.2 Transpoziii unidirecionale triple de hidrogen n

moleculele esterilor anhidridei trimelitice 18

I.2. Contribuii originale 21

I.2.1. Transpoziii unidirecionale triple de hidrogen n moleculele

esterilor benzoici superiori 21

I.2.1.1 Esteri superiori ai acidului p-(4-clorofenilazo)benzoic 21

I.2.1.1.1. Sintez 21

I.2.1.1.2. Transpoziii unidirecionale triple de hidrogen 26

I.2.1.1.2.1. Transpoziii unidirecionale triple de

hidrogen ale n-alchil esterilor CABE 27

I.2.1.1.2.2. Transpoziii unidirecionale triple

de hidrogen n moleculele esterilor n-alchenilici,

n-alchinilici i n-alcadienilici CABE 31

I.2.1.2.Esteri benzoici superiori 34


4

I.2.1.2.1. Sintez 34

I.2.1.2.2. Transpoziii unidirecionale triple de

hidrogen din moleculele esterilor benzoici superiori 37

I.3. Concluzii 41

I.4. Parte experimentala 43

I.4.1. Generaliti 43

1.4.2. Sinteza i analiza compuilor 43

I.5. Bibliografie 73

PARTEA II: Investigarea proprietatilor unor compusi naturali cu structuri polifenolice

II.1. Date de literatur 75

II.1.1. Consideraii generale 75

II.1.2. Structura antocianilor 75

II.1.3. Surse naturale de antociani 82

II.1.4. Metode de extracie i purificare 83

II.1.4.1. Metode tradiionale de extracie 83

II.1.4.2. Tehnologii moderne de separare a antocianilor 86

II.1.5. Stabilitatea antocianilor 87

II.2. Contributii originale 95

II.2.1. Introducere 95

II.2.2. Investigarea stabilitii antocianilor din diverse fructe indigene 96

II.2.2.1. Stabilitatea antocianilor extrai din fructe de viin 99

II.2.2.2. Polifenoli extrai din fructe de clin 103

II.2.2.2.1. Stabilitatea antocianilor extrai din

fructe de clin 106

II.2.2.2.2. Polifenoli extrai din fructe de clin: stabilitate,

activitate antioxidant 115

II.2.2.3. Antociani extrai din fructe de corn 122

II.2.2.4. Polifenoli extrai din fructe uscate (ceaiuri de fructe) 131

II.3. Concluzii 138


5

II.4. Parte experimentala 139

II.4.1. Generaliti 139

II.4.2. Materialul vegetal 139

II.4.3. Extracia antocianilor din fructe 139

II.4.4. Determinarea antocianilor extrai din fructe 139

II.4.4.1. Prepararea reactivilor 139

II.4.4.2. Determinarea cantitativ a antocianilor din fructe 140

II.4.5. Determinarea coninutului total de fenoli 141

II.4.6. Determinarea activitii antioxidante 142

II.5. Bibliografie 143

Anexa 1. Lista compuilor noi sintetizai 150

Anexa 2 Lista lucrrilor publicate 158

Anexa 3 Articole publicate in extenso 160


6

INTRODUCERE

Chimia organic a nregistrat n ultimii ani o dezvoltare exploziv, fiind orientat

din ce n ce mai mult spre obinerea unor compui cu structur complex, cu importante

aplicaii practice n industria chimic i de materiale, medicin, industria farmaceutic

sau industria alimentar. Identificarea i investigarea structural a acestor compui a

impus dezvoltarea i utilizarea exhaustiv a metodelor fizico-chimice moderne de

investigare a structurii i reactivitii compuilor organici.

Rezultatele activitii de cercetare, prezentate n teza de doctorat, sunt structurate

pe dou direcii principale i accentueaz utilitatea/importana spectroscopiei UV-VIS i

a spectrometriei de mas n analiza structural i investigarea proprietilor unor compui

organici aromatici cu structur de esteri benzoici superiori, respectiv compui naturali

polifenolici (antociani).

In prima parte sunt prezentate rezultatele obinute n sinteza i analiza prin

spectrometrie de mas a unor noi derivai esterici superiori ai acidului benzoic, variat

substituii, n vederea evidenierii i elucidrii unor noi transpoziii de hidrogen

observate n spectrele de mas ale acestor compui. Natura diferiilor factori care

influeneaz aceste procese de transpoziie (lungimea catenei alchilice, prezena i poziia

unei legturi multiple carbon-carbon, natura i poziia substituenilor grefai pe nucleul

aromatic) a fost de asemenea investigat.

Cea de a doua parte este dedicat studiului stabilitii antocianilor izolai din

diverse fructe indigene, n diferite condiii de pH i temperatur, cu sau fr adaos de

aditivi alimentari, n timpul procesrii i stocrii. In ultimii ani, interesul tiinific pentru

mbuntirea tehnicilor de separare i identificare a antocianilor din surse vegetale a

crescut semnificativ, datorit potenialelor utilizri ca i colorani naturali, n special n

industria alimentar, unde reprezint o alternativ netoxic a coloranilor sintetici.

Cuvinte cheie: spectrometrie de mas, transpoziie tripl de hidrogen, esteri benzoici

superiori, polifenoli, antociani, reacii de degradare, clin, coarne,


7

PARTEA I

TRANSPOZITII TRIPLE DE HIDROGEN IN SPECTRELE DE MASA ALE

ESTERILOR BENZOICI SUPERIORI


8

COSIDERATII TEORETICE

Spectrometria de mas este o metod fizic de analiz, al crei nceput este legat

de numele lui Thomson, care n 1912 traseaz primele spectre de mas i arat

posibilitatea folosirii acestora n analiza substanelor chimice [Oprean, 1974].

Spectrometria de mas este o tehnic folosit astzi cu succes n vederea

determinrii exacte a masei moleculare, la elucidarea structurii moleculare, precum i la

studiul unor mecanisme de reacie, oferind astfel importante informaii chimice i

structurale despre moleculele organice. Principial, metoda are la baz separarea n cmp

electrostatic/magnetic a ionilor generai n urma furnizrii de energie din exterior asupra

moleculelor neutre. Spectrometrul de mas utilizeaz diferena n raportul dintre mas i

sarcin (m/z) a moleculelor sau atomilor ionizai pentru a-i separa.

Formarea ionilor moleculari urmeaz pricipiul Franck-Condon [Tate & Lozier,

1932], ionizarea fiind un proces aproape vertical. Atunci cnd o tranziie electronic este

cauzat de un fascicul electronic sau fotonic, timpul necesar realizrii acesteia este

extrem de scurt n comparaie cu perioada vibraiei legturilor interatomice, astfel c

structura moleculei nu se modific n procesul de ionizare.

Ca urmare a energiei primite, ionii moleculari formai sufer n continuare

procese de fragmentare. Moleculele pot parcurge diverse ci de fragmentare, a cror

cunoatere poate furniza importante informaii structurale.

Fragmentrile ce au loc n spectrometrul de mas pot fi uor explicate cu ajutorul

teoriei quasi-echilibrului (QET), cel puin atunci cnd energia de impact este mai mare

dect energia de legtur [Lester, 1963]. Fragmentarea necesit un timp mai ndelungat

dect redistribuirea energiei asupra diferitelor grade de libertate. Atunci cnd ionul

molecular primete o cantitate suficient de energie sufer o reacie de fragmentare.

Fragmentele formate pot avea suficient energie pentru a disocia printr-un proces similar

sau pentru a suferi reacii de transpoziie [Rosenstock, Wallenstein, Wahrhaftig & Henry

Eyring, 1952].

Fragmentarea n EI a ionului molecular duce la apariia unui ion pozitiv i a unui

fragment (radical sau molecul neutr). Fragmentrile n EI tipice au loc n urma ruperii


9

unei legturi simple prin care un radical se desprinde din ionul molecular printr-o

scindare homolitic sau heterolitic.

Inc de la nceputurile spectrometriei de mas a compuilor organici s-a observat

c formarea unor fragmente nu poate fi explicat numai prin simpla scindare a uneia sau

mai multor legturi.

In prezent se cunoate un numr foarte mare de fragmentri n urma crora iau

natere ioni de acest tip numii n general ioni de transpoziie. Apariia reaciilor de

transpoziie face spectrele de mas dificil de interpretat, dar in acelai timp furnizeaz

informaii importante din punct de vedere structural.

In funcie de reaciile de transpoziie ce au loc n procesul de formare al acestor

ioni, se pot distinge fragmentri ce implic transpoziia unuia, a doi sau chiar a trei atomi

de hidrogen (transpoziia hidrogenului) sau transpoziiile altor atomi sau grupe de atomi

de la un centru la altul al ionului (transpoziii de schelet).

Indiferent de natura atomilor care se transpun, procesele de transpoziie a ionilor

au la baz urmtoarele consideraii:

a) transpoziiile decurg prin stri de tranziie ciclice energetic favorizate

b) fora motrice a procesului const n scindarea unui fragment neutru foarte

stabil (de obicei o molecul)

c) ionul de transpoziie rezultat este stabil

d) stereochimia ionului permite apropierea centrelor ntre care are loc

transpoziia.

Cu aproximativ 50 de ani n urm, studiind spectrele de mas ale diferitelor clase

de substane ce conin o legtur dubl, McLafferty [McLafferty, 1959] pune n eviden

existena unei transpoziii de hidrogen la aldehide spre dubla legtur. Cu ajutorul

analogilor deuterai s-a constatat faptul c atomul de hidrogen care migreaz este legat

ntotdeauna de un atom n poziia fa de dubla legtur (transpoziie specific).

Concomitent are loc scindarea legturii C-C i formarea unei stri de tranziie ciclice.

Mecanismul transpoziiei McLafferty a fost intens investigat [Djerassi, von

Mutzenbecher, Fajkos, Williams, & Budzikiewicz, 1965; Kingston, Bursey & Bursey,

1974] constatndu-se faptul c procesul este mai degrab unul ce decurge n trepte

(Schema 1a) dect unul concertat (Schema 1 b).


10

R'

aR

OH R'

k1

R

OR'

Hk2

R

O

H

+

bk3

R

OH R' R'

+

R

O

H

Schema 1: Ci posibile ale transpoziiei McLafferty

In spectrele de mas ale unor compui organici (n special esteri) s-a observat de

asemenea i un pic intens McLafferty plus unu, corespunztor unei transpoziii duble de

hidrogen. Aceste tipuri de transpoziii au fost elucidate tot prin marcarea cu deuteriu.

Cele mai multe transpoziii de hidrogen decurg prin pierderea sau ctigarea efectiv a

unuia sau mai muli atomi de hidrogen din fragmentul ncrcat electric (cationi de

fragmentare) att unidirecional [Kuck, 2005; Djerassi & Fenselau, 1965] ct i reciproc

[Eadon & Djerassi, 1969; Tkes, Jones & Djerassi, 1968]. Aceste migraii

intramoleculare a doi atomi de hidrogen, transpoziii duble de hidrogen, au loc fie nainte,

dup scindarea unor legturi slabe din molecul.

Transpoziii intramoleculare a trei atomi de hidrogen dintr-o parte a cationului de

fragmentare ctre alta au fost de asemenea nregistrate, ns foarte rar [Katoh, Jaeger

&Djerassi, 1972; Kuck & Filges, 1988].


11

CONTRIBUTII ORIGINALE

Dup cum s-a precizat anterior, transpoziia unidirecional tripl este un fenomen

foarte rar ntlnit n spectrometria de mas a compuilor organici. Obiectivul prezentului

studiu l-a constituit sinteza unor esteri benzoici cu caten lung precum i determinarea

diverselor tipuri de transpoziii ce au loc n spectrometria de mas a acestora.

Esteri superiori ai acidului p-(4-clorofenilazo)benzoic

Pentru a investiga factorii ce influeneaz apariia i intensitatea ionilor de

transpoziie tripl 3H au fost sintetizai peste 40 de n-alchil, n-alchenil, n-alcadienil i n-

alchenil esteri ai acidului p-(4-clorofenilazo)benzoic (CABA 16).

Schema 2 prezint calea general de sintez a unor esteri derivai ai acidului p-

(4-clorofenilazo)benzoic, utilizai n studiul proceselor caracteristice de fragmentare

induse de impactul electronic.

Cl N N CO

OH SOCl2 Cl N N CO

Cl

16 17-SO2-HCl

-HCl

Cl N N CO

OR

18 - 27

R OHPy

R = CnH2n+1; n = 118 R = CnH2n-1; n = 10; 12; 13; 14; 16

R = CnH2n-3; n = 12; 14; 18 (R = alcadienil)

R = CnH2n-3; n = 12 (R = alchinil)

Schema 2: Sinteza unor esteri derivai ai acidului p-(4-clorofenilazo)benzoic

Tabelul 1 sumarizeaz structura compuilor obinui pe aceast cale. Tabelul 1: Esteri superiori ai acidului p-(4-clorofenilazo)benzoic

Compus R = alchil Compus R = alchenil 18a CH3 19 C10H19; Z 7*

18b C2H5 20a C12H23; Z 3 18c C3H7 20b C12H23; E 7 18d C4H9 20c C12H23; Z 7 18e C5H11 20d C12H23; Z 8 18f C6H13 20e C12H23; E 8


12

18g C7H15 20f C12H23; E 10 18h C8H17 21 C13H25; Z 6 18i C9H19 22a C14H27; Z 5 18j C10H21 22b C14H27; E 7

18k C11H23 22c C14H27; Z 7 18l C12H25 22d C14H27; Z 8

18m C13H27 22e C14H27; Z 9 18n C14H29 22f C14H27; Z 11 18o C15H31 22g C14H27; E 11 18p C16H33 23a C16H31; Z 5 18q C17H35 23b C16H31; Z 7 18r C18H37 23c C16H31; Z 9

R = alcadienil 23d C16H31; Z 11 24 C12H21; E 7, Z 9 25 C14H25; Z 9, E 12 26 C18H33; E 2, Z 13 R = alchinil

27 C12H21; Y 8** *Geometria i poziia dublei legturi; ** Poziia legturii triple Structura compuilor astfel obinui a fost confirmat cu ajutorul

spectroscopiei RMN i a spectrometriei de mas.

Transpoziii unidirecionale triple de hidrogen

Prin analiza EI-MS a esterilor cu caten lung ai acidului p-(4-

clorofenilazo)benzoic s-a constatat prezena unei reacii de transpoziie unidirecional

tripl de hidrogen (schema 3), transpoziie ce are loc cu o mai mare probabiltate dect n

cazurile menionate anterior n literatur.

Cl N N CO

O CnH2n+1

3H259

EI

m/z 262 (259+ 3H) Schema 3: Formarea ionului de transpoziie unidirecional tripl de hidrogen n

p-(4-clorofenilazo)benzoai

Originea atomilor de hidrogen implicai n transpoziia unidirecional tripl a fost

investigat prin marcarea cu deuteriu a poziiilor din catena alchilic, dar dup cum era

precizat i n literatur pentru cazul esterilor anhidridei trimelitice, nu se poate precizia

poziia exact a celor trei hidrogeni care se transpun, procesul neavnd o specificitate


13

prea ridicat. In nici unul dintre cazuri, nu a fost observat transpoziia hidrogenului de

la atomul de carbon terminal al catenei alchilice, ceea ce este n concordan cu

dificultatea ndeprtrii unui atom de hidrogen de la un atom de carbon primar, datorat

instabilitii radicalului rezultat.

Transpoziii unidirecionale triple de hidrogen ale n-alchil esterilor ai CABE

Spectrele de mas EI (70 eV) ale n-butil (C4-CABE) i n-tetradecil (C14-CABE)

sunt redate n figurile 1 i 2.

In figura 1 se observ c, n cazul n-butil-p-(4-clorofenilazo)benzoatului 18d

(C4-CABE), ionii cei mai abundeni sunt generai de scindarea alternativ C-N a grupei

fenilazo (m/z 111, 139, 177, 205).

Figura 1: Spectrul de mas al n-butil-p-(4-clorofenilazo)benzoatului 18d

Scindarea legturii C-O acil din ester genereaz ionul m/z 243 (10%), n timp ce

scindarea O-alchil nsoit de transferul unuia sau a doi atomi de hidrogen (m/z 260,

respectiv m/z 261) caracteristic n-butil benzoailor [Djerassi & Fenselau, 1965] are o

importan minim (I


14

nu s-a observat nici o scindare C-C a restului alchilic, scindare prezent n spectrele de

mas ale altor esteri [Meyerson, Kuhn, Puskas, Fields, Leitch & Sullivan, 1983].

Figura 2: Spectrul de mas al n-tetradecil-p-(4-clorofenilazo)benzoatului 18n

Datele pariale ale spectrelor de mas EI ale C1-C18 alchil-p-(4-clorofenilazo)

benzoailor sunt redate n tabelul 2.

Analiznd datele, se poate constata c derivaii 18a-18d prezint spectre de mas

foarte asemntoare cu cel al n-butil-p-(4-clorofenilazo)benzoatului (C4- CABE)

prezentat n figura 1. In spectrele EI-MS ale compuilor 18e-18g (C5- C7 CABE) picul

m/z 260, corespunztor unei transpoziii simple de hidrogen (1H), devine mai intens dect

n cazurile precedente i apare nsoit de un nou pic la m/z 261 generat n urma

transpoziiei duble de hidrogen (2H). Spectrele celorlali compui din seria studiat 18h-

18r au scos n eviden apariia picului de la m/z 262 cu o intensitate variabil, cu valori

de la 0,5 la 70%, corespunztor unui transfer de trei atomi de hidrogen din catena

hidrocarbonat spre restul acidului.

Abundena acestor ioni crete odat cu creterea numrului de atomi de carbon din

caten. Aceeai dependen de lungimea catenei o prezint i ionii de la m/z 261

(transpoziia a 2H) i m/z 244 (m/z 262-H2O).


15

Tabelul 2: Spectrele pariale EI-MS ale n-alchil-p-(4-clorofenilazo)benzoailor 18 (R=alchil)

(C1-C18 CABE)

Compus

R

Intensitatea relativ a ionilor (%)

(picul de baz=100)

261* (2H) 262* (3H)

18a 18b 18c 18d 18e 18f 18g 18h 18i 18j 18k 18l

18m 18n 18o 18p 18q 18r

CH3 C2H5 C3H7 C4H9 C5H11 C6H13 C7H15 C8H17 C9H19 C10H21 C11H23 C12H25 C13H27 C14H29 C15H31 C16H33 C17H35 C18H37

- - - - 0,6 1,0 1,7 3,4 6,0 7,2 14,0 19,2 27,0 27,0 41,0 35,0 31,0 42,0

- - - - - - - 0,5 8,0 7,0 35,0 30,0 60,0 53,0 92,0 70,0 62,0 87,0

* Corectate conform contribuiei izotopilor naturali

Din figura 3 se observ c aceast dependen este mai accentuat n cazul ionilor

corespunztori transpoziiei triple de hidrogen.

Figura 3: Efectul lungimii catenei asupra intensitii relative a ionilor de transpoziie din C1-C18

CABE

0102030405060708090

100

0 5 10 15 20

% Picul de baza

lungimea catenei hidrocarbonate

m/z 262 (3H)

m/z 261 (2H)


16

Geneza ionilor de la m/z 262 (3H) poate fi explicat printr-o interaciune

intramolecular la distan mare long range ntre lanurile alchilice din molecul i

atomii de azot ai gruprii azo, urmat de transferul a doi atomi de hidrogen caracteristic

esterilor acizilor carboxilici, ntr-un mod similar celui prezentat n literatur pentru

anhidrida trimelitic [Cable & Djerassi, 1971], propunndu-se astfel mecanismul

transpoziiei unidirecionale triple de hidrogen pentru cazul esterilor superiori ai acidului

p-(4-clorofenilazo)benzoic (Schema 4).

CCl N NH

O

O

H

H

CCl N NH

O

O

H

H

Cl N NH

CO

O

H

H

a

a'

a"

m/z = 262

Cl

b

b'

b"

m/z = 262

Cl CN NO

O

H

H

N

Cl N N CO

O

H

H

H

N CO

O

H

HH

H

Schema 4: Mecanismul formrii ionilor de transpoziie tripl

Multitudinea formulelor de rezonan ale acestor ioni ( a, a, a sau b, b ,b)

explic probabil abundena ridicat a acestora.

Rezultatele obinute au dus la concluzia c transferul atomilor de hidrogen are loc

dinspre catena alchilic nspre gruprile azo i carbonil, fiind nevoie de o caten suficient

de lung pentru ca cele dou grupri s ajung la distana minim necesar pentru a se

realiza transferul [Oprean, Moldovan & Oprean, 2003a; Oprean, Moldovan & Oprean,

R., 2003b].

Transpoziii unidirecionale triple de hidrogen n moleculele esterilor n-alchenilici,

n-alchinilici i n-alcadienilici ai CABE

Inregistrarea spectrelor de mas a 19 esteri nesaturai cu caten lung ai acidului p-

(4-clorofenilazo)benzoic CABE a avut drept scop confirmarea fenomenului de

transpoziie tripl a hidrogenului observat n cazul esterilor saturai, precum i

investigarea influenei dublei legturi asupra acestui fenomen sau eventuala observare a


17

unei fragmentri specifice n funcie de poziia nesaturrii [Oprean, Moldovan & Oprean,

R., 2003a].

Tabelul 3 prezint spectrele pariale ale n-alchenil CABE. Din datele acestuia se

poate observa c comportamentul esterilor nesaturai n EI-MS este similar cu cel al

analogilor saturai ai acestora. Toi compuii nesaturai prezint picul molecular mai puin

intens dect esterii saturai cu acelai numr de atomi de carbon. De asemenea, toi

compuii prezint un pic remarcabil la m/z 262 corespunztor transpoziiei triple de

hidrogen.

Din studiul datelor obinute s-a constatat c intensitatea picului acestei transpoziii

nu este influenat de geometria dublelor legturi din molecul.

Tabelul 3: Spectrele pariale EI-MS ale n-alchenil-p-(4-clorofenilazo)benzoailor (R=alchenil)

(C1-C19 CABE) Compus nr. R Intensitatea relativ a ionilor (%)

(picul de baz=100) 261* (2H) 262* (3H)

19 20a 20b 20c 20e 20d 20f 21 22a 22b 22c 22d 22e 22g 22f 23a 23b 23c 23d

Z 7**-10*** Z 3-12 E 7-12 Z 7-12 E 8-12 Z 8-12 E10-12 Z 6-13 Z 5-14 E 7-14 Z 7-14 Z 8-14 Z 9-14 E11-14 Z11-14 Z 5-16 Z 7-16 Z 9-16 Z11-16

27 6

33 27 42 32 50 44 11 31 33 38 36 60 56 18 35 45 51

19 1

36 26 47 39 52 55 13 39 34 50 47 78 73 27 49 61 72


** Geometria i poziia legturii duble

*** Lungimea catenei

Un deosebit interes l prezint studiul influenei poziiei dublelor legturi asupra

intensitii picurilor corespunztoare ionilor formai prin transfer de hidrogen. In acest


18

context, au fost analizate intensitile relative n % ale fiecrui pic format prin

transpoziie de hidrogen: m/z 260 (1H), m/z 261 (2H), respectiv m/z 262 (3H) ale esterilor

C12, C14 i C16 n-alchenilici ai acidului p-(4-clorofenilazo)benzoic. S-a observat c n

toate cele 3 serii de compui intensitatea picurilor m/z 260 (1H) descrete cu creterea

distanei dintre funciunea carbonil i poziia dublei legturi n lanul catenei esterului. In

mod contrar, intensitile relative ale picurilor m/z 261 (2H) i m/z 262 (3H) cresc odat

cu deprtarea dublei legturi de funciunea carbonil. In toate cazurile studiate, abundena

ionilor m/z 262, corespunztori transpoziiei triple de hidrogen este mai mare dect

abundena ionilor m/z 261 generai n urma transpoziiei duble.

A fost investigat de asemenea i efectul cumulat al lungimii catenei i al poziiei

dublei legturi asupra intensitii ionului de transpoziie tripl, m/z 262, constatndu-se c

intensitile relative ale picurilor 3H din spectrele esterilor alchenilici sunt ntotdeauna

mai sczute dect cele ale compuilor analogi cu caten saturat.

Aceeai comportare, mai accentuat ns, a fost remarcat i n spectrele de mas

ale ctorva esteri alchinilici i alcadienilici analogi (tab. 4).

Tabelul 4: Spectrele pariale EI-MS ale unor n-alchinil- i n-alcadienil-p-(4-

clorofenilazo)benzoai Com

pus

Nr.

R Intensitatea relativ a ionilor* (%)

(picul de baz=100)

261* (2H) 262* (3H)

24

27

25

26

E 7, Z 9-12**

Y 8-12***

Z 9, E 12-14

E 2, Z 13-18

32

20

47

100

37

20

50

19


** geometria i poziia legturii duble

*** Y-prescurtarea pt. legtura tripl O explicaie posibil a acestei comportri const ntr-o flexibilitate redus a

catenei hidrocarbonate datorat rigiditii legturilor duble i triple, astfel nct cele dou

grupri nu pot ajunge la distana minim necesar pentru a se realiza transferul cu

aceeai uurin ca i n cazul esterilor alchilici.


19

Esteri benzoici superiori

Transpoziia unidirecional tripl de hidrogen nu este limitat doar la cazurile

spectrelor de mas ale esterilor superiori ai acidului p-(4-clorofenilazo)benzoic descrise

n capitolele anterioare.

In vederea determinrii eventualei influene pe care atomul de clor, grupa azo sau

nucleul aromatic o au asupra apariiei i intensitii ionului de transpoziie unidirecionale

triple de hidrogen, studiul a fost extins asupra unor esteri alchilici ai acidului

fenilazobenzoic, esteri cu gruparea azo modificat precum i a altor benzoai superiori.

Sintez

Esterii alchilici ai acidului fenilazobenzoic au fost sintetizai prin reacia de

esterificare dintre clorura de fenilazobenzoil i alcoolul corespunztor (Schema 5):

N N C Cl + ROH

O

N N C OR

O

R = C8H17; C14H29 Schema 5: Obinerea fenilazobenzoailor

Esterii cu structur similar dar cu gruparea azo modificat au fost obinui prin

reacii de condensare. Esterul tetradecilic al acidului 4-(fenilimino)metil-benzoic (30) a

fost obinut prin condensarea anilinei cu esterul tetradecilic al acidului 4-formilbenzoic, n

prezena acidului p-toluensulfonic [Johnston, Smart & Smith, 1984] (schema 6)

- H2OAPTS

C OC14H29

ON CHNH2 C OC14H29

OOHC+

30 Schema 6: Obinerea esterului tetradecilic acidului 4-(fenilimino)metil-benzoic

Structura compusului a fost confirmat prin spectroscopie RMN i spectrometrie

de mas.

In vederea obtinerii derivatului similar 31, s-a recurs la condensarea

benzaldehidei cu esterul tetradecilic al acidului p - aminobenzoic (Schema 7) [Johnston,

Smart & Smith, 1984].


20

CHO + CH N C OC14H29

OH2N C OC14H29

O

- H2OAPTS

31 Schema 7: Obinerea esterului tetradecilic al acidului 4-amino-(N-benziliden) benzoic

Rezonana magnetic nuclear i spectrometria de mas au fost utilizate pentru

confirmarea structurii compusului obinut.

Reacia de condensare a srii de diazoniu a p-aminobenzoatului de tetradecil cu

acid cinamic a condus la obinerea esterului corespunztor al 4-carboxi stilbenului

(Schema 8) [Merweein, Bchner & vanEmster, 1939]:

- CO2- N2- HCl

+

C OC14H29

O+[N2

C OC14H29

O

CH CH

CH CH COOH

Cl-

Schema 8: Obinerea esterului tetradecilic al 4-carboxistilbenului

Inregistrarea spectrelor RMN si a spectrelor de mas a ajutat la confirmarea

structurii compusului sintetizat.

Esterificarea unor cloruri acide cu o serie de alcooli alifatici superiori a fost

utilizat pentru sinteza unei serii de esteri superiori ai acidului benzoic diferit substituii

(Schema 9):

- HClC OR1O

RC Cl + R1OH

O

R

py

R = m-NO2, p-NO2, p-CN, p-CH O

R1 = C8H17, C14H27, C14H29 Schema 9: Sinteza benzoailor superiori

Obinerea derivatului similar 33 cu gruparea NH2 n poziia para, s-a realizat prin

reacia dintre sarea de sodiu a acidului p-aminobenzoic cu bromur de miristil (Schema

10), utiliznd ca i solvent dimetilformamida [Winnik & Kwong, 1976]:


21

C ONa + C14H29Br

O

H2N - NaBrH2N C

O

OC14H29

33 Schema 10: Obinerea tetradecilp-aminobenzoatului

Compusul 40 a fost sintetizat prin reacia p-nitrobenzensulfoclorurii cu alcool

miristic, conform ecuaiei [Shirley, Smith, Brown & Reedy, 1952]:

O2N SO2Cl + C14H29OH O2N SO3C14H29 - HCl

40 Schema 11: Obinerea tetradecilp-nitrobenzensulfonatului

Structura compuilor sintetizai a fost confirmat prin spectroscopie RMN i

spectrometrie de mas.

Transpoziii unidirecionale triple de hidrogen din moleculele esterilor benzoici

superiori

In tabelul 5 sunt prezentate cteva date selecionate din spectrele de mas ale unor

esteri aromatici cu caten lung [Moldovan, Oprean & Oprean, 2003].

Din aceste exemple se poate concluziona c prezena atomului de clor nu este

obligatorie pentru producerea reaciei de tranpoziie tripl de hidrogen observat n

spectrele de mas ale fenilazobenzoailor superiori, atomul de clor fiind ns util la

identificarea fragmentelor formate.

Prin nlocuirea alternativ a unuia dintre atomii de azot ai gruprii N=N din esterii

superiori ai acidului fenilazobenzoic cu gruparea CH, intensitatea ionilor de la m/z 227,

corespunztori transpoziiilor unidirecionale triple de hidrogen, descrete (compuii 30 i

31`). Prin substituirea ambilor atomi de azot cu gruparea CH=CH ionul de transpoziie

tripl de hidrogen dispare din spectrul de mas, semn c fenomenul nu mai are loc

(compusul 32).

Aceast observaie sugereaz faptul c substituenii din poziia para a esterilor

acidului benzoic pot influena apariia ionului de transpoziie tripl de hidrogen, n mod


22

asemntor cu influena pe care acetia o exercit asupra transpoziiei simple i duble

[Tobita, Tajima & Tsuchiya, 1984] cunoscut din literatur . Pentru a elucida aceast

supoziie au fost studiate spectrele de mas ale unor benzoai cu caten lung avnd

diferii substitueni pe nucleul aromatic.

Este cunoscut din literatur faptul c esterii acidului benzoic nesubstituit precum i

p- i m-metoxi benzoaii cu caten lung [Oprean, Moldovan & Oprean, 2003b] nu

prezint transpoziii multiple de hidrogen. Acelai fenomen a fost observat i n cazul

esterilor superiori ai acidului p-amino benzoic 33 [Moldovan, & Oprean, 2006].

Tabelul 5: Intensitatea relativ a ionilor transpoziiilor de hidrogen n spectrele de mas ale unor

esteri superiori ai acidului fenildiazobenzoic

Nr. crt. Structura Intensitate relativ* (%)

[1H] 2[H] 3[H]

28 N N C OC8H17

O

1.5 1 0.7

29 N N C OC14H29

O

4 24 33

30 C OC14H29

ON CH

24 100 2

31 CH N C OC14H29

O

27 42 13

32 C OC14H29

OCH CH

1 0.5 -


Prezena gruprilor NO2, CN sau CHO n poziiile p- sau m- ale nucleului aromatic

din molecula benzoailor cu caten lung pare a fi esenial pentru producerea

fenomenului de transpoziie tripl de hidrogen n spectrele de mas ale acestor compui

(tab. 13).

S-a observat c substituenii respingtori de electroni favorizeaz formarea

ionului [M-CnH2n] generat n urma unei reacii de transfer al unui singur atom de


23

hidrogen (transpoziie McLafferty), n timp substituenii atrgtori de electroni

favorizeaz formarea ionilor [M-CnH2n-1] rezultai n urma transpoziiei a doi atomi,

precum i a ionilor [M-CnH2n-2] corespunztori transpoziiei triple de hidrogen.

Aceast observaie poate fi explicat rezonabil prin considerente termochimice bazate pe

suma cldurilor standard de formare ale acestor fragmente.

Tabelul 6: Intensitatea relativ a ionilor transpoziiilor de hidrogen n spectrele de mas ale unor

esteri superiori ai acidului benzoic

Nr. crt. Structura Intensitate relativ* (%)

[1H] 2[H] 3[H]

33 NH2 C

OOC14H29

100 8 -

34 O2N C

OOC8H17

1 34 17

35 O2N C

OOC14H29

1 37 81

36 CO

OC14H29

O2N

4 8 23

37 O2N C

OOC14H27 (Z8)

1 29 76

38 C C

OOC14H29N

2 93 22

39 C C

OOC14H29

OH

2 100 57

40 O2N SO3C14H29

- 5 3


De asemenea, s-a constatat faptul c efectul acestor substitueni este in majoritatea

cazurilor bine corelat cu valorile constantelor Hammet p .

Corelaia dintre efectul substituenilor din poziia para asupra intensitii ionului

de transpoziie tripl, raportat la intensitatea ionului de transpozie dubl observat n


24

spectrele de mas ale unor esteri superiori ai acidului benzoic, cu valorile constantelor

Hammet p este redat n tabelul 7.

Din datele prezentate se poate constata c substituenii atrgtori de electroni

grefai pe nucleul aromatic al unor alchilbenzoai cu caten lung favorizeaz formarea

ionilor de transpoziie tripl de hidrogen. Acelai fenomen a fost observat i n cazul

alchilbenzosulfonailor superiori.

Tabelul 7: Raportul intensitilor relative ale ionilor transpoziiilor de hidrogen p-X-

C6H4COOH3/ p-X-C6H4COOH2 i valorile p ale unor esteri superiori ai acidului benzoic

Substitent [3H]/[2H] p

NH2 OCH3 H CN CHO N=N-C6H5 NO2

0 0 0 0,24 0,57 1,37 2,19

-0,66 -0,27 0 0,66 0,22 0,64 1,27

Mecanismul transpoziiei triple de hidrogen din ionul molecular al acestor

compui este redat n schema 12.

-CnH2n-2

CYXHO H

O H

CO

O CnH2n+1YX

XH CYO H

O H

Schema 12: Mecanismul transpoziiei triple de hidrogen din ionul molecular

Datorit interesului crescut asupra elucidrii acestui fenomen, precum i a

implicaiilor sale mecanistice semnificative se are n vedere continuarea investigaiilor

asupra transpoziiei triple de hidrogen rezultate sub impact electronic n analiza prin

spectrometrie de mas a altor clase de compui cu caten hidrocarbonat lung.


25

CONCLUZII

Transpoziia unidirecional tripl de hidrogen este foarte rar ntlnit n

spectrometria de mas a compuilor organici. Fenomenul de transpoziie tripl a fost

pus n evidena pentru prima dat n seriile de alchil-aril esterii cu caten lung

sintetizate. A fost propus de asemenea i un mecanism care generalizeaz procesul de

fragmentare cu transpoziie tripla de hidrogen.

Pentru dovedirea acestui fenomen i pentru elucidarea mecanismului de transpoziie

au fost sintetizat i caracterizat structural o serie omoloaga de 18 esteri saturai ai

acidului p-(4-clorofenilazo)benzoic, coninnd resturi n-alchil de la C1-C18 dintre

care 15 sunt compui noi. In cazul benzoailor de n-alchil saturai ionul de

transpoziie tripl apare doar n spectrele de mas ale compuilor cu caten mai lung

de 4 atomi, intensitatea acestuia crescnd odat cu creterea numrului de atomi de

carbon din molecul.

Transferul atomilor de hidrogen are loc dinspre catena alchilic nspre gruprile azo i

carbonil, fiind ns nevoie de o caten suficient de lung pentru ca cele dou grupri

s ajung la distana minim necesar pentru a se realiza transferul.

Studiul a fost extins i asupra esterilor superiori nesaturai n vederea investigrii

influenei dublei legturi asupra acestui fenomen sau a unei fragmentri specifice n

funcie de poziia nesaturrii. In acest scop a fost sintetizat i caracterizat structural

o serie de 23 de noi esteri nesaturai ai acidului p-(4-clorofenilazo)benzoic,

constatndu-se c dac nesaturarea se afl mai aproape de 3 atomi de carbon fa de

gruparea esteric, ionul de transpoziie tripl nu apare datorit lipsei de flexibilitate a

catenei impus de rigiditatea dublei legturi.

S-a urmrit de asemenea i studiul influenei substituenilor grefai n poziiile meta

i para ale nucleului aromatic asupra apariiei i intensitii ionului de tripl

transpoziie. In acest scop au fost sintetizai si caracterizai structural 5 noi esteri

superiori, analogi celor sintetizai anterior, cu gruparea azo modificat, precum si 8

noi esteri benzoici superiori. Analizndu-se spectrele de mas ale acestora, s-a

constat c substituenii respingtori de electroni favorizeaz formarea ionului de


26

transpoziie McLafferty, n timp ce substituenii atrgtori de electroni favorizeaz

formarea ionilor corespunztori transpoziiei triple de hidrogen.

S-a realizat corelaia dintre raportul intensitii ionilor de transpoziie unidirecional

tripl respectiv dubl de hidrogen observai n spectrele de mas ale unor esteri

superiori ai acidului benzoic substituit cu valorile constantelor Hammet p ale

substituenilor grefai pe nucleul aromatic.


27

BIBLIOGRAFIE SELECTIVA

Biemann, K.,Mass Spectrometry, McGraw-Hill Book Co., New-York, 1962, p.125

Bowen, R. D., Williams, D. H., J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1981, 836

Budzikiewicz, H., Djerassi, C., Williams, D. H., Mass Spectrometry of Organic

Compounds, Holden-Day Inc., San-Francisco, 1967, p.18, 155-162, 184-187.

Cable, J., Djerassi, C., J. Am. Chem. Soc., 1971, 93, 3905

Carpenter, W., Duffield, A. M., Djerassi, C., J. Am. Chem. Soc., 1967, 89, 6164

Djerassi, C., Fenselau, C., J. Am. Chem. Soc., 1965, 87, 5756

Djerassi, C., von Mutzenbecher, G., Fajkos, J., Williams, H., Budzikiewicz, H., J. Am.

Chem. Soc., 1965, 87, 817

Eadon, G., Djerassi, C., J. Am. Chem. Soc., 1969, 91, 2724

Halim, H., Schwarz, H., Terlouw, J. K., Levsen, K., Org. Mass Spectrom., 1983, 18,

147

Hecker, E., Chem.Ber., 1955, 88, 1666

Holmes, J. L., Adv. Mass Spectrom., 1988, 11, 53

Johnston, D., Smart, V. W., Smith, D., Org. Mass. Spectrom., 1984, 11, 609

Katoh, M., Jaeger, D. A., Djerassi, C., J. Am. Chem. Soc., 1972, 94, 3107

Kingston, D. G. I., Bursey, J. T., Bursey, M. M., Chem. Rev. 1974, 74, 215

Kuck, D., The Encyclopedia of Mass Spectrometry, Vol. 4: Fundamentals of and

Applications to Organic Compounds, Ed. N.M.M. Nibbering, Elsevier, Oxford, 2005,

p.97

Kuck, D., Filges, U., Org. Mass Spectrom., 1988, 23, 623

Kuck, D., Fliges, U., Org. Mass Spectrom., 1988, 24, 643

Kuck, D., Salameh, L., Onwuka, K., Letzel, M., 17th International Mass Spectrometry

Conference, Prague, 2006

Lester, G. R., Brit. J. Appl. Phys., 1963, 14, 414421

MacLeod, J. K., Djerassi, C. , J. Am. Chem. Soc., 1967, 89, 5182

McLafferty, F. W., Hamming, M. C., Chem. Ind., 1959, 1366

McLafferty, F. W., Anal. Chem., 1957, 29, 1782

McLafferty, F. W., Anal. Chem., 1959, 31, 82


28

Merweein, H., Bchner, E., vanEmster, K., J. Prakt. Chem., 1939, 152, 237

Meyerson, S., Kuhn, E. S., Puskas, I., Fields, E. K, Leitch, L., Sullivan, T. A., Org.

Mass Spectrom., 1983, 18, 110

Meyerson, S., Puskas, I., Fields, E. K., J. Am. Chem. Soc., 1973, 95, 6056

Moldovan, B., Oprean, I., 5th International Confference of the Chemical Societies of

the South-East European Countries, September 2006, Ohrid, Macedonia

Moldovan, B., Oprean, I., Oprean, R., Studia Univ. Babe-Bolyai, Chemia, 2003, 48,

145

Oprean I., Spectrometria de Mas a Compuilor organici, Ed. Dacia, Bucureti, 1974

Oprean, I., Moldovan, B., Oprean, R., Plants Health, 2003a, 61, 20

Oprean, I., Moldovan, B., Oprean, R., Studia Univ. Babe-Bolyai, Chemia, 2003b,

48, 139

Pakarinen, J. M. H., Vainiotalo, P., Pakkanen, T. A., Kenttamaa, H. I., J. Am. Chem.

Soc., 1993, 115, 12431

Rosenstock, H. M., Wallenstein, M. B., Wahrhaftig, A. L., Henry Eyring, H., Proc.

Nat.Acad. Sci., 1952, 38, 667678

Shirley, D. A., Smith, G. A., Brown, M., Reedy, W., J. Org. Chem., 1952, 17, 199-203

Stevenson, D. P., Discuss. Faraday Soc., 1951, 10, 3545.

Stringer, M. B., Underwood, D. J., Bowie, J. H., Allison, C. E., Donchi, K. F., Derrick,

P. J., Org. Mass Spectrom., 1992, 27, 270

Tate, J. T., Lozier, W. W, Phys. Rev., 1932, 39, 254269

Tobita, S., Tajima, S., Ishihara, Y., Kojima, M., Shigihara, A., Int. J. Mass Spectrom.

Ion Processes, 1994, 132, 129

Tobita, S., Tajima, S., Tsuchiya, T., Org. Mass Spectrom., 1984, 19, 326

Tkes, L., Jones, G., Djerassi, C., J. Am. Chem. Soc., 1968, 90, 5465

Winnik, M., Kwong, P. T., Org. Mass Spectrom., 1976, 10, 346


29

PARTEA II

INVESTIGAREA PROPRIETATILOR UNOR COMPUSI NATURALI CU

STRUCTURI POLIFENOLICE


30

CONSIDERATII TEORETICE

Antocianii sunt compuii polifenolici larg rspndii n regnul vegetal, fiind

pigmenii cei mai importani identificai n plantele superioare, rspunztori de culoarea

celor mai multe flori, fructe, frunze i tulpini. Culoarea acestora variaz de la roz, trecnd

prin rou, apoi violet, pn la albastru nchis. Reprezint cea mai numeroas clas de

pigmeni vegetali hidrosolubili.

Termenul antocian deriv din cuvintele greceti anthos = floare i cyanos =

albastru, fiind utilizat pentru prima dat n anul 1835 de ctre Marquart pentru a denumi

pigmentul din florile de albstrele, Centaurea cyanus [Marquart, 1835]

La ora actual, literatura de specialitate indic existena unui numr de

aproximativ 600 de compui antocianici, a cror structur a fost complet elucidat

[Andersen & Jordheim, 2006], din care doar ase sunt ntlnii frecveni n plantele

superioare.

In ultimii ani, interesul tiinific pentru mbuntirea tehnicilor de separare i

identificare a antocianilor din surse vegetale a crescut semnificativ, datorit potenialelor

utilizri ca i colorani naturali, n special n industria alimentar, unde reprezint o

alternativ netoxic a coloranilor sintetici. Pe lng proprietile lor tinctoriale,

antocianii prezint o activitate biologic semnificativ, avnd, n special, remarcabile

proprieti antioxidante, ce joac un rol vital n prevenirea bolilor neuronale,

cardiovasculare, a unor anumite tipuri de cancer, a diabetului [Lule & Xia, 2005;

Konczak & Zhang, 2004; Kong, Chia, Goh, Chia & Brouillard, 2003].

Din punct de vedere structural, antocianii reprezint una dintre cele dousprezece

clase principale de flavonoide.

Antocianii sunt glicozide ale antocianidinelor, agliconi la baza crora se afl

cationul flaviliu, format dintr-un nucleu benzopirilic i un inel fenolic [Konczak &

Zhang, 2004]. Toate antocianidinele conin grupri hidroxilice: de regul n poziile 3, 5,

7 pe nucleul benzopirilic, respectiv n poziiile 3, 4, 5 pe cel fenolic (fig. 1).


31

O

R5R6

R7

R1R2

R4

R3

A C

B1

2

3

4105

6

78

91'

2'3'

4'

5'6'

Figura 1: Structura general a antocianilor

Pn n prezent au fost identificate n jur de 30 de antocianidine diferite [Kong,

Chia, Goh, Chia & Brouillard, 2003].

Aproximativ 90% din numrul total de antociani conin ca i aglicon una dintre

cele ase cele mai rspndite antocianidine, a cror denumiri provin de la speciile

vegetale n care agliconii respectivi s-au izolat i identificat pentru prima dat:

pelargonidina, cianidina, delfinidina, peonidina, petunidina i malvidina, a cror structur

difer doar prin poziia gruprilor hidroxil i metoxi pe nucleul flavanic (fig. 1) [Clifford,

2000].

Dintre cele ase antocianidine majoritare n plantele superioare, cianidina este de

departe cea mai rspndit, cele mai rar ntlnite fiind malvidina i petunidina [Kong,

Chia, Goh, Chia & Brouillard, 2003].

Marea majoritate a antocianilor sunt mono-, di- sau triglicozide ale gruprii

hidroxil din poziia 3 a antocianidinelor.

Dintre fructele cultivate, cea mai important surs de antociani o reprezint

strugurii, aparinnd genului Vitis, speciei Vitis vinifera, din familia Vitaceae. Alte familii

de plante a cror fructe sunt bogate n antociani aparin genului Fragraria (cpuni) i

Rubus (zmeur), Vaccinium (afine, merioare) i Ribes (coacze negre).

Antocianii izolai prezint o instabilitate ridicat, fiind foarte susceptibili la

procese de degradare. Literatura de specialitate din ultimii ani prezint numeroase studii

dedicate influenilor diverilor factori asupra degradrii antocianilor, att n extracte

naturale ct i n sisteme model [Hernandez-Herrero & Frutos, 2011; Kirka, zkan &

Cemerolu, 2007; Pliszka, Huszcza-Ciokowska, Mieleszko & Czaplicki, 2009].

Principalii factori care afecteaz stabilitatea antocianilor sunt: structura chimic,

concentraia, temperatura, pH-ul, lumina, prezena oxigenului, natura solventului,

prezena unor enzime, flavonoide, proteine sau ioni metalici [Iacobucci & Sweeny, 1983;

Francis, 1989; .Cabrita, 1999].


32

CONTRIBUTII ORIGINALE

Obiectivul prezentului studiu a fost investigarea stabilitii antocianilor izolai din

diverse fructe indigene, n diferite condiii de pH i temperatur, n timpul procesrii i

stocrii, n scopul determinrii condiiilor de utilizare a acestora ca i colorani alimentari.

Investigarea stabilitii antocianilor din diverse fructe indigene

Prezentul studiu se bazeaz pe investigarea extractelor naturale din fructe

proaspete sau congelate bogate n antociani i anume: viine, coarne, clin, precum i a

extractelor obinute din amestecuri de fructe uscate, aflate n proporii variabile (ceaiuri

de fructe).

Metodele de evaluare cantitativ a antocianilor pot aborda trei ci majore, n

funcie de complexitatea matricei n care se gsesc acetia. Au fost dezvoltate n acest

scop metode spectrale specifice pentru probe ce conin n cantitate mic sau nu conin

deloc compui de interferen, metode pentru probe cu compui de interferen aflai n

cantiti semnificative, respectiv metode de cuantificare individual a compuilor

antocianici din prob. Avnd n vedere faptul c extractele naturale sunt probe complexe,

ce conin numeroi compui cu structur asemntoare, care pot absorbi n acelai

interval de lungimi de und (480-550 nm), metoda cea mai adecvat pentru determinarea

cantitativ a antocianilor din aceste extracte este metoda pH-ului diferenial [Giusti &

Wrolstad, 2001]. Aceast metod implic msurarea absorbanei la dou valori diferite

ale pH-ului i se bazeaz pe transformrile structurale ale cromoforului antocianic n

funcie de acesta (schema 1).

O+HO

OGlu

R2

OHR1

OGlu

OHO

OGlu

R2

OHR1

OGlu

OH

H2O, - H+

pH = 1 pH = 4,5 Schema 1: Forme structurale ale antocianilor la pH = 1, respectiv pH = 4.5


33

Culoarea antocianilor monomerici se modific reversibil de la rou intens (la pH =

1) la incolor (la pH = 4.5). Msurarea absorbanei la max a extractelor la cele dou valori

de pH menionate, permite anularea interferenelor altor compui care pot absorbi la

aceeai lungime de und. Antocianinele cu structur polimeric nu prezint transformri

reversibile la variaii ale pH-ului, astfel nct nu vor influena valorile absorbanelor

obinute. Metoda implic de asemenea determinarea valorii absorbanelor la 700 nm,

pentru a anula efectul turbiditii asupra msurtorilor. Diferena dintre valorile

absorbanelor nregistrate la vis-max pentru cele dou valori ale pH-ului se datoreaz

exclusiv pigmenilor antocianici monomerici prezeni n proba analizat.

Antocianii prezint dou benzi distincte n spectrul UV-VIS: una n regiunea UV,

la lungimi de und ntre 260 i 280 nm iar cealalt n regiunea vizibil, la valori cuprinse

ntre 490 550 nm (figura 2). Alura spectrului furnizeaz de asemenea informaii n ceea

ce privete numrul i poziia substituenilor glicozidici.

Figura 2. Spectrul UV-VIS al antocianilor n soluii tampon la pH = 1 i pH = 4,5

Coninutul total de pigmeni antocianici monomerici din prob se calculeaz

utiliznd formula:

lFMA

TA

1000 (1)

unde: TA = coninut total de antociani n prob (mg/L) A = absorbana calculat conform relaiei :

A = (Avis-max-A700)pH=1 - (Avis-max-A700)pH=4,5 (2)

M = masa molecular a compusului antocianic majoritar din prob F = factorul de diluie = coeficientul molar de extincie (l.mol-1.cm-1) l = lungimea cuvei (= 1 cm)


34

Stabilitatea antocianilor extrai din fructe de viin

Viinele, fructe globuloase, de culoare roie-purpurie, cu nuane spre negru, cu

gust acru-dulce, sunt fructele viinului (Prunus cerasus L.), arbore fructifer din familia

Rosaceae, originar din Europa i Asia de sud-vest. Viinele conin zaharuri, taninuri,

proteine, pectine, acizi organici, sruri minerale, flavonoizi i vitamine. Prezint efecte

terapeutice diverse, contribuind la ntrzierea procesului de mbtrnire, n special datorit

coninutului ridicat de substane cu proprieti antioxidante. De asemenea, joac un rol

important n ameliorarea sau chiar vindecarea bolilor renale, hepatice, cardiovasculare, a

diabetului, precum i n atenuarea stresului psihic i anemiei.

Figura 3: Flori i fructe de viin (Prunus cerasus L.)

Stabilitatea la stocare a antocianilor monomerici din viine a fost investigat n

extract apos, respectiv alcoolic, la temperatura camerei (25C), la o valoare a pH-ului de

1.9 [Moldovan, David, Donca & Chibora, 2011]. Reprezentarea grafic a coninutului

total de antociani extrai din viine n funcie de timp ilustreaz o dependen liniar, fapt

ce demonstreaz c degradarea antocianilor decurge dup o cinetic de ordinul 1.

Rezultatele obinute sunt n concordan cu datele din literatur, care indic faptul c

degradarea antocianilor obinui din diverse surse urmeaz acest tip de cinetic [Kirka,

zkan & Cemerolu, 2007; Wang & Xu, 2007]. Cu toate c stabilirea tipului de cinetic

al procesului de degradare al pigmenilor antocianici este relativ puin important din

punct de vedere practic, determinarea parametrilor cinetici corespunztori acestei reacii

este definitorie pentru utilizrile acestor compui n industria alimentar. Valorile acestor

parametri cinetici (constanta de vitez i timpul de njumtire) s-au determinat conform

urmtoarelor ecuaii:

ln[TA] = ln[TA0] kt (3)


35

kt

693.02/1 (4)

n care: [TA] = coninut total de antociani (mg/l) la timpul t [TA0] = coninut total de antociani (mg/l) la momentul iniial

k = constanta de vitez(h-1) t = timp de reacie(h) t1/2 = timp de njumtire(h)

Variaia concentraiei de antociani n funcie de timp, pentru extractul apos,

respectiv alcoolic, este reprezentat grafic n figura 4. Din panta dreptei obinute s-a

determinat valoarea constantei de vitez, respectiv a timpului de njumtire n cazul

ambelor extracte investigate, valorile obinute fiind sumarizate n tabelul 2.

Figura 4: Degradarea antocianilor din viine n extract apos, respectiv alcoolic, la stocare la 25C

Tabelul 2: Parametri cinetici ai degradrii antocianilor din viine

Solvent k (h-1) t1/2 (h) Coeficient de corelare (R2)

Ap 2.8x10-3 247.5 0.9879 Etanol 7.2x10-3 96.25 0.9927

Compararea valorilor obinute indic o influen semnificativ a solventului de

stocare asupra stabilitii antocianilor investigai. In cazul utilizrii etanolului ca i

solvent, procesul de degradare este considerabil accelerat comparativ cu cazul utilizrii

apei ca solvent de extracie i stocare, avnd loc cu o vitez de 2.6 ori mai mare. Datele

de literatur indic o valoare de 38 de zile a timpului de njumtire pentru degradarea

antocianilor din sucul concentrat de viine pstrat la 20C [Cemerolu, Veliolu & Iik,

-1-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.1

00.1

0 50 100 150 200

Timp (h)

ln [TA]/[TAo]

etanolapa


36

1994]. In comparaie cu acesta, extractele antocianice, att n mediu apos ct i alcoolic,

prezint o stabilitate sensibil mai redus (t1/2 ap = ~ 10 zile; t1/2 alcool = ~ 4 zile), fapt ce

sugereaz c stocarea antocianilor din viine este recomandabil a se realiza sub form de

suc concentrat de fructe.

Cu toate c viinele reprezint o surs considerabil de antociani, aceste fructe,

consumate n stare proaspt, prezint o valoare nutriional i economic ridicat, fapt ce

nu le recomand pentru utilizarea ca materie prim n vederea extragerii antocianilor. Din

acest motiv, am considerat indicat investigarea unor alte fructe, mai puin consumate ca

atare, ca poteniale surse de compui antocianici utilizabili n industria alimentar.

Polifenoli extrai din fructe de clin

Clinul (Viburnum opulus L.), cunoscut i sub numele de Bulgre de zpad, este

un arbust din familia Adoxaceae, cultivat n special ca i plant ornamental, larg

rspndit n estul Europei, Turcia, Asia de Nord i Africa de Nord. Este unul dintre

simbolurile naionale ale Ukrainei. Arbustul de clin are fructe sub form de drupe

globuloase de culoare rou-aprins, care se coc n lunile august-septembrie. Important din

punct de vedere practic este faptul c fructele pot fi culese i n timpul iernii, datorit

rezistenei lor ridicate la temperaturi sczute.

Figura 5: Flori i fructe de clin (Viburnum opulus L.)

Fructele sunt comestibile, dar, datorit faptului c sunt amare i puternic

astringente, sunt puin consumate ca atare [Jordheim, Giske & Andersen, 2007]. Cel mai

cunoscut produs alimentar obinut din fructe de clin este sucul; fructele se pot utiliza i

sub form de gem, marmelad, jeleu sau pentru obinerea unei buturi alcoolice. Fructele

sunt de asemenea bine cunoscute pentru proprietile lor biologice, fiind utilizate n

medicina popular pentru tratarea crampelor stomacale, durerilor menstruale i renale, a


37

hipertensiunii arteriale, bolilor cardiace, rcelii i tusei [Altun, Citolu, Yilmaz & zbek,

2009; Dennehy, 2006; Veliolu, Ekici & Poyrazoglu, 2006].

Extractul de antociani obinut din fructe de clin a fost utilizat cu succes pentru

sinteza unor noi biomateriale hibride bazate pe nanoparticule metalice (Au i Ag) cu

aplicaii remarcabile n terapia proceselor inflamatorii cutanate [Crisan, David,

Moldovan, et al., 2013].

In vederea utilizrii antocianilor extrai din fructele de clin ca i colorani

alimentari, s-au investigat modificrile calitative intervenite pe parcursul procesrii i

stocrii extractelor obinute din aceste fructe. Acest demers este motivat i de faptul c

literatura de specialitate nu prezint date referitoare la cinetica procesului de degradare a

antocianilor izolai din fructe de clin. Scopul acestui studiu a fost determinarea

stabilitii termice, respectiv a stabilitii la stocare a acestor compui, n diferite condiii.

Astfel, a fost investigat influena solventului de stocare, a pH-ului i temperaturii asupra

degradrii antocianilor. Cunoaterea aprofundat a cineticii acestui proces este esenial

pentru prezicerea modificrilor ce pot apare att n timpul depozitrii n diferite condiii

ct i n timpul procesrii termice a produselor alimentare ce conin aceti pigmeni

naturali. Condiiile investigate au fost alese astfel nct s asigure o compatibilitate

ridicat cu stocarea, respectiv metodele de procesare aplicate n industria alimentar.

Izolarea antocianilor din fructe s-a realizat prin extracia acestora n solvent (ap

sau etanol 96%) acidulat cu 0.1% acid clorhidric.

Coninutul total de antociani monomerici din fructele de Viburnum opulus L. a

fost determinat cu ajutorul metodei pH-ului diferenial, valoarea obinut fiind de 0.356

0.014 g/kg fruct congelat, exprimat n echivaleni de cianidin-3-glucozid.

Degradarea termic a extractelor apoase i alcoolice, a fost investigat n diferite

condiii de temperatur (2C, 37C respectiv 75C) i pH (pH = 3 i pH = 7). Tabelul 3

prezint variaia concentraiei de antociani, n funcie de timp, n condiiile termice i de

pH investigate, n cazul stocrii antocianilor extrai n ap.

Tabelul 3 : Coninut total de antociani monomerici n extract apos

Coninut total de antociani monomerici (mg/l) Timp (ore)

pH = 7 t = 37C

pH = 3 t = 37C

pH = 7 t = 2C

pH = 3 t = 2C

pH = 7 t = 75C

pH = 3 t = 75C

0 42.72 42.72 42.72 42.72 42.72 42.72 2 nd nd nd nd 29.74 42.18


38

4 nd nd nd nd 12.62 38.16 6 nd nd nd nd 3.81 34.51

12 nd nd nd nd 1.21 25.23 24 19.39 30.05 38.39 41.53 nd 12.96 36 nd nd nd nd nd nd 48 11.45 27.53 34.52 40.95 nd 5.59 72 5.36 25.21 33.02 40.66 nd 1.49 97 2.08 20.20 29.60 40.30 nd nd 122 1.20 19.44 29.21 40.13 nd nd 145 nd 16.05 28.45 38.78 nd nd 167 nd 12.75 25.33 38.23 nd nd

Coninutul total de antociani din extractul apos obinut din fructe de Viburnum

opulus L., a fost reprezentat grafic n funcie de timp. Regresia liniar a concentraiei de

pigmeni antocianici n timpul stocrii confirm faptul c degradarea acestora decurge

dup o cinetic de ordinul nti (vezi figura 6). Rezultatele obinute sunt n concordan

cu datele de literatur [Kirka, zkan & Cemerolu, 2007; Wang & Xu, 2007;

Moldovan, David, Donca, Chibora, 2011] care indic faptul c degradarea

antocianilor din diferite surse este descris de acest tip de cinetic.

Figura 6: Degradarea antocianilor din extract apos de clin, n timpul stocrii n condiii diferite

de temperatur i pH

Pentru reaciile de ordinul nti, legea de vitez poate fi exprimat cu ajutorul

relaiilor (3) i (4) (pag. 25). Valorile parametrilor cinetici ai reaciei de degradare a

antocianilor din extractul apos de fructe de clin, au fost calculai prin aplicarea acestor

relaii i sunt prezentai n tabelul 6.

-4.4

-3.9

-3.4

-2.9

-2.4

-1.9

-1.4

-0.9

-0.4

0.10 50 100 150 200

Timp (h)

Ln[TA]/[TAo]

pH 7-37 grdpH 3-37 grdpH 7-2 grdpH 3-2 grdpH 7-75 grdpH 3-75 grd


39

Tabelul 4: Parametri cinetici ai degradrii antocianilor din fructe de clin n extract apos

pH Temp. (C)

k x103 (h-1)

t1/2 (h)

Coeficient de corelare R2

3 2 0.6 1155 0.9503 3 37 6.4 108.28 0.9740 3 75 46.1 15.03 0.9971 7 2 2.8 247.5 0.9680 7 37 30.5 22.72 0.9944 7 75 348.8 1.98 0.9762

Valorile constantelor de vitez i a timpilor de njumtire prezentate n tabelul 4

indic o influen semnificativ a pH-ului soluiei de stocare asupra stabilitii

antocianilor, fapt corelat cu dependena structurii acestor compui de valoarea pH-ului. In

concordan cu datele altor studii de literatur ce investigheaz influena pH-ului asupra

stabilitii antocianilor [Kirka, zkan & Cemerolu, 2007], s-a observat c mediul acid

determin creterea stabilitii acestor compui n extractul apos obinut din fructe de

Viburnum opulus L., fapt indicat de valori mai ridicate ale timpilor de njumtire (de

exemplu, la t =2C, valorile timpilor de njumtire la pH = 3 i pH = 7 sunt de t1/2 =

1155 h i respectiv t1/2 = 247.5 h). Comparnd valorile acestor parametri, se poate

concluziona c, la temperaturi sczute, antocianii din clin, stocai n extract apos, sunt de

4.7 ori mai stabili la valori sczute ale pH-ului dect n mediu neutru. Cea mai mare

stabilitate a fost observat la pH = 3, indiferent de temperatura de pstrare a extractului.

La temperaturi ridicate (75C), influena pH-ului asupra procesului de degradare al

antocianilor devine i mai important, stabilitatea acestor pigmeni la pH = 3 fiind de 7.6

ori mai mare dect la pH = 7.

Pe lng investigarea efectului pH-ului, a fost de asemenea evaluat i stabilitatea

termic a extractelor. Dup cum era de ateptat, procesul degradativ se intensific odat

cu creterea temperaturii. Indiferent de valoarea pH-ului soluiei, stocarea la temperaturi

relativ sczute (2C i 37C) a condus la o degradare a antocianilor din extractul apos de

aproximativ 10.8 ori mai rapid la 37C comparativ cu viteza aceluiai proces la

temperatura de 2C. Efectul temperaturii asupra stabilitii pigmenilor a fost mai

accentuat la stocarea acestora n soluie apoas de pH = 7, procesul de degradare

decurgnd de 125 de ori mai rapid la 75C dect la 2C (raportul vitezelor aceluiai proces

la valori sczute de pH fiind 76.8).


40

Degradarea antocianilor monomerici din fructele de clin n extract etanolic a fost

investigat n aceleai condiii de pH i temperatur. Scderea coninutului total de

antociani n timp este redat n tabelul 5.

Tabelul 5 : Coninut total de antociani monomerici n extract etanolic

Coninut total de antociani monomerici (mg/l) Timp (ore)

pH = 7 t = 37C

pH = 3 t = 37C

pH = 7 t = 2C

pH = 3 t = 2C

pH = 7 t = 75C

pH = 3 t = 75C

0 58.14 58.14 58.14 58.14 58.14 58.14 2 nd nd nd nd 43.60 57.40 4 nd nd nd nd 27.23 54.40 6 nd nd nd nd 16.56 45.72

12 39.54 nd nd nd 7.62 32.47 14 nd nd nd nd 3.54 nd 24 24.62 37.79 54.07 54.12 nd 17.13 36 13.36 nd nd nd nd nd 48 10.46 29.07 46.55 55 nd 6.31 72 3.48 25.58 45.02 53.48 nd nd 97 1.1 20.19 42.99 50.87 nd nd 122 nd 11.04 41.49 50.11 nd nd 145 nd 6.97 39.98 47.65 nd nd 167 nd nd nd 45.68 nd nd

Reprezentarea grafic a ln [TA]/[TAo] n funcie de timpul de stocare a extractului

etanolic a condus la concluzia c i n acest caz procesul de degradare a antocianilor

decurge dup o cinetic de ordinul nti (vezi figura 7).

Figura 7: Degradarea antocianilor din extract alcoolic de clin, n timpul stocrii n condiii

diferite de temperatur i pH

Calculul parametrilor cinetici ai procesului de degradare a pigmenilor obinui

din fructe de clin, la stocarea n etanol, a condus la valorile prezentate n tabelul 6.

-4.9

-4.4

-3.9

-3.4

-2.9

-2.4

-1.9

-1.4

-0.9

-0.4

0.10 50 100 150 200

Timp (h)

Ln[TA]/[TAo]

pH 7-37 grdpH 3-37 grdpH 7-2 grdpH 3-2 grdpH 7-75 grdpH 3-75 grd


41

Tabelul 6: Parametri cinetici ai degradrii antocianilor din fructe de clin

n extract etanolic

pH Temp. (C)

k x103 (h-1)

t1/2 (h)

Coeficient de corelare R2

3 2 1.3 533.07 0.9575 3 37 13.6 50.95 0.9602 3 75 53.9 12.86 0.9948 7 2 2.5 277.2 0.9298 7 37 38.5 18.0 0.9867 7 75 189.3 3.66 0.9824

Dup cum s-a observat i n cazul extractului apos, antocianii din fructele de clin

prezint dou profile distincte de stabilitate: la valori ridicate ale pH-ului, respectiv la

valori sczute ale acestuia. Valorile ridicate ale pH-ului au ca rezultat scderea stabilitii

antocianilor n extract etanolic, valoarea timpului de njumtire fiind influenat de

temperatur. La 2C t1/2 pH=3 / t1/2 pH=7 = 1.9, n timp ce acelai raport, la 37C, are valoarea

de 2.8 iar la 75C de 3.5, fapt ce indic o influen mai mare a pH-ului asupra stabilitii

antocianilor din clin, la temperaturi ridicate.

Temperatura de stocare prezint o influen semnificativ asupra vitezei de

degradare a antocianilor n extract alcoolic. Pstrarea acestor extracte la 37C a condus la

o degradare mai rapid dect n cazul stocrii lor la 2C, raportul valorilor timpilor de

njumtire depinznd de valoarea pH-ului soluiei. La pH = 3, t1/2 2C / t1/2 37C = 10.5 n

timp ce la pH = 7, valoarea acestui raport este egal cu 15.4. Creterea temperaturii de

stocare la 75C, a condus la o degradare accelerat a antocianilor (la pH = 3, t1/2 2C / t1/2

75C = 41.4, n timp ce la pH=7 valoarea acestui raport este 75.7).

Conform datelor sumarizate n tabelul 5 i tabelul 6, la pH = 7, valorile

determinate pentru constantele de vitez i timpii de njumtire corespunztoare

procesului de degradare n etanol la 2C i 37C sunt similare cu cele obinute n aceleai

condiii pentru degradarea n extractele apoase, astfel c influena solventului de stocare

n aceste condiii este mai puin semnificativ. Spre deosebire de aceast situaie, la

temperaturi ridicate (75C) solventul manifest o importan crescut asupra stabilitii

extractelor de antociani din clin, viteza de degradare fiind de 1.8 ori mai mare n ap

dect n etanol. La valori sczute ale pH-ului i temperaturii, degradarea antocianilor

prezeni n extractul alcoolic decurge cu o vitez de 2 ori mai mare dect cea determinat


42

n cazul extractelor apoase. La 75C i pH = 3, s-a observat o degradare puin mai

accentuat n extract etanolic comparativ cu cel apos, astfel c putem concluziona c, n

medii acide i la temperaturi ridicate, influena solventului de stocare asupra stabilitii

antocianilor monomerici din Viburnum opulus L., este mai puin important.

Pentru a determina efectul temperaturii asupra cineticii procesului de degradare,

valorile constantelor de vitez obinute din ecuaia (3) au fost introduse ntr-o ecuaie de

tip Arrhenius:

k = Koe-Ea/RT (5)

n care: Ea = energia de activare (kJ/mol)

Ko = factor de frecven (h-1) R = constanta universal a gazelor (8.314 J/mol.K) T = temperatura (K) Reprezentarea grafic a valorilor constantelor de vitez corespunztoare

degradrii antocianilor n cazul fiecrui extract sunt este redat n figura 8.

Figura 8: Reprezentarea grafic a constantelor de vitez ale reaciei de degradare ale

antocianilor din clin n funcie de temperatur

Valorile energiilor de activare obinute sunt prezentate n tabelul 7. Energii de

activare ridicate se traduc printr-o susceptibilitate mrit la degradare a antocianilor din

extractele investigate la expunere la temperaturi ridicate. Influena cea mai puternic a

temperaturii asupra acestui proces degradativ (cea mai ridicat valoarea a energiei de

activare) a fost observat pentru antocianii pstrai n ap la pH = 7, n timp ce valoarea

cea mai mic a Ea (corespunztoare unei susceptibiliti mai reduse la degradarea

termic) s-a determinat n cazul antocianilor stocai n soluie etanolic, la pH = 3.

Influena combinat a pH-ului i a naturii solventului asupra stabilitii antocianilor

extrai din fructe de Viburnum opulus L. pare a fi mai important n cazul stocrii

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0.0028 0.003 0.0032 0.0034 0.0036 0.00381/T (1/K)

- Ln k

pH 7 EtOHpH 3 EtOHpH 7 HOHpH 3 HOH


43

acestora n ap la pH = 3, respectiv n etanol/ap la pH = 7 (caz n care energiile de

activare au valori practic identice).

Tabelul 7: Efectul temperaturii asupra degradrii antocianilor din fructele de clin

pH Solvent Ea (kJ/mol)

R2 Ko (h-1) Q10

2-37C 37-75C 3

Ap 47.39 0.9886 5.94x105 1.018 1.681

7 52.47 0.9975 2.43x107 1.978 1.898

3 Etanol/Ap

40.79 0.9890 8.08x104 1.956 1.436

7 47.34 0.9999 2.84x106 2.184 1.52

Dependena de temperatur a constantelor de vitez ale reaciei de degradare a

fost de asemenea evaluat prin calcularea coeficientului de temperatur Q10, conform

ecuaiei:

)12/(10

1

210

TT

k

kQ

(6)

n care: Q10 = coeficient de temperatur (K-1) k1, k2 = constante de vitez (h-1) la temperatura T1, respectiv T2 (K)

Valori aproximativ egale ale coeficientului de temperatur Q10 au fost obinute

pentru procesul de degradare a antocianilor n ap la pH = 7, demonstrnd faptul c

influena creterii temperaturii asupra stabilitii antocianilor este aceeai n cazul

ambelor intervale de temperatur studiate (2-37C respectiv 37-75C). Cel mai sczut

coeficient de temperatur (1.018 K-1 pe intervalul 2-37C) a fost obinut n cazul

pigmenilor din extract apos la pH = 3, indicnd faptul c temperaturi de pstrare sczute

i mediu acid sunt necesare pentru a inhiba procesele de degradare ale antocianilor din

extractele de fructe de clin.

Pe lng posibila utilizare a fructelor de clin ca i surs alternativ de pigmeni

naturali, acestea sunt cunoscute i ca o surs remarcabil de compui cu activitate

antioxidant [Rop et al., 2010].

In vederea determinrii coninutului total de polifenoli din extractul etanolic

obinut din fructe de clin, s-a folosit metoda Folin-Cioclteu [Singleton, Orthifer &


44

Lamuela-Raventos, 1999], cea mai popular dintre metodele bazate pe reacii cu transfer

de electron.

Determinarea coninutului total de polifenoli se realizeaz spectrofotometric, prin

msurarea absorbanei la lungimea de und de 765 nm. Rezultatele sunt exprimate n

echivaleni grame de acid galic (GAE)/l extract, cu ajutorul unei curbe de etalonare.

Msurtorile relev un coninut ridicat de polifenoli n fructele de clin, cantitatea

determinat fiind de 4.22 g echivaleni acid galic / kg fruct. Aceast valoare a fost mai

mare dect cea determinat de Akbulut i colaboratorii care au obinut 3.25 g echivaleni

acid galic/kg [Akbulut, Causir, Marakoglu & Coklar, 2008].

Variaia nivelului de compui fenolici din extractul etanolic obinut din fructe de

clin a fost urmrit n timpul stocrii acestuia la 4C, timp de opt zile; rezultatele

obinute sunt redate n figura 9.

Figura 9: Variaia coninutului total de fenoli din extractul etanolic de fructe de clin

Scderea brusc a coninutului de fenoli din extract n primele 51 de ore de

stocare (cu 32.2%) este urmat de o uoar cretere a cantitii acestora n urmtoarele 48

de ore, dup acest interval nregistrndu-se o stabilizare a valorii pn la finele perioadei

investigate.

In paralel cu investigarea variaiei coninutului total de fenoli n timpul stocrii, la

temperatur sczut, a extractului etanolic obinut din fructe de clin, s-a studiat i

variaia activitii antioxidante a acestui extract n aceleai condiii.

Coninutul ridicat de polifenoli din fructele de clin a fost factorul determinant

pentru investigarea activitii antioxidante a extractului obinut din acestea. Metoda

utilizat pentru msurarea capacitii antioxidante a fost testul ABTS, metod bazat pe

2.52.72.93.13.33.53.73.94.14.34.5

0 50 100 150 200

g GAE/kg fruct

Timp (h)


45

reacii cu transfer de electron i frecvent utilizat n cercetrile din domeniul industriei

alimentare.

Capacitatea de captare a radicalilor liberi a extractului etanolic obinut din fructe

de clin a fost evaluat prin msurarea absorbanei probei tratate cu ABTS+ la 734 nm.

Capacitatea antioxidant a fost determinat utiliznd formula (7):

A = A0 A1 (7)

unde: A = absorbana rezultat A0 = absorbana soluiei de ABTS+ A1 = absorbana amestecului coninnd prob i ABTS+

Valorile de absorban obinute au fost convertite n echivaleni de acid ascorbic

(AAE) cu ajutorul unei curbe de calibrare.

Valoarea capacitii antioxidante a fructelor de clin a fost determinat ca fiind

7.05 g AAE/kg fruct congelat. Datele obinute sunt n concordan cu cele raportate n

literatura de specialitate [Rop & al., 2010], care menioneaz valori cuprinse ntre 9.1 i

11.0 g AAE/kg fruct de clin, n funcie de varietatea investigat. Un interes deosebit a

fost acordat determinrii variaiei activitii antioxidante n extractul etanolic obinut din

fructele de clin n timpul stocrii la 4C (figura 10).

Figura 10: Variaia n timp a activitii antioxidante a extractului alcoolic obinut din fructe de

clin

Dup primele 24 de ore de stocare, s-a observat o scdere cu 16% a activitii

antioxidante, tendin care nu s-a meninut pe parcursul urmtoarelor 24 de ore, interval

n care s-a nregistrat o cretere de 22% a capacitii de reinere a radicalilor liberi. Acest

model al variaiei activitii antioxidante (descretere-cretere) a fost nregistrat n

timpul ntregii perioade de stocare. Creterea activitii antioxidante n timpul stocrii a

5

5.5

6

6.5

7

7.5

0 50 100 150 200 250

g AAE/kg fruct

Timp (h)


46

fost observat i pentru extracte obinute din alte fructe (cum ar fi strugurii [Pinelo,

Manzocco, Nunez & Nicoli, 2004]).

Privit pe ansamblu, pe toat perioada de stocare investigat, capacitatea

antioxidant a polifenolilor din fructele de clin prezint o uoar tendin descresctoare

n primele trei zile, valoarea acesteia putnd fi considerat mai degrab constant la

stocarea la 4C dup un interval de timp egal cu 72 de ore.

Antociani extrai din fructe de corn

Cornul este un arbust din familia Cornaceae (Cornus mas L.), specific climei

temperate din Europa i unele zone ale Asiei. La noi n ar este frecvent n toate

regiunile din zona pdurilor de stejar pn n etajul fagului. Fructul este cornos, drup

elipsoidal, lucios, de culoare roie ce prezint un gust acrior i astringent, bogat n

vitamina C [Tural & Koca, 2008].

Figura 11: Flori i fructe de corn (Cornus mas L.)

Extractul bogat n antociani obinut din fructe de corn poate fi folosit ca i

colorant alimentar natural. Literatura de specialitate nu prezint nici un studiu referitor la

susceptibilitatea la degradare a antocianilor extrai din fructele de corn, determinarea

parametrilor cinetici ai reaciilor de degradare a acestor compui prezentnd un interes

deosebit n vederea utilizrii lor n industria alimentar.

Variaia concentraiei antocianilor n funcie de timp, la stocarea extractelor

apoase la temperatur sczut (frigider, 2C), este reprezentat grafic n figura 12.

Valorile parametrilor cinetici ai procesului de degradare a antocianilor din

extractul apos de fructe de corn, stocat la 2C (tabelul 8), ilustreaz stabilitatea ridicat a

acestor compui, prezentnd un timp de njumtire de ~ 58 zile, superior celui


47

determinat pentru procesul de degradare al antocianilor din extractul apos obinut din

fructe de clin (~ 48 zile) [Moldovan, David, Chibora & Cimpoiu, 2012].

Figura 12: Variaia concentraiei antocianilor din extract apos de fructe de corn la stocarea la

2C

Adugarea conservanilor alimentari are ca efect scderea stabilitii coloranilor

antocianici, efect mai pronunat n cazul utilizrii sorbatului de sodiu, caz n care timpul

de njumtire determinat a fost de 1.4 ori mai mic dect la stocarea extractului fr

adaos (t1/2 = 41 zile). Benzoatul de sodiu prezint un efect destabilizator mai puin

pronunat, timpul de njumtire calculat n acest caz fiind de doar 1.2 ori mai mic dect

n cazul extractului care nu conine aditivi (t1/2 = 48 zile).

Tabelul 8: Parametri cinetici ai degradrii antocianilor din fructele de corn n diferite condiii

Prob Temp. (oC) k.10-3 (h-1) t1/2 (h) R2 Fr adaos 2 0.5 1386 0.9568

Cu adaos de benzoat (0.1%)

2 0.6 1155 0.969

Cu adaos de sorbat (0.1%)

2 0.7 990 0.9893

Fr adaos 25 0.9 770 0.9474 Cu adaos de benzoat

(0.1%) 25 0.9 770 0.9684


25 1.1 630 0.9629

Cu adaos de vitamina C (0.1%)

25 7.7 90 0.9039

Fr adaos 75 82.8 8.3 0.9923 Cu adaos de benzoat

(0.1%) 75 79.1 8.7 0.9911


75 77.6 8.9 0.9917

Cu adaos de vitamina C (0.1%)

75 125.3 5.5 0.9982

-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

00 100 200 300 400

lnC/C0

Timp (h)

sorbat 2grd

fara adaos 2 grd

benzoat 2grd


48

Compararea valorii concentraiilor antocianilor din extractele apoase pstrate la

25C a artat c stabilitatea acestor pigmeni a fost puternic influenat de tipul aditivului

utilizat (figura 13).

Astfel, spre deosebire de stocarea la frigider, unde conservanii utilizai (att

benzoatul, ct i sorbatul de sodiu) au accelerat procesul de degradare al antocianilor, la

stocarea la temperatura camerei, benzoatul de sodiu nu influeneaz acest proces,

parametri cinetici determinai pentru reaciile de degradare ce au loc n prezena acestui

compus fiind egali cu cea obinui pentru degradarea n lipsa oricrui adaos. Influena

sorbatului de sodiu a fost mai sczut dect n cazul stocrii la temperatur joas,

constanta de vitez n acest caz fiind de doar 1.2 ori mai mare dect n cazul extractului n

care nu s-au adugat aditivi.

Figura 13. Degradarea antocianilor n extract apos din fructe de corn, n timpul stocrii la 25C

Stabilitatea termic a extractelor a fost evaluat i la temperatur ridicat (75C).

Dup cum era de ateptat, procesul degradativ se intensific odat cu creterea

temperaturii (figura 14). Indiferent de conservantul utilizat, stocarea la temperaturi relativ

sczute (2C i 25C) a condus la o degradare a antocianilor din extractul apos de

aproximativ 1.5 ori mai rapid la 25C comparativ cu viteza aceluiai proces la

temperatura de 2C. Creterea temperaturii de stocare la 75C, a condus la o degradare

accelerat a antocianilor (n prezena benzoatului de sodiu, t1/2 2C / t1/2 75C = 132.7, n

timp ce n cazul utilizrii sorbatului de sodiu, valoarea acestui raport este 111.2), n timp

ce degradarea antocianilor n lipsa oricrui adaos a fost de 167 de ori mai rapid la 75C

dect la 2C. Spre deosebire de stocarea la temperaturi sczute, adaosul conservanilor n

cazul stocrii la 75C a avut ca efect o uoar stabilizare a pigmenilor antocianici. In

comparaie cu acetia, acidul ascorbic a prezentat acelai efect destabilizator, procesul

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

00 100 200 300 400

lnC/C0

Timp (h)

fara adaos 20grd

benzoat 20grd

sorbat 20grd

Vit.C 20grd


49

degradativ decurgnd cu o vitez de 1.5 ori mai mare dect n cazul antocianilor din

extractul fr aditivi.

Figura 14. Degradarea antocianilor n extract apos din fructe de corn, n timpul stocrii la 75C

Pentru a determina efectul temperaturii asupra cineticii procesului de degradare,

valorile constantelor de vitez obinute din ecuaia (3) au fost introduse ntr-o ecuaie de

tip Arrhenius.

Reprezentarea grafic a valorilor constantelor de vitez corespunztoare

degradrii antocianilor n cazul fiecrui extract este redat n figura 15.

Figura 15: Reprezentarea grafic a constantelor de vitez ale reaciei de degradare ale

antocianilor din coarne n funcie de temperatur

Valorile energiilor de activare obinute sunt prezentate n tabelul 9. Energii de

activare ridicate se traduc printr-o susceptibilitate mrit la degradare a antocianilor din

extractele investigate la expunere la temperaturi ridicate. Influena cea mai puternic a

temperaturii asupra acestui proces degradativ (cea mai ridicat valoarea a energiei de

activare) a fost observat pentru antocianii pstrai n soluie apoas fr adaos de aditivi,

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

00 10 20 30

lnC/C0

Timp (h)

fara adaos 75grd

benzoat 75grd

sorbat 75grd

Vit.C 75grd

2345678

0.0028 0.0033 0.0038

-lnk

1/T (1/K)

fara adaos

benzoat

sorbat


50

n timp ce valoarea cea mai mic a Ea (corespunztoare unei susceptibiliti mai reduse la

degradarea termic) s-a determinat n cazul antocianilor stocai n soluie apoas cu adaos

de sorbat.

Tabelul 9: Efectul temperaturii asupra degradrii antocianilor din fructele de corn

Extract Ea (kJ/mol)

R2 Ko (h-1) Q10

2-25C 25-75C Fr adaos 58.11 0.9304 3.46x107 1.290 2.47

Cu adaos de benzoat (0.1%)

55.82 0.9142 1.45x107 1.192 2.447


53.72 0.9209 7.06x106 1.216 2.342

Dependena de temperatur a constantelor de vitez ale reaciei de degradare a

fost de asemenea evaluat prin calcularea coeficientului de temperatur Q10.

Pentru fiecare dintre cele dou intervale de temperatur studiate, pentru procesul

de degradare a antocianilor din extractele investigate s-au obinut valori aproximativ

egale ale coeficientului de temperatur Q10, demonstrnd faptul c influena creterii

temperaturii asupra stabilitii antocianilor este aceeai n cazul ambelor intervale (2-25C

respectiv 25-75C), indiferent dac se adaug sau nu conservani. In acelai timp, valorile

coeficientului de temperatur indic faptul c influena creterii temperaturii asupra

procesului de degradare a antocianilor din extractele de coarne este de dou ori mai

accentuat pe intervalul 25-75C, comparativ cu intervalul 2-25C, demonstrnd

stabilitatea mai mare a acestor compui la temperaturi sczute.

Polifenoli extrai din fructe uscate (ceaiuri de fructe)

Alturi de ap, ceaiul este una din cele mai consumate buturi. Cu toate c cele

mai populare ceaiuri sunt cele produse din frunzele plantei Camelia sinensis L. (ceai

verde, negru, alb sau oolong) o larg utilizare o au i diferite tipuri de ceaiuri din plante i

fructe. Acest fapt se datoreaz att efectului lor terapeutic ct i aromei acestora precum

i lipsei cofeinei din aceste infuzii.

Infuziile de fructe uscate reprezint o surs important de antioxidani, cum ar fi:

polifenoli, vitamine (C i E) i carotenoide [Belak, Bukovac & Piljac-egarac, 2011].

Cu toate c ceaiul obinut din frunzele plantei de ceai este unul din cele mai studiate

Iuoras

rezumat romana final

Documents