Potere antiossidante totale

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1 Potere antiossidante totale Un elevato consumo di prodotti vegetali esercita un effetto protettivo nei confronti delle patologie associate al danno ossidativo. Tali dati hanno stimolato la ricerca ad individuare quali molecole hanno un maggiore potenziale antiossidante e la messa a punto di parametri per quantificare la capacità antiossidante e la qualità nutrizionale di vari prodotti. I principali approcci sperimentali permettono -la valutazione dei livelli delle singole molecole antiossidanti (es. vitamine, polifenoli, carotenoidi..) presenti nell alimento -la valutazione del potere antiossidante totale dell alimento La scelta delle metodiche per valutare il potere antiossidante totale di un alimento dipende dagli obiettivi che si desiderano raggiungere, dalla strumentazione che si ha a disposizione e dal budget economico. Come descritto in precedenza, le molecole con attività antiossidante sono molto numerose e possono essere di natura diversa (enzimi, polifenoli, carotenoidi, vitamine, ecc..) ; le più note e studiate come la vitamina C, la vitamina E, numerosi carotenoidi e polifenoli possono essere dosate singolarmente. Questo tipo di approccio fornisce una valutazione dei composti antiossidanti nel campione molto precisa. Tuttavia tale approccio sperimentale non fornisce una visione globale della capacità antiossidante del campione in esame e non tiene conto delle possibili interazioni cooperative e sinergiche tra i vari antiossidanti presenti nel campione ad esempio vitamina E, vitamina C e coenzima Q. Al contrario, il potere antiossidante totale del campione, permette di valutare l azione antiossidante di tutte le molecole presenti nel loro insieme. Il potere antiossidante totale è un parametro di qualità nutrizionale che indica il contenuto di molecole antiossidanti (vitamine, polifenoli e carotenoidi) presenti in un alimento. Un elevato potere antiossidante indica che l alimento ha un maggiore contenuto di antiossidanti che proteggono l organismo umano dai radicali liberi e contribuiscono al benessere e alla salute. Negli ultimi anni sono state messe a punto delle metodiche per valutare il potere antiossidante di molti tipi di vegetali (frutta, ortaggi, legumi ed erbe aromatiche). ORAC Tra i parametri più utilizzati c è l ORAC sigla che indica Oxygen Radical Absorbance Capacity. Questo test misura la capacità dei composti antiossidanti - presenti nel campione- di inibire la formazione di radicali liberi (rilevanti per lo sviluppo dello stress ossidativo nei sistemi biologici, ovvero idrossidi e perossidi) in un sistema in vitro. Questo parametro è espresso in Unità ORAC utilizzando la seguente equivalenza : 1 Unità ORAC =1µmol TE (TE ovvero micromoli di equivalenti di Trolox). Il Trolox è un composto di sintesi, simile alla vitamina E che da sempre è stata considerata l antiossidante da utilizzare come standard. 1

2 Con il metodo ORAC, si può valutare sia la capacità antiossidante dei composti idrosolubili (polifenoli,vitamina C) che di quelli liposolubili (carotenoidi, vitamina E); sommando le due quantità si ottiene il valore di ORAC totale del prodotto. Negli ultimi anni l ORAC si sta imponendo come il golden-standard a livello industriale. Infatti sono stati valutati i livelli ORAC di centinaia tra i più comuni alimenti di origine vegetale. Questi dati hanno permesso la creazione di un database USDA Nutrient Database ( che viene usato per studi sugli apporti nutrizionali nella dieta. I livelli del potere antiossidante (ORAC) del prodotto surgelato Verdurine Colorate della Nonna, misto bieta, cicoria e spinaci e di altri prodotti vegetali (dati database USDA) è raffigurato nell'immagine. Il potere antiossidante del prodotto surgelato Verdurine Colorate della Nonna, misto bieta, cicoria e spinaci è risultato 1856 Unità ORAC /100g. Confrontando questo dato con quelli riportati dalla letteratura scientifica riguardanti numerosi prodotti ortofrutticoli, risulta che il prodotto surgelato Verdurine Colorate della Nonna, misto bieta, cicoria e spinaci ha un potere antiossidante tra i più elevati. 2

3 Radicali liberi I radicali liberi sono specie chimiche instabili e pertanto molto reattive, che tendono a reagire molto facilmente e rapidamente con altre specie chimiche. I radicali liberi si formano anche negli organismi viventi, incluso l uomo, durante i normali processi biochimici fisiologici come la produzione di energia, la sintesi di nuove molecole, il metabolismo respiratorio Quindi il nostro organismo, durante il corso della vita, è continuamente esposto all azione radicali liberi la maggior parte dei quali vengono generati durante i normali processi fisiologici, anche se altri fattori di origine esogena come esposizione a raggi solari, il fumo, alcol, l inquinamento ambientale, una dieta sbilanciata ecc.. possono contribuire alla loro formazione. Non bisogna dimenticare che, i radicali liberi svolgono anche azioni molto utili per l'organismo, intervenendo, per esempio, nella distruzione di microrganismi patogeni e nella trasmissione del segnale in diverse attività cellulari. Tuttavia, la loro elevata reattività si esplica anche nei confronti di molecole biologiche alterandone la struttura chimica e quindi anche la funzione. Tutti gli apparati e le strutture dell organismo umano possono essere coinvolti e questo deriva dall ubiquità dei radicali liberi i quali sviluppano un danno a carico di molecole, cellule e tessuti con funzioni diverse dando luogo a patologie diverse tra loro e specifiche della funzione compromessa. Numerosi studi hanno, infatti, evidenziato come i processi ossidativi causati dai radicali liberi sono direttamente o indirettamente coinvolti nello sviluppo e nella progressione di patologie cronico-degenerative e infiammatorie e nell invecchiamento, pur considerando l eziopatogenesi di questi processi eterogenei e multifattoriali. Per prevenire e contrastare il danno ossidativo causato dai radicali liberi, l organismo umano ha a disposizione un efficiente sistema di difesa e di controllo del potenziale tossico dei radicali liberi. L azione di difesa è svolta dagli antiossidanti. Antiossidanti Per prevenire e contrastare il danno ossidativo causato dai radicali liberi, l organismo umano ha a disposizione un efficiente sistema di difesa. Con il termine antiossidante si identificano tutte quelle sostanze in grado di interferire, ritardando o prevenendo, l ossidazione di molecole da parte di radicali liberi. Nel corpo umano sono presenti numerosi meccanismi di difesa antiossidante complementari fra loro in grado di agire su ossidanti diversi o in compartimenti cellulari differenti. Il sistema di difesa antiossidante, nell organismo umano, è costituito da molecole endogene sintetizzate a livello metabolico e molecole esogene che non vengono sintetizzate ma devono essere introdotte con la dieta. Gli antiossidanti agiscono a diversi livelli e con vari meccanismi quali il sequestro di ioni metallici redox (ferro, rame) da parte di proteine come la transferrina, la ferritina e l albumina o inattivazione enzimatica dei principali radicali liberi da parte di enzimi cellulari come la superossido dismutasi (SOD), catalasi (CAT) e la glutatione perossidasi (GPx). Un secondo sistema di difesa è rappresentato da componenti a basso peso molecolare, alcuni dei quali, come glutatione, ubichinone e acido urico sono prodotti regolarmente a livello 3

4 metabolico. Una terza linea di difesa contro il danno ossidativo è costituito dalle vitamine antiossidanti quali la vitamina A con il suo precursore il beta-carotene, la vitamina C e la vitamina E e fitonutrienti come carotenoidi e polifenoli. Stress ossidativo L'organismo è in costante equilibrio tra produzione di radicali liberi e sistemi di difesa antiossidante. Lo stress ossidativo è una condizione patologica causata dalla rottura di questo delicato equilibrio fisiologico, che si configura quando la produzione di radicali liberi prevale e/o le sostanze antiossidanti si riducono. La produzione di radicali liberi e/o la compromissione del sistema di difesa, possono essere determinate da numerosi processi fisiologici e patologici (reazioni metaboliche, infiammazione, infezioni, carcinogenesi, invecchiamento, processi di riparazione tessutale), nonché originarsi in seguito all' esposizione ad agenti ambientali (radiazioni, agenti tossici ed inquinanti). Lo stress ossidativo causa un accumulo di danni a carico delle molecole biologiche come le proteine, i lipidi e il DNA coinvolto in eventi fisiologici come l invecchiamento e nella patogenesi di diverse malattie, come aterosclerosi, tumori, patologie degenerative o infiammazioni croniche. Perossidazione lipidica Tutte le principali classi di molecole biologiche possono essere danneggiate dalle reattività dei radicali liberi, ma tra queste i lipidi sono la classe più sensibile. L ossidazione da parte di radicali liberi a carico dei lipidi è noto come perossidazione lipidica. I lipidi sono i costituenti delle membrane cellulari e subcellulari e delle lipropoteine plasmatiche, pertanto la perossidazione lipidica è un fenomeno molto dannoso. Infatti, l ossidazione dei lipidi modifica le caratteristiche strutturali delle membrane e delle lipoproteine e di conseguenza vengono alterate anche le loro normali funzioni biologiche. E ormai confermato da numerosi studi che la perossidazione lipidica gioca un ruolo importante nello sviluppo delle lesioni aterosclerotiche, che sono alla base dell aterosclerosi e del rischio cardiovascolare. Data la rilevanza clinica della perossidazione lipidica, sono stati messi a punto delle metodiche che permettono, in laboratorio, di valutare l entità del danno ossidativo a carico dei lipidi di un soggetto. Le valutazioni possono essere condotte su diversi campioni biologici, ma più comunemente vengono eseguite sul sangue. Nel sangue, per valutare l entità del danno ossidativo, è possibile misurare i livelli dei prodotti che si formano durante la perossidazione lipidica come gli idroperossidi lipidici. Un alto valore di idroperossidi lipidici nel sangue indica che il sistema antiossidante del soggetto non è in grado di contrastare in maniera efficiente il danno indotto dai radicali liberi sui lipidi. Un altro importante parametro che è possibile valutare è la resistenza alla perossidazione lipidica di campione di sangue. Un valore elevato indica che il sistema antiossidante del soggetto è in grado di proteggere in maniera efficiente dal danno indotto dai radicali liberi sui lipidi e viceversa. 4

5 Carotenoidi I carotenoidi sono una famiglia di circa 600 pigmenti giallo-arancione e rosso sintetizzati dalle piante, alghe e batteri fotosintetici. Dal punto di vista chimico, i carotenoidi sono suddivisi in due gruppi principali : i caroteni ( principali sono l alfa e il beta carotene e il licopene) costituiti solo da atomi di carbonio e idrogeno e le xantofille (principali sono la zeaxantina e la luteina) che contengono anche ossigeno. Sono presenti nei vegetali di colore giallo-rosso (carote, zucca, pesche, melone ) e anche nei vegetali color verde scuro (spinaci, broccoli ). Tra gli ortaggi a foglia verde prevale il beta-carotene e tra le xantofille predomina la luteina. Nei frutti si riscontra una maggiore varietà di carotenoidi. Nel pomodoro il principale carotenoide è il licopene. Alcuni carotenoidi si trovano anche in tessuti animali; il tuorlo d uovo deve il suo colore alle xantofille luteina e zeaxantina e al beta carotene. I carotenoidi negli alimenti sono associati a proteine della matrice delle cellule vegetali; pertanto l omogeneizzazione e la cottura, distruggendo la matrice delle piante, aumentano la biodisponibilità dei carotenoidi presenti. Inoltre, essendo molecole liposolubili, l aggiunta olio negli alimenti facilita il loro assorbimento. Alcuni di essi come il beta-carotene sono carotenoidi precursori della vitamina A, ossia una volta assunti con la dieta possono essere convertiti in vitamina A (retinolo), per questo spesso sono indicati con il nome di provitamina A. Tutti i carotenoidi sono dei potenti antiossidanti liposolubili e riducono l insorgenza di alcuni tipi di tumori ( soprattutto tumori del tratto gastro-intestinale) e di malattie cardiache, al rafforzamento del sistema immunitario e alla protezione dei tessuti organici. Numerosi studi hanno dimostrato che l apporto dietetico di pomodori e derivati è associato ad un minore insorgenza del tumore alla prostata e che tale effetto protettivo è legato alla presenza di un carotenoide, il licopene. E stato dimostrato che alcuni carotenoidi, come la luteina e la zeaxantina, presenti soprattutto negli ortaggi a foglia verde, come si localizzano in maniera specifica nella macula dell occhio umano dove svolgono funzioni importanti come l assorbimento della luce solare soprattutto blu-verde riducendo le aberrazioni cromatiche e aumentando la risoluzione visiva. Inoltre, svolgono una funzione antiossidante proteggendo l occhio dal danno ossidativo indotto dalla luce. Studi epidemiologici hanno dimostrato che l assunzione di alimenti ricchi in questi composti è associata ad una diminuzione del rischio di insorgenza di patologie a carico dell occhio come cataratta e degenerazione maculare senile. 5

6 Carota Zucca Prezzemolo Spinaci Melone Pesche Mais giallo Verdurine colorate delle nonna misto bieta, cicoria e spinaci Beta carotene (mg/100gr) Luteina + zeaxantina (mg/100gr) 6,60 0,256 3,10 1,50 5,10 5,50 4,90 12,2 2,00 0,02 0,20 0,20 0,13 1,80 3,28 10,30 Polifenoli I polifenoli costituiscono un gruppo eterogeneo e vasto di molecole idrofiliche, presenti in quasi tutte le piante dove ricoprono ruoli differenti: difesa dagli animali erbivori (impartiscono sapore sgradevole) e dai patogeni, attrazione per gli impollinatori, inibitori di crescita delle piante in competizione. I fenoli sono particolarmente importanti nei prodotti ortofrutticoli in cui svolgono un ruolo importante nel determinare colore (antocianine) e sapore (acidi fenolici e alcuni flavonoidi). Il contenuto di polifenoli nei tessuti vegetali varia in funzione della specie, della varietà, dell organo considerato dello stadio fisiologico e delle condizioni pedoclimatiche. Dal punto di vista chimico, i polifenoli possono essere suddividi in fenoli semplici e flavonoidi. Ai fenoli semplici appartengono gli acidi fenolici e gli stilbeni. Il maggior rappresentate degli stilbeni è il resveratrolo, presente soprattutto nel vino, nell uva e nelle bacche come mirtilli, fragole, lamponi. A questa sostanza è associato il ruolo protettivo di un consumo moderato di vino. Gli acidi fenolici sono sostanze incolori ma assumono importanza in quanto precursori di fenoli volatili olfattivamente attivi. I maggiori rapprestanti sono gli acidi benzoici (es. acido gallico) e acidi cinnamici (es. acido cumarico, clorogenico, caffeico e ferulico). Gli acidi fenolici sono ampiamente distribuiti in alimenti (frutta e verdura) e bevande come vino e caffè. Vino Caffè Pomodoro Mela Verdurine colorate delle nonna misto bieta, cicoria e spinaci Acidi fenolici 9,6mg/100mL 7,6 mg/100ml 8mg/100gr 5,5 mg/100gr 32,6 mg/100gr 6

7 Gli acidi fenolici presenti nell alimentazione possono essere assorbiti e svolgere ruoli protettivi per l organismo. L acido caffeico e i suoi derivati come l acido clorogenico, svolgono un azione antiossidante e quindi protettiva contro l azione dannosa esercitata dai radicali liberi. Inoltre, essi hanno una spiccata attività antinfiammatoria dovuta alla loro capacità di inibire enzimi coinvolti nel processo infiammatorio come la cicloossigenasi 1 e 2. I flavonoidi costituiscono il più grande gruppo di polifenoli; variazioni strutturali negli anelli permettono di suddividere i flavonoidi in diverse famiglie: flavonoli, flavoni, isoflavoni, antocianine ed altri. Come riassunto nella figura i flavonoidi sono distribuiti nei diversi alimenti di origine vegetale. Distribuzione dei flavonoidi nei diversi alimenti di origine vegetale Flavonoidi Isoflavoni (genisteina, daidzeina) Flavonoli (e.g. quercetina) Flavanoni, flavoni Flavanoli Antocianine Catechine Proantocianidine Le antocianine (si trovano nelle bacche, nell uva rossa e nel vino ai quali impartiscono il caratteristico colore rosso-viola. Vino Mirtilli Ciliegie Fragole Antocianine mg/100ml mg/100gr mg/100gr mg/100gr 7

8 I flavoni (luteolina e apigenina) si trovano nel prezzemolo, timo, sedano e cipolla Prezzemolo Timo Sedano Spinaci Verdurine colorate delle nonna misto bieta, cicoria e spinaci Flavoni (mg/100gr) Luteolina Apigenina 1,23 255,93 45,25 2,50 0,63 2,34 0,74 0 0,39 2,21 I flavonoli (quercetina, Kamferolo, miricetina e isoramnetina) si trovano nelle uve bianche e rosse, cipolle,scalogno, broccoli, cavoli, mele, bacche, te. Te Vino mele pomodoro mirtilli Verdurine colorate delle nonna misto bieta, cicoria e spinaci Flavonoli 3-5 mg/100ml 0,2-0,3 mg/100ml 4-8mg/100gr 5-10 mg/100gr 9-10mg/100gr 1,51 mg/100gr Recenti studi hanno evidenziato che un effetto protettivo associato al consumo di alimenti ricchi in polifenoli sullo sviluppo di patologie cardiovascolari e tumorali. L interesse iniziale in merito ai possibili benefici nei confronti delle patologie cardiovascolari, derivò dall osservazione che francesi e italiani, nonostante i regimi alimentari ricchi di grassi, erano colpiti da malattie cardiache meno di quanto ci si sarebbe dovuto aspettare (il cosiddetto Paradosso Francese). La ridotta mortalità osservata è stata associata all assunzione di vino che come abbiamo visto rappresenta una buona fonte di polifenoli. Studi successivi hanno investigato i meccanismi molecolari con cui questi composti esercitano il loro effetto protettivo. La maggior parte dei composti polifenolici esercita un ruolo antiossidante proteggendo le cellule dai danni causati dai radicali liberi, che si sviluppano con il normale metabolismo cellulare e a causa di eventi come radiazioni, fumo, agenti inquinanti, raggi UV, attacchi virali e batterici ecc. Oltre all azione antiossidante, questi fitonutrienti sono in grado di svolgere un azione anti-infiammatoria, inibendo la sintesi e l attività di mediatori pro-infiammatori (prostaglandine e tromboxani). Recenti studi hanno evidenziato che l effetto protettivo è dovuto anche all azione vasoprotettrice e alla capacità di questi composti di inibire l aggregazione piastrinica, un altro importante fattore nelle malattie cardiovascolari. Infine, studi condotti sia in vitro che in vivo, hanno dimostrato che alcuni flavonoidi sono in grado di 8

9 modulare i livelli di lipidi plasmatici aumentando i livelli di lipoproteine ad alta densità (che svolgono un azione anti-aterogenica) e riducendo dei livelli di lipoproteine a bassa densità e di trigliceridi (che svolgono un azione pro-aterogenica). Alcuni polifenoli hanno dimostrato di possedere anche attività antitumorale che sembra essere legata alla loro capacità di proteggere le cellule contro l'attacco diretto da carcinogeni o alterando il loro meccanismo di attivazione o attivando sistemi coinvolti nella loro detossificazione. Le betalaine Le betalaine sono pigmenti di colore rosso e giallo. Essi sono spesso presenti nei petali dei fiori, ma possono trovarsi anche nei frutti e vegetali. Ad esempio il colore rosso della barbabietola è dovuto alla presenza delle betalaine. Le betalaine si dividono in due categorie: le betacianine che sono pigmenti rosso porpora e le betaxantine, meno comuni, che sono pigmenti gialloarancioni. Le betalaine estratte dalla barbabietola vengono utilizzati dall industria alimentare come colorante (E162). L'interesse nei confronti di questi composti è cresciuto dal momento che sono stati identificati come sostanze con proprietà antiossidanti che possono esercitare effetti positivi sulla salute dell uomo. Le betalaine isolate dal fico d'india hanno, infatti, mostrato una notevole attività antiossidante in diversi modelli cellulari. Inoltre, è stato dimostrato che le betalaine sono in grado di stimolare l attività di enzimi epatici coinvolti nella detossificazione di sostanze potenzialmente tossiche per l organismo umano. 9

10 Melatonina Nei mammiferi la melatonina è un prodotto del metabolismo del triptofano. Viene sintetizzata nella ghiandola pineale, nella retina, nel tratto gastrointestinale ed in altri tessuti. La secrezione di melatonina dalla ghiandola è regolata da stimoli visivi provenienti dalla retina, per cui la produzione di melatonina varia considerevolmente durante le 24 ore del giorno. Durante la notte si ha un alta produzione e secrezione di melatonina che si riflette sui suoi livelli ematici. Per questo la melatonina è ritenuta responsabile del mantenimento della sincronia del ritmo circadiano, modulando il ciclo sonno-veglia. Oltre a regolare il ciclo sonno-veglia, la melatonina svolge altre funzioni importanti tra cui una azione antiossidante. E stato dimostrato che la melatonina è un potente antiossidante in grado di diffondere in ogni parte dell'organismo, superando persino la barriera ematoencefalica e quella placentare, proteggendo dunque qualsiasi cellula del corpo dall attacco dei radicali liberi. La melatonina è presente in concentrazioni relativamente elevate anche nel nucleo cellulare pertanto può proteggere le molecole di DNA dai radicali liberi. Inoltre la melatonina stimola l attività degli enzimi antiossidanti presenti nelle cellule dell organismo. La sintesi di melatonina da parte dei monociti e delle piastrine ha suscitato interesse dei ricercatori ed è stato suggerito che essa sia coinvolta nella modulazione delle risposta infiammatoria. Pertanto la melatonina potrebbe svolgere un ruolo chiave nella prevenzione di patologie acute (setticemia, asfissia dei neonati) e croniche (patologie metaboliche e neurodegenerative, cancro, infiammazioni, invecchiamento) che coinvolgono il danno ossidativo e l infiammazione. La melatonina è sintetizzata in molti organismi viventi. Di seguito sono riportati i livelli di melatonina in alcune fonti vegetali. Il suo contenuto è espresso in nanogrammi (ng) per grammo di prodotto (tabella 1). Tabella 1- Livelli di melatonina in alcune fonti vegetali. Semi di girasole 29 ng/g Semi di finocchio 28ng/g Semi di cardamomo 15 ng/g Ciliegie ng/g Anice (semi) 7 ng/g Avena, mais e riso 1-1,8 ng/g Ravanello 0,6 ng/g Pomodoro 0,5 ng/g Ginger 0,5 ng/g Banana 0,5 ng/g 10