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Cromatografai in colonna
Scopo: L’esperienza consiste nell’estrazione con solvente organico di β-Carotene e Clorofilla, pigmenti fotosintetici presenti nelle foglie di diverse piante, e successiva separazione attraverso cromatografia di adsorbimento. La cromatografia viene definita dalla IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) come: "Metodo usato primariamente per la separazione dei componenti di una miscela; i componenti vengono distribuiti tra due fasi una delle quali è fissa mentre l'altra è mobile. La fase stazionaria può essere un solido, o un liquido supportato su di un solido, o un gel. La fase stazionaria può essere impaccata in una colonna, sparsa come uno strato, o distribuita come un film. La definizione "letto cromatografico" è usata come termine generale per denotare una qualsiasi delle varie forme in cui può essere usata la fase stazionaria.” Quindi la cromatografia è una tecnica di separazione basata sulla migrazione differenziata delle sostanze da separare attraverso due fasi tra loro immiscibili. Le piante contengono diversi tipi di pigmenti fotosintetici liposolubili, tra cui clorofille e carotenoidi, la cui estrazione viene effettuata con solventi organici. La separazione viene condotta mediante separazione cromatografia su gel di silice impaccato in colonna (fase stazionaria) e solvente organico (o miscele appropriate di solventi organici) come fase eluente (fase mobile). Nel sistema cromatografico ciascun pigmento è ritardato in funzione dell’interazione che la sua molecola subisce con la fase stazionaria e con la fase eluente. In particolare, il flusso del solvente eluirà ogni sostanza dal punto di applicazione verso l’estremità opposta della colonna. Se il composto non avrà interazioni con la fase stazionaria migrerà con il fronte del solvente altrimenti, se trattenuto, subirà un rallentamento, in funzione di uno specifico Rf (fattore di ritenzione) determinato dal seguente rapporto:
Rf = Rp / Rs dove Rp = distanza tra punto di applicazione e banda del pigmento Rs = distanza tra punto di applicazione e fronte del solvente L'ordine di eluizione sarà - carotene, clorofilla ed infine luteina (banda più scura che rimarrà in colonna).
Che cos’è il β-carotene?
Il β-carotene è un carotenoide della famiglia dei tetraterpeni (C₄₀H₅₆).
È responsabile della tipica colorazione arancione di molte piante e funge da importante precursore della vitamina A (retinolo) negli esseri umani.
Struttura chimica
Formula chimica: C₄₀H₅₆
Molecola lipofila (si scioglie nei grassi, non in acqua)
Costituita da:
due anelli β-iononici alle estremità
7una lunga catena polienica con 11 doppi legami coniugati
Questa struttura conferisce:
colore arancione intenso (assorbimento 400–500 nm)
forte attività antiossidante
fotosensibilità (si degrada con luce/ossigeno)
Ruolo naturale nelle piante
Il β-carotene è un pigmento fondamentale nella fotosintesi:
Funzioni nelle piante
Fotoprotezione: protegge clorofille e membrane dai danni ossidativi.
Raccolta dei fotoni: aiuta a trasferire energia ai fotosistemi.
Regolazione dell'ossigeno singoletto.
Fonti alimentari
È abbondante in frutta e verdura di colore arancione, giallo o verde scuro.
Ricche fonti naturali
Carote
Patate dolci
Zucca
Albicocche
Mango
Melone
Spinaci
Cavolo riccio
Broccoli
Peperoni
La biodisponibilità aumenta:
con cottura leggera
con grassi (es. olio extra vergine di oliva)
con frullatura/omogeneizzazione che rompe le pareti cellulari
Assorbimento e metabolismo nel corpo umano
1) Assorbimento intestinale
Essendo lipofilo, si assorbe insieme ai lipidi tramite micelle.
Richiede bile e enzimi pancreatici.
2) Conversione in vitamina A
Un enzima chiave, il β-carotene 15,15'-monoossigenasi (BCMO1), lo scinde in due molecole di retinale, che può trasformarsi in:
retinolo (vitamina A)
retinoico (acido retinoico, molecola segnale)
La conversione varia enormemente tra individui:
influenzata da genetica, stato nutrizionale, fattori intestinali
3) Trasporto
Trasportato nelle lipoproteine (soprattutto LDL).
4) Accumulo
Tessuto adiposo
Fegato
Cute (può dare carotenodermia, colorazione giallastra non nociva)
Proprietà biologiche
Antiossidante
Neutralizza radicali liberi, soprattutto l’ossigeno singoletto.
Protegge lipidi e membrane cellulari.
Precursore della vitamina A
Essenziale per:
funzione visiva (rodopsina)
sistema immunitario
epitelio e pelle
sviluppo embrionale
Stabilità e fattori che lo degradano
Il β-carotene è sensibile a:
luce
calore eccessivo
ossigeno
pH acido
Per questo gli alimenti ricchi possono perdere parte del contenuto durante:
conservazione
esposizione alla luce
cotture prolungate
Usi industriali
In alimenti
Colorante naturale E160a
Integratore per arricchire alimenti (bevande, margarina)
In integratori nutrizionali
Come provitamina A
Come antiossidante
In cosmetici
In prodotti per “preparare” la pelle al sole (ma l'efficacia è variabile)
Rischi e considerazioni
Sicurezza generale
Il β-carotene alimentare è sicurissimo: l'organismo infatti converte solo ciò che serve.
Dosi elevate di integratori aumentano il rischio di tumore al polmone negli:
forti fumatori
esposti all’amianto
Non è un problema dei cibi, ma degli integratori ad alto dosaggio.
Esiste il sovradosaggio?
No, non esiste un vero e proprio sovradosaggio che può risultare tossico.
Tuttavia una quantità elevata di bcarotene può provocare la carotenodermia, ovvero na condizione in cui la pelle assume un colorito giallo-arancione a causa dell'eccessivo accumulo di carotene nel sangue. Condizione che però è innocua e reversibile.
Curiosità
Fu isolato per la prima volta dalla carota nel 1831.
Gli animali (come i fenicotteri) usano i carotenoidi per la colorazione del piumaggio.
È uno dei carotenoidi più studiati insieme a luteina, zeaxantina e licopene.
I carotenoidi sono solitamente ritrovati nelle piante e altri organismi fotosintetici come alghe e alcuni batteri, sono importanti per proteggere la clorofilla dalla sovraesposizione solare ed evitare la sua foto ossidazione, assorbono l’energia solare che la clorofilla non può utilizzare e sono responsabili del colore di fiori, frutti e foglie autunnali.
In autunno le foglie degli alberi cambiano colore perché l’esposizione minore al sole riduce la produzione di clorofilla e permette ai carotenoidi già presenti di diventare visibili.
I caroteni (E 160 a, codice europeo dei carotenoidi) sono molecole costituite solo da
idrogeno e da carbonio (C40Hx).
Appartengono a questa classe il licopene,
contenuto nei pomodori, ed il β-carotene (C40H56) che è contenuto
nelle carote ed è il responsabile del tipico colore arancione.
Il β-carotene è un composto organico con un anello cicloesanico in entrambe le estremità della molecola ed è bio-sintetizzato a partire dal geranilgeranil pirofosfato. Il β-carotene è la forma più comune di carotene nelle piante, è un pigmento organico rosso-arancio ed è usato come colorante alimentare, è di questo colore perché grazie ai doppi legami si liberano elettroni delocalizzati, lo spazio tra questi elettroni permette di assorbire certe frequenze della luce visibile (in questo caso blu e verde, e riflettono rosso/arancio). Inoltre è privo di gruppi funzionali (formato solo da carbonio e idrogeno), ma è molto lipofilo (solubile nei lipidi).
Il betacarotene è importante per il nostro organismo dal punto di vista nutrizionale. Infatti è un ottimo antiossidante ed è una primaria fonte di vitamina A (precursore), che ha influssi benefici sulla vista e sulla pelle e che permette alle ossa di crescere in modo omogeneo e per questi motivi è molto consigliato a bambini e ragazzi nell'età della crescita.
Nell’intestino, il β -carotene, viene scisso a due molecole di retinale ( cromofori polienici derivati della vitamina A) che, legandosi a delle proteine dette opsine (proteine fotosensibili nella retina che trasformano la luce in segnali elettrici), presiede al fenomeno della visione.
Il β-carotene è molto diffuso nei frutti, ma anche nelle zucche, nelle carote, negli oli e nei cereali.
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