Chemia analityczna

Zespół Chemii Analitycznej pod kierownictwem dr hab. inż. Sławomira Wybrańca, prof. PK, prowadzi badania materiałów naturalnych i środowiskowych. W największym zakresie Zespół prowadzi badania nad związkami naturalnymi, a zwłaszcza metabolitami roślinnymi, łącząc chemię analityczną z praktycznym zastosowaniem związków oraz opracowując strategie identyfikacji, izolacji oraz semi-syntezy związków o kluczowym znaczeniu dla farmacji i nauk o żywieniu. Dzięki licznym współpracom z krajowymi i zagranicznymi jednostkami badawczymi  Zespół  realizuje innowacyjne badania, łącząc naukę, technologię i medycynę w interdyscyplinarnych rozwiązaniach.

Ogólnym celem prac jest odkrywanie, analityka oraz otrzymywanie bioaktywnych substancji, które mogą znaleźć zastosowanie w nowoczesnych technologiach i produktach prozdrowotnych.

Obecnie wiodąca tematyka badań

• dr hab. inż. Sławomir Wybraniec, prof. PK - Identyfikacja produktów utleniania układów 5-O- i 6-O-glukozylowanych betanidyn oraz określenie szlaków ich reakcji, badania chlorowania betacyjanin w systemach kwasu podchlorawego oraz nad termiczną dekarboksylacją i utlenianiem betacyjanin, eksperymenty rozdzielania betacyjanin techniką chromatografii przeciwprądowej w wybranych układach rozpuszczalników, identyfikacja nowych naturalnych barwników betacyjaninowych, badania migracji grup acylowych w betacyjaninach
• dr hab. inż. Aneta Spórna-Kucab, prof. PK Badania roślinnych metabolitów wtórnych, ich izolacji i identyfikacji technikami przeciwprądowej chromatografii cieczowej (CCC) i spektrometrii mas oraz ocenie ich aktywności biologicznej. Dalszym celem są zaawansowane badania profili metabolitów w roślinach techniką wysokorozdzielczej spektrometrii mas (HRMS) i powiązanie obecności metabolitów w ekstraktach roślinnych z ich działaniem przeciwnowotworowym, przeciwcukrzycowym i przeciwzapalnym, co umożliwia ich potencjalne zastosowanie w medycynie, nutraceutykach i kosmetykach.
• dr inż. Katarzyna Sutor-Świeży - Bioaktywne acylowane betacyjaniny i ich pochodne generowane na drodze semi-syntezy; możliwości stabilizacji i potencjalnego zwiększenia biodostępności nutraceutyków roślinnych.
• dr inż. Piotr Suryło - Monitoring zanieczyszczeń środowiska, analityka lotnych węglowodorów aromatycznych (BTEX) i NO₂/SO₂ w powietrzu atmosferycznym. Ocena stopnia zanieczyszczenia poszczególnych elementów środowiska z zastosowaniem: GC, GC/MS, HPLC, TLC, przygotowanie próbek (adsorpcja, ekstrakcja, filtracja, techniki membranowe, mineralizacja).
• dr inż. Dorota Kopeć - Badania chromatograficzne saponin i barwników betalain.
• mgr inż. Szymon Janecki - Badania chromatograficzne saponin i barwników karotenoidów.
• mgr inż. Anna Tekieli - Badania chromatograficzne saponin w polarnych układach ekstrakcyjnych i rozdzielczych dla pozyskiwania preparatów o wielokierunkowej aktywności biologicznej.
• mgr inż. Renata Górska - Synteza i badania właściwości barwników betaksantynowych i ich pochodnych oraz koniugatów barwników betalainowych o potencjalnym działaniu prozdrowotnym.
• mgr inż. Łukasz Kozioł - Badania utleniania pochodnych gomfreninowych i reakcji acylowanych betacyjanin.
• mgr inż. Mateusz Knap - Badania otrzymywania wzbogaconych preparatów bioaktywnych barwników betalainowych.

Nowoczesne metody i techniki analityczne wykorzystywane w badaniach

Prace badawcze są prowadzone głównie w laboratoriach naukowo-dydaktycznych na Wydziale Inżynierii i Technologii Chemicznej oraz we współpracy z jednostkami zewnętrznymi.

Laboratoria Wydziału:

- Laboratorium Analityki Związków Naturalnych,

- Laboratorium Chromatografii Przeciwprądowej,

- Laboratorium Spektrometrii Mas LC-MS.

🔬 Chromatografia i spektrometria mas (HRMS, LC-MS/MS, prep-HPLC, chromatografia typu flash, chromatografia jonowymienna, GC-MS, CCC)

• Identyfikacja i charakterystyka metabolitów roślinnych, w tym saponin, polifenoli i naturalnych barwników.
• Wydzielanie naturalnych związków roślinnych za pomocą wieloetapowego oczyszczania, z wykorzystaniem preparatywnej wysokosprawnej chromatografii cieczowej (prep-HPLC), chromatografii typu flash, chromatografii jonowymiennej
• Przeciwprądowa chromatografia cieczowa (CCC) do efektywnego frakcjonowania i izolacji związków naturalnych.
• HRMS/MS do analizy strukturalnej i badania szlaków metabolicznych
• Badanie stabilności i reaktywności bioaktywnych związków
• Ocena trwałości metabolitów w różnych warunkach środowiskowych.

🧪 Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR)

• Określanie struktur nowych metabolitów oraz produktów ich przemian chemicznych.
• Charakterystyka półproduktów otrzymywanych w procesach semi-syntezy.
• Przygotowywanie badanych próbek do analizy NMR oraz interpretacja wyników analizy

🛡 Badania elektrochemiczne

• Badania woltamperometrycznego utleniania wyizolowanych związków roślinnych – z zastosowaniem analizatora elektrochemicznego

🧬 Spektroskopia molekularna i fluorescencyjna

• Ocena właściwości biologicznych i antyoksydacyjnych w testach in vitro zarówno ekstraktów roślinnych jak i wydzielonych związków – badania spektrofotometryczne i spektrofluorymetryczne – z zastosowaniem czytnika mikropłytek i spektrofotometru UV-Vis

Główne współprace naukowe i badawcze

Prof. Yossef Mizrahi - Department of Life Sciences (formerly: The Institutes for Applied Research), Ben-Gurion University of the Negev,  Beer-Sheva, Israel – okres współpracy od 1998.

Dr. Noemi Tel-Zur - Ben-Gurion University of the Negev,  The Jacob Blaustein Institutes for Desert Research, Sede-Boker Campus 84990, Israel – okres współpracy od 2010.

Dr. Gerold Jerz - Instytut Chemii Żywności, Politechnika w Brunszwiku, Niemcy (Institut für Lebensmittelchemie, Technische Univeristät Braunschweig) – okres współpracy od 2004.

Prof. dr hab. Grażyna Jaworska - Instytut Technologii Żywności i Żywienia, Uniwersytet Rzeszowski, Kolegium Nauk Przyrodniczych – okres współpracy od 2005.

Dr. Boris Nemzer and Dr. Zbigniew Pietrzkowski - Chemistry Research, FutureCeuticals, Inc., 300 West 6th Street, Momence, IL 60954, USA – okres współpracy od 2008.

Dr. Boris Nemzer and Dr. Zbigniew Pietrzkowski - Bio-Clinical Research, FutureCeuticals, Inc., 16259 Laguna Canyon Rd, #150, Irvine, CA 92618, USA – okres współpracy od 2008.

Dr. Svetlana Ignatova and Dr..  Ian Garrard -  Brunel Institute for Bioengineering, Brunel University, Uxbridge, Middlesex, United Kingdom – okres współpracy od 2012.

Prof. dr hab. Gotard Burdziński - Zakład Elektroniki Kwantowej, Wydział Fizyki, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu – okres współpracy od 2013 .

Dr. Łukasz Popenda - NanoBioMedical Centre, Adam Mickiewicz University Poznan, ul. Wszechnicy Piastowskiej 3, 61-614 Poznan, Poland  – okres współpracy od 2013.

Dr hab. Ewa Dziedzic - Wydział Biotechnologii i Ogrodnictwa, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie – okres współpracy od 2016.

Dr. Michaela Barkociová and Prof. SzilviaCzigle - Department of Pharmacognosy and Botany, Faculty of Pharmacy, Comenius University in Bratislava (Slovakia) – okres współpracy od 2018.

Prof. dr hab. inż. Elżbieta Pamuła - Katedra Biomateriałów i Kompozytów; Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki; Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie – okres współpracy od 2020.

Dr. hab. Małgorzata Tyszka-Czochara - Wydział Farmaceutyczny, Uniwersytet Jagielloński – okres współpracy od 2022.

Dr hab. Monika Bieniasz - Wydział Biotechnologii i Ogrodnictwa, Uniwersytet Rolniczy w Krakowie – okres współpracy od 2022.

Prof. dr hab. n. med. i n. o zdr. Krystyna Skalicka-Woźniak - Zakład Chemii Produktów Pochodzenia Naturalnego, Uniwersytet Medyczny w Lublinie - okres współpracy od 2013.

Dr hab. n. med. i n. o zdr. Łukasz Świątek - Zakład Wirusologii z Pracownią Diagnostyki Wirusologicznej, Uniwersytet Medyczny w Lublinie - okres współpracy od 2018.

Dr n. farm. Agnieszka Grzegorczyk Katedra i Zakład Mikrobiologii Farmaceutycznej, Uniwersytet Medyczny w Lublinie - okres współpracy od 2017.

Dr Mariusz Kowalczyk - Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy w Puławach - - okres współpracy od 2022.

• 2023/49/N/NZ9/01706, NCN, PRELUDIUM-22, 2024-2027

Badania przesiewowe in vitro działania przeciwnowotworowego saponin triterpenowych wyizolowanych z buraka ćwikłowego (Beta vulgaris L.) za pomocą chromatografii przeciwprądowej

• 2023/49/N/NZ9/02658, NCN, PRELUDIUM-22, 2024-2027

Sulfhydrylowe koniugaty betacyjanin jako prekursorskie barwniki oparte na źródłach roślinnych o potencjalnym działaniu prewencyjnym w zaburzeniach związanych ze stresem oksydacyjnym: badania właściwości przeciwzapalnych i stabilności

• 2021/41/N/NZ9/03046, NCN, PRELUDIUM-20, 2022-2026

Owoce klonów Hylocereus polyrhizus jako alternatywne źródło acylowanych barwników betacyjaninowych w przygotowywaniu mikrosystemów i modulacji metabolizmu komórek raka wątrobowokomórkowego - badania in vitro

• Inkubator Innowacyjności 4.0, MNISW, CTT PK, 2021-2023

Zastosowanie oczyszczonych ekstraktów roślinnych bogatych w naturalne barwniki z grupy betalain w przeparatach kapsułkowych

• 2019/33/N/NZ9/01590, NCN, PRELUDIUM-17, 2020-2024

Aktywność biologiczna betalain z Atriplex hortensis var. rubra - znaczenie dietetyczne alternatywnego, jadalnego źródła barwników dla projektowania nowej żywności funkcjonalnej

• 2017/27/B/NZ9/02831, NCN, OPUS-14, 2018-2024

Badania aktywności i stabilności barwników gomfreninowych z ekstraktów Basella alba L.”,

• DEC-2019/03/X/ST4/00968, NCN, MINIATURA-3,  DEC-2019/03/X/ST4/00968

Wykorzystanie przeciwprądowej chromatografii cieczowej w izolacji saponin wykazujących właściwości prozdrowotne

• 2014/13/B/ST4/04854, NCN, OPUS-7,  2015-2018

Badania mechanizmu utleniania pigmentów betacyjanin

1. Sutor, K.; Wybraniec, S. Identification and Determination of Betacyanins in Fruit Extracts of Melocactus Species. Agric. Food Chem. 2020, 68 (41), 11459–11467. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.0c04746. IF = 5.3
2. Spórna-Kucab, A.; Wróbel, N.; Kumorkiewicz-Jamro, A.; Wybraniec, S. Separation of Betacyanins from Iresine Herbstii Hook. Ex Lindl. Leaves by High-Speed Countercurrent Chromatography in a Polar Solvent System. Chromatogr. A 2020, 1626. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2020.461370. IF = 4.7
3. Kumorkiewicz-Jamro, A.; Świergosz, T.; Sutor, K.; Spórna-Kucab, A.; Wybraniec, S. Multi-Colored Shades of Betalains: Recent Advances in Betacyanin Chemistry. Prod. Rep. 2021, 38 (12), 2315–2346. https://doi.org/10.1039/D1NP00018G. IF = 15.1
4. Kumorkiewicz‐Jamro, A.; Górska, R.; Krok‐Borkowicz, M.; Reczyńska‐Kolman, K.; Mielczarek, P.; Popenda, Ł.; Spórna‐Kucab, A.; Tekieli, A.; Pamuła, E.; Wybraniec, S. Betalains Isolated from Underexploited Wild Plant Atriplex hortensis Rubra L. Exert Antioxidant and Cardioprotective Activity Against H9c2 Cells. Food Chem. 2023, 414, 135641. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.135641. IF = 8.5
5. Kumorkiewicz-Jamro, A.; Górska, R.; Krok-Borkowicz, M.; Mielczarek, P.; Popenda, Ł.; Lystvan K.; Pamuła E.; Wybraniec S. Unveiling Alternative Oxidation Pathways and Antioxidant and Cardioprotective Potential of Amaranthin-Type Betacyanins from Spinach-Like Atriplex hortensis ‘rubra’. J. Agric. Food Chem. 2023, 71 (41), 15017-15034. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.3c03044. IF = 5.7
6. Wyżga, B.; Skóra, M.; Wybraniec, S.; Hąc-Wydro, K. Study on the Effect of Blackcurrant Extract – Based Preservative on Model Membranes and Pathogenic Bacteria. Biochem. Biophys. 2023, 750, 1-11. https://doi.org/10.1016/j.abb.2023.109806. IF = 4.1
7. Feigel, B.; Adamowicz, P.; Wybraniec, S. Recent Advances in Analysis of New Psychoactive Substances by Means of Liquid Chromatography Coupled with Low-Resolution Tandem Mass Spectrometry. Bioanal. Chem. 2024, 416 (1), 107-124. https://doi.org/10.1007/s00216-023-05057-z. IF = 3.8
8. Sutor‐Świeży, K.; Górska, R.; Kumorkiewicz‐Jamro, A.; Dziedzic, E.; Bieniasz, M.; Mielczarek, P.; Popenda, Ł.; Pasternak, K.; Tyszka‐Czochara, M.; Baj‐Krzyworzeka, M.; Stefańska, M.; Błyszczuk, P. and Wybraniec, S. Basella alba (Malabar Spinach) as an Abundant Source of Betacyanins: Identification, Stability, and Bioactivity Studies on Natural and Processed Fruit Pigments. J. Agric. Food Chem. 2024, 72, 2943-2962. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.3c06225. IF = 6.1
9. Kozioł, Ł.; Knap, M.; Sutor‐Świeży, K.; Górska, R.; Dziedzic, E.; Bieniasz, M.; Mielczarek, P.; Popenda, Ł.; Tyszka‐Czochara, M. and Wybraniec, S. Identification and Reactivity of Pigments in Prominent Vegetable Leaves of Basella alba var. 'Rubra' (Malabar Spinach). Food Chem. 2024, 445, 138714. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.138714. IF = 9.2
10. Kumorkiewicz-Jamro, A.; Pachulicz, R.J.; Fitter, S.; Górska, R.; Duggan, J.; Vandyke, K.; Pukala, T.L.; Wybraniec, S., Zannettino, A.C.W. Atriplex hortensis 'rubra' Extracts and Purified Amaranthin-Type Pigments Reduce Oxidative Stress and Inflammatory Response in LPS-Stimulated RAW264.7 Cells. Food Chem. 2025, 462, 140920. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.140920. IF = 9.2