Koło Naukowe Chromatografii Związków Naturalnych

1. Profilowanie barwników betalain techniką LC-MS w wybranych odmianach kaktusa Cereus peruvianus, dr hab. inż. Sławomir Wybraniec, prof. PK; mgr inż. Katarzyna Sutor-Świeży

Temat badawczy obejmuje zagadnienia związane z pozyskiwaniem barwników betalainowych z pochodzącej z upraw w Argentynie i Izraelu rośliny kaktusa Cereus peruvianus Mill, który wydaje jadalne owoce zawierające nowe, wcześniej nie badane barwniki betalain. Barwa owoców różni się w zależności od odmiany - od żółtej przez ciemnoczerwonej, aż do fioletowej. Prace badawcze obejmują wstępne identyfikowanie barwników i określenie profilu betalain techniką LC-MS w wybranych odmianach kaktusa. W ramach badań określane są warunki prowadzenia efektywnej ekstrakcji i oczyszczania próbek z wykorzystaniem ilościowych metod spektrofotometrycznych i chromatograficznych. Prowadzone jest również wyizolowanie czystych związków w celu określenia ich struktury chemicznej metodą NMR.

2. Badania zjawiska migracji grupy acylowej w betacyjaninach, dr hab. inż. Sławomir Wybraniec, prof. PK; mgr inż. Katarzyna Sutor-Świeży

Badania dotyczą interesującego zjawiska migracji grupy acylowej pomiędzy grupami hydroksylowymi reszty cukrowej betacyjanin, m.in. 5-O-(6'-O-malonylo)-β-D-glukopiranozydu betanidyny (filokaktyny) oraz innych betacyjanin acylowanych kwasami dikarboksylowymi. Zjawisko to jest przedmiotem dalszych badań nad wpływem pH na powstawanie odpowiednich produktów izomeryzacji monitorowanym technikami chromatograficznymi z detekcją w układzie matryc diodowych (PDA) i spektrometrii mas, a interpretacja wyników oparta jest na zróżnicowanym wpływie powstających izomerów pozycyjnych na przesunięcia czasów retencji w chromatografii cieczowej. Badania wymagają przygotowania wyizolowanych pochodnych malonylowych betacyjanin z odpowiednich źródeł roślinnych, m.in. Basella alba, Hylocereus polyrhizus, Celosia cristata i Mammillaria.

3. Badania rozdzielania betalain techniką wysokoobrotowej chromatografii przeciwprądowej (HSCCC), dr hab. inż. Sławomir Wybraniec, prof. PK; dr inż. Aneta Spórna-Kucab

Badania nad opracowaniem nowych systemów rozpuszczalników w rozdzielaniu betalain techniką wysokoobrotowej chromatografii przeciwprądowej (HSCCC). Rozdzielanie betalain przy zastosowaniu reagentów par jonowych. Znaczący wzrost hydrofobowości sparowanych jonów betalainowych poprzez przeciwjony pozwala na odpowiednie zwiększenie współczynnika podziału rozdzielanych barwników i przenoszenie ich z faz polarnych do faz organicznych, co zwiększa efektywność rozdzielania. Prowadzone są również badania nad zastosowaniem mało toksycznych modyfikatorów, z użyciem wodno-organicznych układów rozpuszczalników zawierających nasycone sole nieorganiczne, które byłyby akceptowalne w przemyśle spożywczym lub farmaceutycznym i pozwalałyby rozszerzyć zakres aplikacji metod rozdzielania betalain w zastosowaniach biomedycznych.

4. Oczyszczanie i wydzielanie barwników z surowców naturalnych, badania stabilności wybranych związków, dr hab. inż. Sławomir Wybraniec, prof. PK; mgr inż. Katarzyna Sutor-Świeży

Temat badawczy obejmuje zagadnienia związane z ekstrakcją barwników naturalnych z materiału roślinnego (surowce takie jak owoce szpinaku malabarskiego, owoce kaktusów, przykwiatki bugenwilli gładkiej), wstępne oczyszczanie ekstraktów na złożach jonowymiennych,  preparatywne wydzielanie wybranych związków za pomocą techniki HPLC,  przygotowanie próbek do pomiarów LC-MS i analiza wyników, testy z wykorzystaniem czytnika mikropłytek – badania stabilności, właściwości przeciwutleniających, mikrokapsułkowanie i badanie kinetyki uwalniania substancji aktywnych w symulowanych płynach ustrojowych.

5. Badania chemicznych właściwości wybranych betalain, w tym testy stabilności i potencjału przeciwutleniającego.

Spektrofotometryczne testy z wykorzystaniem czytnika mikropłytek – badania stabilności i właściwości przeciwutleniających wybranych związków (wybrane chemiczne metody oparte na mechanizmach zarówno SET i HAT). Badania chemicznego i termicznego utleniania betalain oraz produktów reakcji w procesach generowania pochodnych. Pomiary jakościowe i ilościowe LC-MS substratów i produktów reakcji.

6. Próby stabilizacji betalain – m.in. przez projektowanie mikrosystemów kapsułkowych.

Badania wpływu wybranych substancji chemicznych jako możliwych dodatków stabilizujących betalainy. Prowadzenie procesów kapsułkowania z  wykorzystaniem materiałów takich jak alginian sodu, chitozan, matlodekstryny, lecytyna sojowa. Optymalizacja warunków procesowych oraz poszukiwanie pożądanej kinetyki kontrolowanego uwalniania substancji aktywnych w symulowanych płynach ustrojowych. Badania stabilności wybranych układów podczas przechowywania. Pomiary spektrofotometryczne (na czytniku mikropłytek) oraz spektrometryczne (LC-MS).

Publikacje naukowe:

Spórna-Kucab. A.; Kumorkiewicz. A.; Szmyr. N.; Szneler. E.; Wybraniec. S. Separation of Betacyanins from Flowers of Amaranthus Cruentus L. in a Polar Solvent System by High-speed Counter-current Chromatography. J. Sep. Sci. 2019. 42 (9). 1676-1685.

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. J. Chromatogr. A. 2020, 1626, 461370.

Drobnicka, N.; Sutor, K.; Kumorkiewicz-Jamro, A.; Spórna-Kucab, A.; Antonik, M.; Dziedzic E.; Świergosz, T.; Ortyl J.; Wybraniec, S. Phytochemical Molecules from the Decarboxylation of Gomphrenins in Violet Gomphrena globosa L.—Floral Infusions from Functional Food. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21(22), 8834.

Kumorkiewicz, A.; Sutor, K.; Nemzer, B.; Pietrzkowski, Z.; Wybraniec, S. Thermal decarboxylation of betacyanins in red beet betalain-rich extract. Pol. J. Food Nutr. Sci. 2020, 70, pp. 7-14.

Barkociová, M.; Tóth, J.; Sutor, K.; Drobnicka, N.; Wybraniec, S.; Dudík, B.; Bilková, A.; Czigle, S.; Braca, A.; De Leo, M. Betalains in edible fruits of three cactaceae taxa—Epiphyllum, Hylocereus, and Opuntia—their LC-MS/MS and FTIR identification and biological activities. Plants. 2021, 10 (12), 2669.

Sutor-Świeży, K.; Antonik, M.; Proszek, J.; Nemzer, B.; Pietrzkowski, Z.; Popenda, Ł.; Świergosz, T.; Wybraniec, S. Dehydrogenation of Betacyanins in Heated Betalain-Rich Extracts of Red Beet (Beta vulgaris L.). Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 1245. 

Projekty:

OPUS14 - Badania aktywności i stabilności barwników gomfreninowych z ekstraktów Basella alba L.  Nr projektu: UMO-2017/27/B/NZ9/02831

PRELUDIUM17 – Aktywność biologiczna betalain z Atriplex hortensis var. rubra - znaczenie dietetyczne alternatywnego, jadalnego źródła barwników dla projektowania nowej żywności funkcjonalnej. Nr projektu: UMO-2019/33/N/NZ9/01590

PRELUDIUM20 – Owoce klonów Hylocereus polyrhizus jako alternatywne źródło acylowanych barwników betacyjaninowych w przygotowywaniu mikrosystemów i modulacji metabolizmu komórek raka wątrobowokomórkowego - badania in vitro.  Nr projektu: UMO-2021/41/N/NZ9/03046

Współpraca naukowa

Institute of Food Chemistry - Technische Universitat Carolo-Wilhelmina, Braunschweig, Niemcy - Współpraca w zakresie badań fitochemicznych barwników betalain i polifenoli oraz chromatografii przeciwprądowej.

The Institutes for Applied Research  - Ben-Gurion University of the Negev, Beer-Sheva, Izrael -Współpraca w zakresie badań fitochemicznych betalain w owocach kaktusów.

Instytut Biologii Komórkowej  i Inżynierii Genetycznej, Kijów, Ukraina - Współpraca w zakresie badania roślinnych związków naturalnych i hodowli roślinnych kultur komórkowych.

Zakład Farmacji, Wydział Farmakognozji i Botaniki Farmaceutycznej, Uniwersytet Komeńskiego w Bratysławie, Bratysława, Słowacja - Badania fitochemiczne i biochemiczne owoców kaktusów.

Faculty of Health and Medical Sciences, The University of Adelaide, Australia - Współpraca w zakresie analityki związków naturalnych i badań ich bioaktywności.

Firma VDF FutureCeuticals, Inc. , Momence, USA - Współpraca w zakresie badań chemicznych i bioaktywności związków naturalnych.