Koło Naukowe Chromatografii Związków Naturalnych

1. Oczyszczanie i wydzielanie barwników betalainowych z surowców naturalnych, badania stabilności wybranych związków, dr hab. inż. Sławomir Wybraniec, prof. PK

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 i właściwości przeciwutleniających.

2. Wydzielanie i rozdzielanie saponin techniką wysokoobrotowej przeciwprądowej chromatografii cieczowej (HSCCC) - dr hab. inż. Aneta Spórna-Kucab, prof. PK, mgr inż. Anna Tekieli

Prowadzenie badań nad opracowaniem nowych dwufazowych układów rozpuszczalników do rozdzielania polarnych saponin z roślin przy zastosowaniu wysokoobrotowej chromatografii przeciwprądowej (HSCCC). Rozdzielanie saponin przy zastosowaniu wodno-organicznych układów rozpuszczalników z dodatkiem soli. Pomiar i dobór odpowiednich parametrów rozdzielania chromatograficznego, takich jak współczynnik podziału próbki, czas osadzania, retencja fazy stacjonarnej oraz przepływ fazy ruchomej.

3. Badania stabilizacji związków bioaktywnych w układach polimerowych o potencjalnym zastosowaniu w suplementacji, dr hab. inż. Sławomir Wybraniec, prof. PK; dr inż. Katarzyna Sutor-Świeży

Badania możliwości stabilizacji betalain z wykorzystaniem materiałów takich jak np. 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).

4. Badania profili i stabilności roślinnych barwników karotenoidowych, dr hab. inż. Sławomir Wybraniec, prof. PK

Badania obejmują zagadnienia związane z ekstrakcją karotenoidowych barwników naturalnych z materiału roślinnego (zwłaszcza z kwiatów, takich jak słoneczniki, chryzantemy i inne gatunki), wstępne oczyszczanie ekstraktów,  preparatywne wydzielanie wybranych związków techniką HPLC,  przygotowanie próbek do pomiarów LC-MS i analiza wyników, testy z wykorzystaniem czytnika mikropłytek – badania stabilności.

5. Badania rozdzielania betalain techniką wysokoobrotowej chromatografii przeciwprądowej (HSCCC), dr hab. inż. Sławomir Wybraniec, prof. PK; dr hab. 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.

6. Profilowanie barwników betalain techniką LC-MS w wybranych odmianach kaktusa Cereus peruvianus, dr hab. inż. Sławomir Wybraniec, prof. PK; dr 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.

7. Badania zjawiska migracji grupy acylowej w betacyjaninach, dr hab. inż. Sławomir Wybraniec, prof. PK; dr 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.

Nasze wybrane publikacje i patenty:

• Spórna-Kucab; A. Tekieli; M. Knapek; M. Zużałek; S Wybraniec. Betaxanthin profiling in Beta vulgaris leaves and Gymnocalycium mihanovichii grafted cacti: A comprehensive study. Polish Journal of Food and Nutrition Sciences, 2023, 73, 375–384. https://doi.org/10.31883/pjfns/175032

• 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 var. ‘Rubra’. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 2023, 71, 15017−15034. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.3c03044

• 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.; Wybraniec S. Basella alba L. (Malabar Spinach) as an Abundant Source of Betacyanins: Identification, Stability, and Bioactivity Studies on Natural and Processed Fruit Pigments. Journal of Agriculture and Food Chemistry 2024, 72, 2943−2962. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.3c06225

• Kozioł, Ł.; Knap, M.; Sutor-Świeży, K.; Górska, R.; Dziedzic, E.; Bieniasz, M.; Mielczarek, P.; Popenda, Ł.; Tyszka-Czochara, M.; Wybraniec, S. Identification and reactivity of pigments in prominent vegetable leaves of Basella alba L. var. 'Rubra' (Malabar spinach). Food Chemistry 2024, 445,138714. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.138714

Nagrody, wyróżnienia i stypendia:

• Wyróżnienie za najlepiej wygłoszony referat podczas I edycji ogólnopolskiej konferencji młodych naukowców nt. Zagadnienia i problemy badawcze wyzwania dla młodych naukowców, 1-29 luty 2024 – mgr inż. Anna Tekieli.

• Wyróżnienie za najlepsze wystąpienie podczas I sesji prezentacji III Ogólnopolskiej studenckiej konferencji naukowej "Bliżej Chemii", która odbyła się w dniach 7-8 stycznia 2023 – mgr inż. Anna Tekieli.

• Laureat stypendium z Własnego Funduszu Stypendialnego Politechniki Krakowskiej w naborze letnim 2022/2023 – inż. Mateusz Knap
• I nagroda za najlepszy poster w Sekcji Chemii Ogólnej, Analitycznej i Elektrochemii zaprezentowany podczas I Ogólnopolskiej Konferencji Naukowej PUTChemikon 2023 –
  mgr inż. Mateusz Knap

Projekty i staże naukowe:

• PRELUDIUM-22 (UMO-2023/49/N/NZ9/02658), pt. 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. Narodowe Centrum Nauki
• PRELUDIUM-22 (UMO-2023/49/N/NZ9/01706), pt. Badania przesiewowe in vitro działania przeciwnowotworowego saponin triterpenowych wyizolowanych z buraka ćwikłowego (Beta vulgaris L.) za pomocą chromatografii przeciwprądowej. Narodowe Centrum Nauki

• PRELUDIUM-20 (UMO-2021/41/N/NZ9/03046), pt. Owoce klonów Hylocereus polyrhizus jako alternatywne źródło acylowanych barwników betacyjaninowych w przygotowywaniu mikrosystemów i modulacji metabolizmu komórek raka wątrobowokomórkowego - badania in vitro. Narodowe Centrum Nauki

Współpraca naukowa (Jednostki naukowe i przemysłowe z którymi koło współpracuje)

• Uniwersytet im. Adama Mickiewicza i Instytut Chemii Bioorganicznej PAN w Poznaniu
• Wydział Farmaceutyczny Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie
• Ben-Gurion University of the Negev, The Jacob Blaustein Institutes for Desert Research, Sede-Boker Campus 84990, Israel
• Institut für Lebensmittelchemie, Technische Univeristät Braunschweig, Germany
• Zakład Biochemii, Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa, Państwowy Instytut Badawczy, Puławy, Polska – współpraca w zakresie badań profili saponin w roślinach leczniczych z wykorzystaniem UHPLC-HRMS/MS.
• Katedra Chemii Produktów Naturalnych, Uniwersytet Medyczny w Lublinie, Lublin, Polska – współpraca w zakresie badań profili metabolitów wtórnych w roślinach leczniczych za pomocą HPLC-HRMS/MS.
• Katedra i Zakład Mikrobiologii Farmaceutycznej, Uniwersytet Medyczny w Lublinie, Lublin, Polska – współpraca w zakresie badań nad aktywnością przeciwdrobnoustrojową metabolitów wtórnych (np. saponin, betalain, polifenoli) obecnych w roślinach.
• Zakład Wirusologii z Pracownią Diagnostyki Wirusologicznej, Uniwersytet Medyczny w Lublinie, Lublin, Polska - współpraca w zakresie badań nad aktywnością przeciwwirusową i przeciwnowotworową metabolitów wtórnych (np. saponin, betalain, polifenoli) obecnych w roślinach.

Udział w konferencjach, targach wynalazków

• V Ogólnopolska Konferencja Naukowa „Perspektywy wykorzystania roślin w nauce i przemyśle”. Tygiel. 25 listopada 2023.
• Ogólnopolska Konferencja Młodych Naukowców nt.: Zagadnienia i problemy badawcze wyzwania dla młodych naukowców Edycja I. 1-29 luty 2024.
• VI edycja ogólnopolskiej konferencji młodych naukowców nt. Analiza zagadnienia, analiza wyników - wystąpienie młodego naukowca. 15-17 marca 2024.
• Ogólnopolska konferencja młodych naukowców nt. Zagadnienia i problemy badawcze wyzwania dla młodych naukowców. 6-31 maja 2024.
• Międzynarodowa Konferencja Naukowa - International Congress on Natural Products Research, 13-17 lipca 2024
• III Ogólnopolska Studencka Konferencja Naukowa "Bliżej Chemii" organizowana przez Uniwersytet Jagielloński w Krakowie. 7-8 Stycznia 2023.
• V Pomorskie Studenckie Sympozjum Chemiczne, 25-26 marca 2023.
• Polish Scientific Conference NATURE - zorganizowana przez Stowarzyszenie Młodych Naukowców w Lublinie. Maj 27 2023.
• XV Międzynarodowa Konferencja Naukowa „Horizons of Science” organizowana przez UJ. 2024 Czerwiec 7-8.

Nasza Działalność Organizacyjna (udział w  wydarzeniach popularyzujących naukę, pokazach, warsztatach)

• Promocja Politechniki Krakowskiej – przygotowanie pokazów na Małopolskiej Noc Naukowców – pomysłodawca i organizator wybranych wydarzeń zorganizowanych podczas 17 edycji Małopolskiej Nocy Naukowców odbywającej się na Wydziale Inżynierii i Technologii Chemicznej, 27.09.2023.