Isolamento e caratteristiche

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Isolamento e caratterizzazione di inulina di topinambur
Indagini eseguite  su ordine e in collaborazione con CHARODEITSI SRLU nell’ambito del progetto “Topinambur in Bulgaria”

Panteley P. Denev 1 Nayden D. Delchev 2 Dobrev T. George, Ivan PANCHEV N., Nicholay A. Kirchev

Università degli Studi di Tecnologie Alimentari – Plovdiv

Cattedra di Chimica Organica e Microbiologia

Riassunto

L’inulina è stato isolato da quattro varietà di topinambur (“Energhina”, “Verona”, “Topstar”, “Spindel). Sono definiti la resa, la purezza e le caratteristiche fisico-chimiche generali (angolo specifico di rotazione ottica, il peso molecolare, punto di fusione, viscosità di soluzioni acquose), del polisaccaride ottenuto.

E’ stata effettuata una caratteristica comparativa del contenuto di inulina e dei fruttani comuni nelle  varietà di topinambur indicate. I risultati indicano che i quantitativi di prodotto di destinazione delle quattro varietà sono vicine e che le differenze sono entro 1-3%.

Con un rendimento leggermente superiore (18 7%) e purezza (91%) si differisce l’inulina isolato dalla varietà “Energhina” coltivata in Azienda biologica ? 086.001 di CHARODEITZI SRLU. Questo determina  la varietà di topinambur indicato come la fonte più promettente per l’ottenimento di inulina.

Parole chiave: topinambur, inulina, isolamento, caratterizzazione fisico-chimica

Introduzione

L’inulina e’un polisaccaride di riserva e si riferisce al gruppo dei fruttani.
E ‘largamente  diffusa nel mondo vegetale, ma in quantità più grande si trova nelle radici, nei tuberi e nei rizomi dei rappresentanti della famiglia delle Composite (Asteraceae).  Dal punto di vista chimico è un polimero lineare composto da ß-(2 ? 1) unità collegate di D-fruttosio. La biosintesi dei fruttani è strettamente legata al metabolismo del saccarosio, in quanto sono prodotti della sua fruttolizzazione [2]. Pertanto ciascuna delle loro molecole contengono un residuo di ?-D-glucosio.
Negli ultimi anni l’interesse verso l’inulina e’ aumentato in misura significativa soprattutto per i suoi effetti sulla salute (migliora l’assorbimento del calcio, azione ipolipidemica, effetto prebiotico) e le proprietà funzionali (formazione di gel, proprieta’emulsive, abilita’ di stabilizzare la schiuma ecc.)

Viene aggiunto nei prodotti alimentari con lo scopo di correggere alcuni indicatori organolettici e tecnologici ed anche per il loro arricchimemto di fibre vegetali [9]. Sono stati rielaborati diversi metodi per l’isolamento di inulina che differiscono principalmente per il tipo di estraenti, le condizioni per la conduzione dell’ estrazione, purificazione e concentrazione [1,4,5,6].

La principale materia prima vegetale per la sua produzione  è la cicoria (Cichorium intybus L.). Recentemente l’attenzione dei ricercatori e dei produttori è indirizzata ad altre specie di piante non tradizionali, come e’ il topinambur (Helianthus tuberosus L.).

E ‘noto anche come mela di terra in cui tuberi il tenore di inulina varia tra il 7 e il 20% della massa fresca [8].

Il topinambur è estremamente modesto riguardo il suolo, il clima e la coltivazione. Dà un rendimento alto, cresce e si sviluppa con successo sul territorio di tutto il paese. Tuttavia, la piñata nel nostro paese e’ ancora sottovalutato e i dati per la sua composizione chimica sono scarse.  Non ci sono dati per l’identificazione, l’isolamento e la caratterizzazione di inulina dalle diverse varietà di topinambur.

Lo scopo di questo lavoro è quello di isolare dell’ inulina dalle quattro varietà di topinambur coltivate nel nostro paese e di determinare le sue caratteristiche fisico-chimiche principali.

Materiali e metodi

1. Materia prima per ottenere inulina.

Nelle indagini sono stati utilizzati dei tuberi dalle seguenti varietà di topinambur: “Energhina” (dalla rione della città di Parvomai, distretto di  Plovdiv), “Verona”, “Topstar” e “Spindel (dalla rione della citta’ di Berkovitsa, distretto di Montana). Queste fonti vegetali erano in una fase di maturità tecnologica dei tuberi.

2. Metodo per l’estrazione di inulina:

100 g di materiale vegetale premacinato viene estratto con acqua calda (T ° ~ 90 ° C) per 2-3 min. Al resto della prima estrazione aggiungere una certa quantità di acqua e ripetere la procedura viene ripetuta. Mescolare i due filtrati. Aggiungere una soluzione di Ca (OH) 2 a pH 8.0 e lasciare la miscela  per 1 ora a temperatura ambientale.

Filtrare la precipitazione separata. Neutralizzare il filtrato (a t ° 60-65 ° C) con acido ossalico fino a pH 7,0, aggiungere una piccola quantità di carbone attivo, mescolare e filtrare. Raffreddare il filtrato a t ° 2-5 ° C per 24 ore.  Filtrare la massa amorfa precipitata attraverso l’imbuto di buchner, quindi lavate due volte con etanolo al 95% e una volta con acetone. Essiccare a 40 ° C.

3. Metodi analitici

3,1 Metodo spettrofotometrico per la determinazione di inulina:

Mescolare 2,0 cm3 di soluzione acquosa di inulina  con 2,0 cm3 di HCl di 10% e riscaldare per 10 minuti in un bagno di acqua bollente. Aggiungere 0,5 cm3 reagente di Selivanov (0,5% soluzione di resorcinolo nel 20% di HCl) e riscaldare ancora per 1 minuto. Misurare l’assorbanza a 520 nm. Per la costruzione della retta standard (Figura 1) è utilizzato fruttosio, spettrofotometro “Camspec M107″, i reagenti sono qualificati r.a.

tbl_1

Fig. 1 Retta standard per la determinazione quantitativa di inulina.

3,2 metodo enzimatico per la determinazione quantitativa dei fruttani.

I fruttani sono determinati con  un kit standard ensimatico Megazyme (Megazyme: fructan assay procedure, 2008).

3,3 Determinazione del peso molecolare di inulina.

E ‘utilizzato sistema HPSEC (Waters) colonne Ultrahydrogel 500 e Ultrahydrogel 120, standartizzate con Pullulan, a eluente  0,1 M NaNO3 e velocita’ del flusso  di 0,8 cm3/min.

3.4 Determinazione di angolo specifico di rotazione ottica.

E’ stato utilizzato Automatuc digital polarimeter ?3001RS, KRÜSS (Germany),  ?=589 nm.

3,5 Determinazione della temperatura di fusione.

?’ utilizzato apparecchio BÜCHI 510 (Switzerland).

3,6 Determinazione degli zuccheri riduttori.

I Zuccheri riduttori sono determinate dal metodo di Shoorl [3].

3,7 Determinazione di umidità e di ceneri.

Sono determinate da peso:

contenuto di umidità – dopo l’essiccazione del campione a 105 ° C fino a peso costante;

Ceneri – dopo aver bruciato il campione a 600 ° C per 8 h.

3,8 Determinazione della viscosità dinamica.

E’ utilizzato viscosimetro capillare tipo “Ubelode”di diametro del capillare 0,54 nm. Il tempo di scorrimento del campione di controllo (acqua distillata) è  90,3 s a temperature 25 ± 0,1 ° C. I campioni studiati hanno concentrazioni di inulina 1, 3, 5, 7 e il 10%.
Ogni soluzione è testata in ripetizione di dieci volte, mentre per i calcoli e’ utilizzata una procedura classica per l’elaborazione statistica dei dati sperimentali con il metodo di Gauss. La densità di queste soluzioni è determinata da un picnometro Lyusak Gay. Per il calcolo della viscosità dinamica delle soluzioni e’ utilizzata la formula di Poiseuille:

?=?0. ?.t ,

?0.t0

dove ?0 e’ la viscosita’ dinamica dell’acqua, mPa.s;

? e t – la densità e il tempo di scorrimento della soluzione;

?0 e t0 – la densità e il tempo di scorrimento dell’acqua;

Risultati e discussione

La tabella 1 presenta i dati sul contenuto di inulina e di fruttani comuni di  tipo di inulina nelle quattron varieta’ di topinambur testate.

Tabella. 1 Contenuto di inulina e fruttani comuni nei tuberi di topinambur.

Prova

Tipo di topi nambur

Sost- anza secca

%

* Resa di inulina

%

Purezza di inu-lina

%

Conte nuto di  inuli-na % peso fresco

Conte nuto di inulina, % da s.s.a

Conte nuto di fruttani,% s.s.a.

1

Energina

23,0

18,7

91

17,0

73,9

74,4

2

Verona

21,9

17,2

88

15,1

68,9

70,1

3

Topstar

20,8

16,4

89

14,6

70,2

72,5

4

Spindel

23,1

17,8

88

15,7

67,9

69,4

* s.s.a. – sostanza secca assoluta

–  Resa di prodotto isolato secondo il peso vegetale fresco

Dai dati presentati si vede che le rese di inulina dalle quattro varietà sono vicine e le differenze sono entro 1-3%. Con una migliore resa e  purezza si distingue l’inulina isolata dalla varietà “Energhina”. Questo determina la varietà indicata come la fonte più promettente per l’ottenimento di inulina.
Il contenuto di fruttani rispetto inulina è stato leggermente superiore, che è normale, siccome il metodo ensimatico utilizzato determina il contenuto di fruttani, tra cui i fruttooligosaccaridi a basso peso molecolare (senza saccarosio).

La tabella 2 indica i risultati di studi comparativi sui parametri fisico-chimici di base di inulina, isolato da quattro varietà di topinambur.

Tabella 2 Caratteristiche fisico-chimiche di inulina da topinambur.

Pro va

Inu lina da vari eta’ di topi nam bur

GP

Tf,°?

[?]D20

?? di 5% solu zione acqu osa

Visco sita’ di 5% solu zione acqu osa, a 25 C?, mpa.s

Massa mole- colare

Umi dita,
%

C

Cene re,
%

Zuc cheri ridu centi, %

1

Energina

33

~178

-38,6

6,0

1,31

5600

4,0

0,2

2,0

2

Verona

30

~178

-37,7

6,2

1,27

5206

4,0

0,2

2,5

3

Topstar

28

~175

-34,2

6,4

1,21

4882

4,2

0,3

2,7

4

Spindel

30

~178

-36,8

6,1

1,29

5206

4,1

0,2

2,0

GP =- grado di polimerizzazione; ?f – temperatura di fusione; [?]D20 – angolo specifico di rotazione ottica.  Una caratteristica importante di inulina è il suo peso molecolare, che determina in larga misura anche le sue proprietà funzionali. Nei quattro campioni esaminati esso varia tra 4882-5600 Da, che da una ragione per definire l’inulina come un polisaccarida di catena media con GP. Ciò è confermato anche dall’angolo specifico di rotazione ottica, che secondo i dati di letteratura varia nel range da -32 a -40 ° a seconda del GP. L’inulina ad alto peso molecolare, che è ottenuta tramite recristallizzazione da soluzioni acquose ha [?] D20 =- 40 ° [5].
Eccetto il metodo spettrofotometrico utilizzato, per la purezza dell’ inulina si puo’ giudicare anche dalle sue caratteristiche fisico-chimiche. Riguardo al contenuto di umidità, ceneri, zuccheri riduttori, temperatura di fusione e di pH delle soluzioni acquose, i nostri dati sono simili a quelli noti nella letteratura per l’ inulina, isolato dalle radici di cicoria (Radix Cichorii) [7].
I valori medi della viscosita’dinamica ?  a seconda della concentrazione di inulina (dalla varietà “Energhina”), sono presentati nella figura 2.

tbl_2

Fig. 2 Viscosità dinamica di soluzioni acquose di inulina.

La forma analitica della dipendenza ? = f (c) e’ stata trovata con il metodo di analisi di regressione ed e’ sottoposta alla dipendenza  lineare di tipo ? = a + bc, dove è la concentrazione di soluzioni di inulina; a e b – coefficienti di regressione.  Per le  soluzioni testate ? = 0,9874 +0,0682.c, con coefficiente di correlazione lineare R = 0,9962. Questo consente di prevedere la viscosità delle soluzioni acquose di inulina a seconda della concentrazione di polisaccaride. I risultati ottenuti mostrano che fino al ? 10% le soluzioni acquose di inulina si comportano come fluidi Newtoniani.

Conclusione

Con il metodo utilizzato per l’isolamento di inulina alle condizioni ottimali si ottengono dei rendimenti relativamente elevati e la purezza del prodotto di destinazione. Relativamente l’elevato contenuto di inulina nella varietà “Energhina” la definisce come la fonte più promettente per l’ottenimento di inulina.  Le masse molecolari del polisaccaride testato lo caratterizzano come un polisaccaride a catena media, con GP SP 28-33  che determina in gran parte le sue proprietà funzionali (solubilità in acqua, formazione di gel ecc).La misurazione della viscosità delle soluzioni è un metodo standard che caratterizza il loro comportamento reologico. L’utilizzo di inulina nelle tecnologie alimentari richiede, insieme alle altre caratteristiche fisico-chimiche, la conoscenza anche dei valori numerici della sua viscosita’. I risultati presentati nella fig. 2  permettono di determinare la viscosità delle soluzioni acquose di inulina di una certa concentrazione. Il metodo proposto spettrofotometrico (3.1) può essere usato con successo sia per la determinazione della purezza di inulina che per la sua identificazione quantitativa nei diversi materiali e prodotti alimentari.