A07
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Antonietta Baiano
Carmela Terracone
I composti fenolici negli alimenti
Classificazione, distribuzione,
metodi di estrazione ed analisi
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ARACNE editrice S.r.l.
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via Raffaele Garofalo, 133/A–B
00173 Roma
(06) 93781065
isbn 978–88–548–3247–3
I diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica,
di riproduzione e di adattamento anche parziale,
con qualsiasi mezzo, sono riservati per tutti i Paesi.
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senza il permesso scritto dell’Editore.
I edizione: maggio 2010
Indice
7 Capitolo I
I composti fenolici
1.1. Composti fenolici: definizione e funzioni ‒ 1.2. Classificazione dei
composti fenolici ‒ 1.3. Proprietà chimico-fisiche dei composti fenolici ‒
1.4. Attività antiossidante dei composti fenolici ‒ 1.5. Metabolismo dei
composti fenolici ‒ 1.5.1. Biosintesi dei composti fenolici: la via metabolica dell’acido scichimico e il metabolismo fenilpropanoidico ‒ 1.5.2. Biosintesi dei flavonoidi ‒ 1.5.3. Reazioni dei composti fenolici
39 Capitolo II
Distribuzione dei composti fenolici nei prodotti agro-alimentari
2.1. Contenuti, distribuzione e biodisponibilità dei composti fenolici negli
alimenti ‒ 2.2. Cenni relativi all'assorbimento e al metabolismo dei composti fenolici ‒ 2.3. I composti fenolici delle olive e degli oli ‒ 2.3.1. Aspetti salutistici legati al consumo di olio di oliva ‒ 2.3.2. Aspetti sensoriali
dell'olio di oliva correlati alla presenza di composti fenolici ‒ 2.4. Composti fenolici delle uve e dei vini ‒ 2.4.1. Aspetti salutistici dei prodotti vitivinicoli correlabili ai composti fenolici ‒ 2.4.2. Aspetti sensoriali correlabili
ai composti fenolici di uve e vini ‒ 2.5. Composti fenolici della soia e dei
derivati della soia ‒ 2.5.1. Aspetti salutistici degli isoflavoni della soia ‒
2.6. I composti fenolici dei prodotti ortofrutticoli
91 Capitolo III
Metodi di estrazione e di analisi dei composti fenolici
3.1. Metodi di estrazione dei composti fenolici ‒ 3.1.1. Estrazione Liquido-Liquido ‒ 3.1.2. Estrazione Solido-Liquido ‒ 3.1.3. Altri sistemi di
estrazione ‒ 3.1.4. Estrazione dei composti fenolici dai prodotti olivicolooleari ‒ 3.1.5. Estrazione dei composti fenolici dai prodotti viti-vinicoli ‒
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I composti fenolici negli alimenti
3.1.6. Estrazione dei composti fenolici da sfarinati e prodotti di soia ‒
3.1.7. Estrazione dei composti fenolici dai prodotti ortofrutticoli ‒
3.2. Metodi di analisi dei composti fenolici ‒ 3.2.1. Analisi dei composti
fenolici dei prodotti olivicoli-oleari ‒ 3.2.2. Analisi dei composti fenolici
dei prodotti viti-vinicoli ‒ 3.2.3. Analisi di sfarinati e derivati della soia ‒
3.2.4. Analisi dei composti fenolici dei prodotti ortofrutticoli
123 Capitolo IV
Metodi di misura del potere antiossidante
4.1. Metodi di misura del potere antiossidante ‒ 4.2. Attività antiossidante
di composti fenolici singoli e di estratti fenolici
149 Capitolo V
Correlazione tra contenuto fenolico e attività antiossidante
5.1. Correlazione tra tenore fenolico e attività antiossidante
155 Bibliografia
Capitolo I
I composti fenolici
1.1.Composti fenolici: definizione e funzioni
I composti fenolici rientrano nel gruppo dei composti definiti “fitochimici” comprendenti un insieme estremamente eterogeneo di
sostanze per le quali studi recenti hanno dimostrato un’azione protettiva sulla salute umana se assunti a livelli significativi. I composti
fenolici sono metaboliti secondari, che differiscono dai metaboliti
primari (clorofilla, amminoacidi e carboidrati semplici) in quanto,
pur possedendo importanti funzioni ecologiche, non intervengono
nei processi di assimilazione, respirazione, trasporto e differenziazione della pianta (Taiz & Zeiger, 2009).
Le sostanze fenoliche rappresentano una famiglia numerosa ed
eterogenea di circa 10000 molecole, accomunate da una caratteristica chimica comune: si definisce, infatti, fenolica qualunque molecola caratterizzata, almeno in una sua parte, dalla presenza di un
nucleo aromatico (l’anello benzenico) legato ad uno o più gruppi
funzionali ossidrilici (-OH).
La grande varietà di strutture fenoliche riflette la diversificazione
delle loro funzioni. I composti fenolici possono:
– proteggere la pianta dagli erbivori e dagli insetti fungendo da
repellenti;
– fungere da schermo nei confronti delle radiazioni UV – favoni e flavonoli, due importanti gruppi appartenenti alla classe dei fla7
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I composti fenolici negli alimenti
vonoidi e contenuti nei vacuoli delle cellule epidermiche delle
foglie, sono in grado di proteggere le cellulle da un eccesso
di radiazione UV in quanto in grado di assorbire le radiazioni
elettromagnetiche denominate UV-B (280-320 nm), lasciando
invece passare le radiazioni del visibile che sono importanti ai
fini della fotosintesi (Taiz & Geiger, 2009);
– fungere da difesa rispetto agli insetti e dalle infezioni indotte
dai patogeni microbici ricoprendo il ruolo di antibiotici – alcuni composti aventi struttura riconducibile agli isoflavonoidi, altro importante gruppo dei flavonoidi, hanno mostrato
attività insetticida. Gli isoflavonoidi rappresentano anche
delle “fitoalessine” ossia composti dotati di attività antimicrobica, prodotti ed accumulati in grande quantità a seguito
di infezioni indotte da batteri e funghi allo scopo di arginare
l’invasione da parte dei patogeni. Il meccanismo di tossicità
dei tannini è invece correlato alla capacità di questi composti di inibire gli enzimi extracellulari dei patogeni. Gli stessi
tannini rappresentano dei deterrenti nell’alimentazione degli
insetti;
– costituire un sostegno meccanico – è il caso ad esempio, della
lignina, della suberina e di altri costituenti presenti nella parete
cellulare;
– rappresentare dei pigmenti fiorali capaci di attrarre gli impollinatori e gli animali in grado di effettuare la dispersione del
frutto – i pigmenti delle piante appartengono principalmente
ai carotenoidi (terpenoidi) e ai flavonoidi (composti fenolici).
Tra i flavonoidi, alle antocianine è attribuibile la maggior parte delle colorazioni rosa, rosso, porpora e blu (Taiz & Geiger,
2009). Diversi impollinatori hanno spesso preferenze diverse
per i colori. Oltre alle antocianine, flavoni e flavonoli assorbono a lunghezze d’onda minori rispetto alle antocianine e,
pur non essendo visibili all’occhio umano, lo sono per molti
insetti, api comprese. I flavonoli formano nei fiori le cosiddette
“guide del nettare” ossia cerchi concentrici, macchie e strisce
che servono a guidare gli insetti verso le posizioni di polline e
nettare (Lunau, 1992);
1. I composti fenolici
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– fungere da inibitori di crescita rispetto a piante competitrici
che crescono nelle immediate vicinanze della pianta che li produce – lo studio degli effetti sulle altre piante dei metaboliti
primari e secondari rilasciati da foglie e radici di una pianta
si chiama “allelopatia”. Questi effetti includono l’inibizione
della germinazione dei semi o della crescita con l’obiettivo di
eliminare dei competitor per luce, acqua, elementi nutritivi.
L’acido caffeico e l’acido ferulico sono esempi di composti che
in laboratorio hanno mostrato attività allelopatica (Inderjit &
Dakshini, 1995).
Chimicamente, i composti fenolici derivano da idrocarburi aromatici per sostituzione di uno o più atomi di idrogeno con ossidrili
e sono paragonabili agli alcooli terziari della serie grassa in quanto,
a seguito di ossidazioni, si determinano rotture intramolecolari. Si
distinguono in monovalenti, bivalenti, trivalenti e polivalenti: tra i
primi è da ricordare il fenolo, detto anche acido fenico, di formula
C6H5OH, in cui un atomo di idrogeno del benzene è sostituito da un
gruppo -OH:
I composti fenolici subiscono molto facilmente reazioni di sostituzione elettrofila nelle posizioni orto e para che possono mascherare la funzione ossidrilica, come nel caso delle orto-metilazioni. La
funzione ossidrilica può essere mascherata, ma anche affiancata da
gruppi funzionali, contribuendo a determinare le proprietà chimicofisiche della molecola. Sia i gruppi –OH che gli altri sostituenti presenti sulla molecola possono a loro volta formare legami con altre
molecole.
Le sostanze fenoliche si trovano essenzialmente negli alimenti
di origine vegetale (Lattanzio & Ruggiero, 2003), mentre la loro
presenza negli alimenti di origine animale è assai meno significativa e, in ogni caso, legata all’ingestione di mangimi vegetali da
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I composti fenolici negli alimenti
parte dell’animale stesso. Nei prodotti alimentari, i composti fenolici si trovano principalmente sotto forma di glicosidi, ossia legati ad una molecola di zucchero, soprattutto in parti della pianta
quali foglie, fiori, frutti e semi. Gli agliconi, ovvero le molecole
prive di zucchero, sono invece diffusi soprattutto nei tessuti legnosi e nei semi.
Le piante in cui il metabolismo secondario è particolarmente sviluppato sono tendenzialmente più ricche in sostanze antiossidanti
(Soldatini, 1997).
Gli animali e l’uomo hanno tratto vantaggio, durante la loro evoluzione, dalla disponibilità di sostanze presenti negli alimenti e, pertanto, non hanno sviluppato la capacità di sintetizzare in proprio gli
antiossidanti diventando, di fatto, dipendenti dal regno vegetale per
l’assunzione di tali composti.
Il contenuto in composti fenolici nei tessuti vegetali varia in funzione della specie, della varietà, dell’organo considerato, dello stadio fisiologico, delle condizioni pedoclimatiche e da pianta a pianta
all’interno di una popolazione. Gli enzimi preposti alla biosintesi dei
composti fenolici si differenziano, infatti, in funzione dell’organo
e dello stadio fisiologico della pianta. All’interno di un particolare
organo, inoltre, la variazione di attività enzimatica nelle fasi di biosintesi e turnover dei composti fenolici implica la formazione di un
gradiente decrescente apice-base secondo il quale varia il tenore in
composti fenolici.
I composti fenolici si accumulano preferenzialmente negli organi
aerei piuttosto che nelle radici e maggiormente negli strati epidermici e sub-epidermici dei vari tessuti della pianta per l’effetto induttore
della luce sul metabolismo fenolico. La lignina, la sostanza organica più abbondante nelle piante dopo la cellulosa, è l’eccezione alla
regola, rappresentando l’unico composto fenolico che si accumula
nelle radici delle piante. È importante sottolineare che a livello subcellulare esiste una distinzione tra sito di accumulo e sito di sintesi
dei composti fenolici, quale strategia di detossificazione dei composti fenolici attuata dalla pianta. I fenoli presentano, infatti, una certa
reattività nei confronti dei principali costituenti protoplasmatici e,
conseguentemente, una potenziale tossicità per la stessa cellula che
1. I composti fenolici
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li produce. La rigida ripartizione cellulare, così come i processi di
coniugazione ed i fenomeni di secrezione, risultano indispensabili
nel prevenire la tossicità.
La lignina è assente in alghe e funghi, probabilmente perché tali
organismi sono privi della parete cellulosica in cui il processo di acilazione della cellulosa precede la formazione della lignina. Alghe
e funghi contengono invece fenoli semplici e chinoni (Lattanzio &
Ruggiero, 2003). Nei funghi sono presenti solo occasionalmente dei
flavonoidi di struttura diversa da quelli comunemente presenti nelle
piante. Talvolta, anche nei batteri sono presenti derivati dei composti fenolici.
1.2.Classificazione dei composti fenolici
I composti fenolici si distinguono in diverse classi in funzione del
numero degli anelli fenolici e degli elementi strutturali che legano
tali anelli:
1) fenoli semplici: sono molecole con un solo anello benzenico e
contenenti, come sostituenti, solo gruppi ossidrilici (es. fenolo
e idrochinone). Si trovano principalmente negli oli essenziali
ricavati dalle piante;
2) aldeidi fenoliche: contengono sia il gruppo fenolico che il gruppo
aldeidico (es. aldeide p-idrossibenzoica ed aldeide vanillica);
3) acidi fenolici: sono molto diffusi in natura e rappresentano una
classe molto studiata. Sono costituenti della lignina e dei tessuti delle piante e, se legati a zuccheri, antocianine o altri fenoli,
hanno un’importante funzione nella struttura dei tannini. Le
uve ed i vini sono ricchi di un particolare gruppo di acidi fenolici rappresentato dagli acidi cinnamici;
4) fenil-ammine: sono una famiglia relativamente piccola ma molto importante che, per la coesistenza nella propria struttura
chimica di un gruppo debolmente acido (l’ossidrile) e di uno
molto basico, hanno natura anfotera. Fanno parte di questo
gruppo l’adrenalina, la tirosina e la fenilalanina;
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I composti fenolici negli alimenti
5) fenoli composti: in queste molecole, l’anello fenolico è legato ad
un altro anello benzenico o ad altri composti eterociclici aventi
gruppi funzionali ossidrilici, lattonici e chetonici (es. cumarine
e xantoni);
6) flavonoidi: sono sostanze la cui struttura chimica è composta
da due anelli benzenici collegati mediante una catena a tre atomi di carbonio costituente un anello eterociclico ossigenato.
Le varie classi di flavonoidi differiscono tra loro per la natura di
tale anello centrale, la cui struttura varia soprattutto nello stato di ossidazione (i flavonoidi più ossidati sono i flavoni mentre
i più ridotti sono le catechine). A questo grande gruppo appartengono molecole molto importanti: le catechine, i calconi, i
flavanoni, i flavoni, i flavanonoli, i flavanoli, le leucoantocianidine e le antocianidine;
7) tannini: non sono un’ulteriore famiglia di composti fenolici,
ma una combinazione di vari tipi di queste sostanze. Ancor
oggi una classificazione rigorosa di tale raggruppamento è difficile, pertanto essi sono distinti essenzialmente in idrolizzabili
e condensati.
Le sostanze fenoliche possono essere distinte in funzione del numero di atomi di carbonio (Lattanzio & Ruggiero, 2003):
– fenoli semplici e benzochinoni (C6): non sono molto diffusi nei tessuti vegetali. Esempi sono rappresentati da resorcinolo (il più
raro), cresolo, guaiacolo, florogucinolo e idrochinone (nella forma monoglucosidica, l’arbutina, è il più diffuso). Nei cloroplasti e nei mitocondri delle cellule vegetali sono stati identificati
alcuni chinoni: ne è un esempio l’ubichinone, coinvolto nelle
reazioni del metabolismo primario;
– acidi fenolici e aldeidi fenoliche (C6-C1): gli acidi fenolici sono distribuiti nelle piante principalmente in forma di esteri legati
alla lignina. Ne sono esempi gli acidi salicilico, p-idrossibenzoico, protocatecuico, vanillico e siringico. L’acido gallico, a
differenza dei precedenti, è stato ritrovato soprattutto nelle
specie legnose in forma solubile o legato al glucosio (è il caso
1. I composti fenolici
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dei tannini idrolizzabili). Gli acidi fenolici più importanti sono
i seguenti:
– l’acido ellagico, che può ridurre la probabilità di comparsa
del cancro al colon e all’esofago; inibisce la formazione
degli addotti del DNA e potenzia l’azione degli enzimi che
legano le sostanze cancerogene a molecole che ne favoriscono l’escrezione; è presente nel lampone e nella fragola;
– l’acido clorogenico, che è in grado di rigenerare la vitamina
E ossidata. Si trova soprattutto in mirtilli, pomodori e nella
polpa dell’uva insieme all’acido ellagico;
– l’acido cinnamico, che è un potente antibatterico, antifungino ed antiparassitario. Si combina con altri flavonoidi e
derivati dell’acido benzoico per formare tannini e pigmenti
che conferiscono il particolare bouquet aromatico e il colore ai vini. È presente soprattutto nella cannella, a cui dà il
caratteristico odore e sapore.
Gli acidi fenolici, presenti principalmente nei succhi derivanti da
alcune tipologie di frutta (ad esempio, mirtillo e melograno), sono
in grado di ridurre la capacità di adesione dei batteri ai denti e al
tratto urinario dimostrando, pertanto, ottime capacità antibatteriche. È bene, però, sottolineare che i processi di “addolcimento” a
cui vengono sottoposti i succhi derivanti dai frutti contenenti acidi
fenolici tendono a ridurre il contenuto fenolico. Gli acidi fenolici si
sono dimostrati efficaci anche nella riduzione dell’ossidazione del
colesterolo LDL e nella prevenzione della formazione di nitrosamine (sostanze prodotte a seguito di diete ricche in nitriti e nitrati). Tra
i composti C6-C1 sono da annoverarsi aldeidi quali la salicilaldeide,
la p-idrossibenzaldeide, la p-anisaldeide e l’aldeide protocatecuica,
costituenti comuni di vari oli essenziali. La vanillina (4-idrossi-3metossibenzaldeide), estratta da baccelli di Vanilla planifolia, risulta
essere l’aldeide ritrovata più di frequente.
– acetofenoni e acidi fenilacetici (C6-C2): sono composti poco comuni. Appartengono a questa classe il p-idrossiacetofenone, la
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I composti fenolici negli alimenti
xantoxilina e l’acido p-idrossifenilacetico, a cui è riconosciuta
una discreta attività biologica;
– acidi idrossicinnamici, fenilpropeni, cumarine, isocumarine, cromoni
(C6-C3): queste sostanze, raggruppate nella classe dei fenilpropanoidi, sono ampiamente presenti nelle piante e sono
caratterizzate dalla presenza di una catena alifatica laterale con tre atomi di carbonio legata all’anello aromatico.
L’acido caffeico e gli acidi p-cumarico, ferulico e sinapico
sono gli acidi idrossicinnamici più spesso rinvenuti. L’acido caffeico e l’acido ferulico, in particolare, si trovano in
discrete quantità nel suolo, dove esercitano la loro attività
allelopatica, inibendo la germinazione dei semi di altre specie presenti nelle vicinanze (Inderjit & Dakshini, 1995) e la
crescita di molte piante. I composti appartenenti a questo
gruppo sono presenti soprattutto in forma coniugata, ma è
possibile ritrovarli anche in forma libera quando, durante
l’estrazione dei tessuti vegetali, avviene l’idrolisi chimica o
enzimatica. In natura, la forma degli acidi idrossicinnamici
e dei loro derivati è prevalentemente quella trans (E), che
è la forma più stabile. Le forme cis (Z) e trans sono interconvertibili l’una nell’altra specialmente per effetto delle
radiazioni UV.
Nei tessuti vegetali le cumarine si trovano soprattutto sotto
forma di β-O-D-glucosidi. Sono state rinvenute principalmente l’umbelliferone, l’esculetina e la scopoletina, che dal punto
di vista strutturale corrispondono agli acidi p-cumarico, caffeico e ferulico, essendo le cumarine considerate dei derivati
lattonici dell’acido 2-idrossicinnamico. Le furanocumarine,
una variante strutturalmente più complessa delle cumarine,
derivano essenzialmente dall’umbelliferone per condensazione con una unità isoprenica (C5) e spesso si presentano con gli
-OH fenolici protetti da O-metilazione o da isoprenilazione. La
caratteristica fisiologica delle furanocumarine è la capacità di
inibire la germinazione dei semi fungendo da inibitori esogeni
oppure da agenti allelopatici quando sono rilasciati nel terreno. Le furanocumarine sono composti fototossici (la tossicità
1. I composti fenolici
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è, cioè, indotta dall’esposizione alla luce) largamente presenti
in piante appartenenti alla famiglia delle Umbelliferae quali, ad
esempio, sedano e prezzemolo. Appartengono alla classe delle
cumarine anche le 4-fenilcumarine (classificate come neoflavonoidi) identificate essenzialmente nelle leguminose. In natura
sono poco diffusi i cromoni, che rappresentano una forma isomerica delle cumarine e sono caratterizzati dalla presenza di
un gruppo metilico od alchilico sul C2 e da gruppi ossidrilici
sul C5 e sul C7;
– naftochinoni (C6-C4): sono una classe di pigmenti chinonici,
strutturalmente architettati come il naftalene e presenti nei
tessuti vegetali in forma ridotta, incolore e legati a molecole
di zuccheri. Lo juglone (5-idrossinaftochinone) è presente nei
frutti di noce;
– xantoni (C6-C1-C6): strutturalmente sono analoghi ai flavonoidi
e di solito si presentano nella forma ossigenata come idrossixantoni o metossixantoni. Sono limitatamente presenti nei
tessuti vegetali, tanto da essere stati rinvenuti essenzialmente
nelle radici, nelle foglie e nel legno di due famiglie di piante
superiori, le Gentianaceae e le Guttiferae;
– stilbeni e antrachinoni (C6-C2-C6): gli stilbeni sono ampiamente
diffusi nelle piante superiori e contengono, nella loro molecola,
due anelli benzenici separati da un etano o da un ponte etenico.
Agiscono da regolatori di crescita o da fitoalessine (molecole
dotate di attività antipatogena). I composti a struttura stilbenica hanno da tempo attratto l’attenzione di molti ricercatori per
il loro ampio spettro di attività biologiche. Uno degli stilbeni
più interessanti ed ampiamente studiato è il resveratrolo, una
fitoalessina presente nell’uva e in altri prodotti naturali, dotata di attività chemiopreventiva e citotossica nei confronti delle
cellule tumorali. Gli stilbeni sono presenti nelle uve come composti prodotti dalla pianta in risposta a stress biotici (attacchi
di funghi patogeni) e abiotici (raggi ultravioletti, ferite, metalli
pesanti, ozono, ecc.) ed esplicano un’attività fungistatica (fitoalessine). Anche nelle foglie e nei fiori della vite si trovano
16
I composti fenolici negli alimenti
stilbeni che agiscono come fitoalessine, tuttavia questi organi
non sono utilizzati come prodotti alimentari o medicine e,
quindi, hanno un basso interesse dal punto di vista dietetico
o medico. Gli stilbeni sono presenti anche come composti
costitutivi (non indotti da stress) nelle parti legnose della vite
(tralci), nelle radici, nei semi e in organi semilegnosi come i
raspi. È probabile che siano coinvolti nei meccanismi di resistenza del legno alla decomposizione. Gli antrachinoni sono
composti triciclici, isolati da foglie, steli, baccelli, tegumenti
ed embrioni di diverse specie appartenenti alle famiglie delle
leguminose e delle liliaceae. Sono presenti in molte piante officinali impiegate per le loro proprietà purgative (ad esempio,
il rabarbaro);
– flavonoidi e isoflavonoidi (C6-C3-C6): rappresentano una delle
più vaste classi di composti fenolici e sono ubiquitari nelle piante superiori. La struttura chimica dei flavonoidi o
2-fenil-benzo-α-pironi (Figura 1.1) è costituita da uno scheletro carbonioso di 15 atomi con due anelli aromatici collegati da un ponte a 3 atomi di carbonio: un anello cromonico
è, quindi, legato ad un secondo anello aromatico (B), in posizione 2, 3 o 4.
Figura 1.1 - Struttura base dei flavonoidi.
I flavonoidi, le cui forme principali sono rappresentate in Figura
1.2, possono essere suddivisi in classi in base allo stato di ossidazione dell’eterociclo C e alla posizione dell’anello B:
1. I composti fenolici
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– anello B in posizione 2: flavanoni, flavoni, flavonoli, antocianine;
– anello B in posizione 3: isoflavonoidi;
– anello B in posizione 4: neoflavonoidi.
I flavonoidi sono presenti in natura principalmente nella forma
glicosilata, cioè legati attraverso i gruppi -OH a molecole di zucchero, che a loro volta possono essere legate ad un sostituente acilico
(ad esempio, malonato, p-cumarato, caffeato e ferulato).
La classe dei flavonoidi riveste particolare importanza perché, tra
le diverse migliaia di strutture fenoliche attualmente identificate, è
sicuramente quella più numerosa, comprendente oltre 4000 glicosidi e circa 1800 agliconi. Rientrano nella classe dei flavonoidi 13 tipi di
flavonoidi in senso stretto ed almeno 10 tipi di isoflavonoidi.
I flavanoidi costituiscono una categoria di sostanze polifunzionali ad elevata bioattività. Essi possiedono proprietà biochimiche
di interesse funzionale dal punto di vista nutrizionale e terapeutico. Sono infatti utilizzati come antibiotici, antidiarroici, antiulcera,
antinfiammatori e nel trattamento di alcune patologie quali ipertensione, fragilità vascolare, allergie, ipercolesterolemia. In alcune
specialità farmaceutiche sono, ad esempio, presenti composti quali
rutina ed esperidina. Molti estratti fitoterapici sono preparati a partire dai flavonoidi di piante quali ginkgo biloba, biancospino e vite
rossa. Infine, sono molti i flavonoidi contenuti negli alimenti: a titolo
Figura 1.2 - Strutture chimiche dei principali flavonoidi. Fonte: Carratù & Sanzini,
2005.
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I composti fenolici negli alimenti
di esempio, la quercetina nel tè, il kemferolo in broccoli e cavoli, la
miricetina nell’uva e nel mirtillo.
Le antocianine sono dei glucosidi aventi lo zucchero legato quasi
sempre in posizione 3 e talvolta in altre posizioni. Gli agliconi delle
antocianine rappresentano le antocianidine. Il colore delle antocianine dipende dal numero e dalla posizione dei gruppi ossidrilici e
metossilici legati all’anello B, dalla presenza di metalli quali ferro e
alluminio, dal pH del succo vacuolare e dalla eventuale formazione
di complessi supramolecolari con ioni metallici chelati e pigmenti
flavonici. Le antocianine più diffuse sono la pelargonidina (4’-OH;
arancio-rosso), la cianidina (3’-OH; 4’-OH; rosso porpora), la delfinidina (3’-OH; 4’-OH; 5’-OH; blu porpora), la peonidina (3’-OCH3; 4’OH; rosa scuro), la petunidina (3’-OCH3; 4’-OH; 5’-OCH3; porpora)
(Taiz & Geiger, 2009).
È stato dimostrato che i flavonoidi svolgono un ruolo importante come cardioprotettori: secondo molti studi, infatti, diete ricche in
flavonoidi riducono il rischio di malattie cardiovascolari. Packer et al.
(1991) hanno studiato, ad esempio, le attività biologiche del picnogenolo estratto dalla corteccia del pino marittimo francese (Pinus Maritima)
e costituito da un miscuglio di flavonoidi (procianidine e acidi fenolici).
È stato riportato che il picnogenolo è dotato di attività vasorilassante,
attività di inibizione nel convertire l’enzima angiotensina e capacità di
miglioramento della microcircolazione attraverso l’aumento della permeabilità capillare. Sembra anche che essi siano coinvolti in meccanismi di neuroprotezione: frutti ricchi di antocianine rallentano il declino
della funzione cognitiva legato all’invecchiamento.
L’attività biologica dei flavonoidi è strettamente influenzata da
numero e specifiche posizioni dei gruppi OH e natura dei gruppi
funzionali in funzione dei quali questi composti fenolici possono
comportarsi come agenti antiossidanti o antinfiammatori o addirittura citotossici e mutageni in vitro o in vivo.
La Tabella 1.1 riporta la classificazione dei flavonoidi in sottogruppi con le relative sostanze più rappresentative.
La categoria degli isoflavoni ha ricevuto recentemente particolare attenzione per le sue peculiari proprietà. Questi composti
fanno parte del gruppo di sostanze vegetali ad attività estrogenica
1. I composti fenolici
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Tabella 1.1.Suddivisione dei flavonoidi in classi e relativa indicazione delle sostanze più rappre-
sentative. Adattato da Carratù & Sanzini, 2005.
Classe
Sostanza
Alimento
Isoflavoni
Genisteina
Soia
Daidzeina
Soia
Rutina
Cipolla, mela, uva, broccoli e tè
Luteolina
Limone, olive e sedano
Crisina
Buccia della frutta
Apigenina
Sedano e prezzemolo
Esperidina
Arance
Tangeretina
Agrumi
Quercetina
Tè, cipolle, broccoli, fagioli, cereali, mele e uva
Miricetina
Uva
Kemferolo
Indivia, broccoli e tè
Enina
Uva nera e vino rosso
Cianidina
Uva, lamponi e fragole
Delfinidina
Melanzane
Catechine
Mele, tè, vino e cioccolata
Epicatechina
Uva nera e vino rosso
Epigallocatechine
Mele, tè, vino e cioccolata
Naringinina
Buccia degli agrumi
Tassifolina
Agrumi
Flavoni
Flavonoli
Antocianine
Flavanoli
Flavanoni
denominate “fitoestrogeni”. Essi si trovano in concentrazioni elevate nella soia e in quantità inferiori in molti tipi di frutta, verdura
e cereali integrali. Negli alimenti di origine vegetale sono presenti i fitoestrogeni precursori delle forme attive che, dopo la loro
ingestione, devono essere metabolizzati ed attivati da parte della
flora batterica intestinale per essere assorbiti e risultare biologicamente attivi (Uzzan et al., 2004). Le evidenze epidemiologiche e
sperimentali sugli effetti benefici degli isoflavoni si riferiscono soprattutto alle seguenti condizioni: patologie cardiovascolari, iper-
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I composti fenolici negli alimenti
colestorolemia, sindrome premestruale, menopausa, osteoporosi
e neoplasie.
Le sostanze fenoliche possono essere presenti in forma monomerica, dimerica, oligomerica e polimerica. Alle classi fenoliche descritte fino ad ora, si aggiungono dunque le forme che vanno da dimeri
a grandi oligomeri:
– lignani e neolignani (C6-C3)2: i lignani sono un ampio gruppo
di metaboliti secondari delle piante costituti da unità fenilpropanoidiche. Nelle piante edibili sono presenti come glucosidi
strettamente associati ai costituenti della fibra; nelle parti legnose sono principalmente presenti come agliconi. I semi di
lino sono ricchi di lignani.
Esplicano attività antibatterica, antifungina e antitumorale
(particolarmente nei confronti del tumore al colon e al seno).
I lignani aiutano l’organismo femminile ad utilizzare gli estrogeni. Nelle donne in età fertile con livelli elevati di estrogeni, i
lignani possono prevenirne il sovraccarico e, di conseguenza,
lo sviluppo dei tumori indotto dagli estrogeni. Nelle donne in
menopausa, i lignani agiscono come gli estrogeni prevenendo
la perdita di materiale osseo;
– biflavonoidi (C6-C3-C6)2: ne sono esempi l’amentoflavone e la
ginkgetina;
e le forme polimeriche:
– lignine (C6-C3)n: il nome deriva dal termine latino lignum,
che significa legno, per il contributo che questi polimeri
danno alla parete cellulare di tutte le piante vascolari, incluse le specie erbacee, come costituenti della parete cellulare
associata alla matrice cellulosica tramite ponti idrogeno o
legami covalenti. Questa polimero fenolico costituisce sia
un metabolita primario che secondario. Potenzialmente,
tutte le cellule vegetali sono in grado di produrre lignina in
risposta a situazioni di stress biotico od abiotico, ma essa
si accumula principalmente nei tessuti di sostegno o con-
–
–
1. I composti fenolici
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duttori, come le tracheidi ed i vasi xilematici. La capacità
delle piante di formare lignina è considerata un fattore determinante nel processo di adattamento delle piante all’habitat terrestre. La caratteristica principale della lignina è
la rigidità meccanica dalla quale dipende il rafforzamento
dei fusti e dei tessuti vascolari che consentono la crescita
verso l’alto e permettono all’acqua e agli elementi minerali
di essere trasportati attraverso lo xilema senza il collasso
dei tessuti anche in presenza di pressioni negative. La sua
durezza ne riduce l’appetibilità per gli animali. Essa risulta
inoltre relativamente indigeribile per gli erbivori. A livello
subcellulare, la lignina è depositata nella parete cellulare,
contrariamente agli altri composti fenolici che sono immagazzinati nel vacuolo;
catecolmelanine (C6)n: le melanine sono dei pigmenti scuri che
si formano in seguito a polimerizzazione ossidativa di substrati orto-difenolici e sono generalmente presenti in forma
combinata con proteine;
tannini condensati (C6-C3-C6)n: sono polimeri che fanno capo
a due sottogruppi, distinti per le loro caratteristiche strutturali:
• polimeri dell’unità base dei flavonoidi, il flavan-3-olo, normalmente non associati a zuccheri (tannini condensati o
proantocianidine); frequenti nelle piante legnose;
• polimeri eterogenei contenenti acidi fenolici e zuccheri
semplici, più piccoli dei tannini condensati, che liberano
zuccheri (normalmente D-glucosio) per idrolisi acida,
basica o, in alcuni casi, enzimatica (tannini idrolizzabili).
I tannini sono polimeri fenolici vegetali con proprietà difensive, efficaci come repellenti nei confronti di predatori
e parassiti, tanto da essere considerate tossine generiche.
Infatti, grazie alla proprietà dell’astringenza (capacità di far
precipitare le proteine salivari), rendono i tessuti vegetali
sgradevoli per gli animali. Questo meccanismo difende la
pianta dall’invasione da parte di organismi parassiti. I frutti
immaturi, ad esempio, hanno solitamente un elevato con-
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I composti fenolici negli alimenti
tenuto di tannini, fattore deterrente fino a quando il frutto
non è maturo.
Altro polimero fenolico indispensabile per le piante è sicuramente la suberina che, legandosi alle pareti cellulari del periderma, funge
da barriera nei confronti dell’acqua e di vari soluti. La formazione
della suberina è spesso indotta da ferite provocate nei tessuti vegetali
a causa di attacchi fungini o danni meccanici.
1.3. Proprietà chimico-fisiche dei composti fenolici
I fenoli, come gli alcoli, possono trasformarsi in esteri, in quanto il
gruppo ossidrilico reagisce con le anidridi ed i cloruri degli acidi, oppure
possono trasformarsi in eteri per reazione dei corrispondenti fenossidi
(buoni nucleofili) con alogenuri o solfati alchilici (Russo et al., 1998).
Natura acida. La presenza di gruppi OH, come per gli alcoli, influisce notevolmente sulle proprietà chimico-fisiche dei composti fenolici, in particolare aumentandone il carattere idrofilico e conferendo
loro una natura acida. Tale natura acida si spiega con la delocalizzazione per risonanza (Figura 1.3) della carica negativa, che nello ione
fenossido è suddivisa su quattro atomi, con l’effetto di stabilizzare la
struttura. Tuttavia, a differenza degli alcoli alifatici (pKa~14), una
soluzione acquosa di un composto fenolico presenta solo una debole
acidità (pKa ~10) e quindi una debole dissociazione in anione fenos-
Figura 1.3 - Stabilizzazione per risonanza dello ione fenossido. Fonte: William H.
Brown. Chimica Organica.
1. I composti fenolici
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sido ed H+ (Lattanzio & Ruggiero, 2003). L’acidità dei fenoli varia inoltre in funzione dei sostituenti e della loro posizione nella struttura.
Solubilità. Come risultato della contrapposizione tra la tendenza
idrofila del gruppo ossidrilico e quella idrofoba dell’anello idrocarburico aromatico, i fenoli sono solo moderatamente solubili in acqua (Russo et al., 1998).
I fenoli si sciolgono completamente nelle soluzioni acquose di idrossido di sodio perchè si trasformano in sali (fenossido di sodio) grazie
alla loro acidità e possono essere solubili in acqua se si trovano nella forma glucosidica. Per gli agliconi la solubilità in acqua migliora proporzionalmente all’aumentare del numero di ossidrili presenti sull’anello
benzenico. I composti fenolici con pochi gruppi ossidrilici sono solubili
in metanolo, etanolo, cloroformio, etere ed etilacetato. I fenoli aventi
catene alifatiche laterali sono solubili in solventi poco polari.
Reattività dei composti fenolici. I gruppi ossidrilici dei composti fenolici possono formare legami idrogeno intramolecolari o con altre
molecole quali proteine ed alcaloidi, dando luogo ad aggregati polimolecolari. Per questo motivo, i punti di ebollizione e di fusione
sono molto più alti di quelli degli idrocarburi aventi lo stesso peso
molecolare (Russo et al., 1998).
Le reazioni tra i composti fenolici e le proteine possono essere irreversibili se sono di tipo ossidativo o reversibili se portano alla formazione di legami idrogeno, in cui sembra sia coinvolto il gruppo carbonilico come accettore di idrogeno dalla molecola fenolica. Nel caso dei
tannini, si possono formare deboli legami ionici tra i gruppi anionici
della molecola fenolica e i gruppi cationici della struttura proteica.
Nel caso dei complessi tannini-proteine, un ruolo importante è svolto
dai legami ammidici e peptidici (Lattanzio & Ruggiero, 2003).
I chinoni reagiscono con le proteine più rapidamente delle forme
ridotte e con un meccanismo non enzimatico, portando alla formazione di legami più stabili; i chinoni possono, infatti, subire un attacco nucleofilo (da parte di molecole che posseggono gruppi amminici, tiolici o gruppi metilinici attivati) o essere ridotti.
Le reazioni tra composti fenolici/chinoni e proteine hanno un
ruolo biologico fondamentale perchè coinvolte nell’inibizione o
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I composti fenolici negli alimenti
attivazione di enzimi, nei meccanismi che permettono alle piante
di opporre resistenza agli attacchi microbici, nel metabolismo postraccolta dei prodotti ortofrutticoli.
I composti fenolici e i corrispondenti chinoni intervengono anche
nella respirazione cellulare. I chinoni, in particolare, trasformandosi
in semichinoni riescono ad interferire con il flusso elettronico nella
catena respiratoria, fungendo da accettori di elettroni dalle flavoproteine ridotte e interrompendo, così, il flusso di equivalenti riducenti
verso il sistema dei citocromi.
I gruppi fenolici, quelli ortodifenolici in particolare, sono estremamente suscettibili a reazioni di ossidazione che, nei sistemi biologici, sono catalizzate dalle polifenolissidasi. Le reazioni di ossidazione dei fenoli seguono un meccanismo radicalico che, passando
per il radicale fenossido, stabile per risonanza, porta alla produzione
di chinoni, quali prodotti finali della reazione ossidativa. I chinoni
sono dotati di proprietà antimicrobiche, hanno la capacità di inibire
gli enzimi formando legami non specifici o reagendo con i rispettivi substrati o cofattori e di precipitare alcune proteine. È proprio
l’abilità di reagire con enzimi e proteine che rende i chinoni capaci
di inibire la fosforilazione e di conseguenza l’attività catalitica. I chinoni possono polimerizzare dando luogo alle melanine. Oltre ai sopra descritti aspetti positivi, le reazioni di ossidazione dei composti
fenolici comportano anche modifiche negative sul prodotto. A titolo
esemplificativo, esse inducono modifiche del sapore e del colore: i
chinoni sono infatti più colorati dei rispettivi fenoli e quasi sempre
presentano una colorazione bruna, gradita solo in certi prodotti (è il
caso del cacao, del caffè, del tè e dei datteri) ma assolutamente indesiderato in altri (frutta e verdura). La variazione di colore causata da
reazioni ossidative è conosciuta come “imbrunimento enzimatico”,
che è accelerato da lesioni e microlesioni del tessuto vegetale che,
determinando la rottura delle cellule vegetali, inducono la fuoriuscita delle sostanze fenoliche dal loro sito di accumulo, i vacuoli, e
il conseguente contatto con l’ossigeno e con gli enzimi ossidanti,
dando inizio alle reazioni ossidative.
Il successivo paragrafo è dedicato alle proprietà antiossidanti dei
composti fenolici.