Mendelova univerzita v Brně. Agronomická fakulta. Ústav chemie a biochemie. Antinutriční látky v potravinách. Bakalářská práce

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav chemie a biochemie Antinutriční látky v potravinách Bakalářská práce Vedoucí práce: prof. RNDr. Bořivoj Klejdus, Ph.D. Vypracovala: Pavla Fadrhoncová Brno 2013

2 PROHLÁŠENÍ: Prohlašuji, že jsem tuto bakalářskou práci na téma Antinutriční látky v potravinách vypracovala samostatně a použitou literaturu a zdroje, ze kterých jsem čerpala informace, uvádím na jejím konci v oddílu seznam literatury. V Brně dne: Podpis:

3 PODĚKOVÁNÍ: Ráda bych poděkovala mému vedoucímu práce panu prof. RNDr. Bořivoji Klejdusovi, Ph.D. za pomoc, během zpracovávání této bakalářské práce.

4 ABSTRAKT Tato bakalářská práce hovoří o antinutričních látkách, které se nacházejí jak v potravinách pro lidskou výživu, tak i v krmivech pro zvířata. Je zde popsáno, co to jsou antinutriční látky, jakým způsobem se do potravin a krmiv mohou dostávat, pokud nejsou jejich přirozenou součástí. Je zde vypsáno jejich rozdělení podle nepříznivých účinků, které vykazují na organizmus lidí a zvířat. V rozdělení jsou popsány látky, které do jednotlivých skupin patří, jejich chemické struktury, jejich nejčastější výskyt, jejich množství obsažené v rostlinách, potravinách a krmivech, které nemusí mít vždy negativní účinek na organizmus. Klíčová slova: Potraviny, krmiva, kladné účinky, nepříznivé účinky, výskyt ABSTRACT This bachelor thesis speak about antinutritional substances which can be found in human food nutrition and in animal feed. It describes what are the antinutritional substances, how does it get into the food and feed when they are not a natural compound. The thesis lists the division according the negative effects, affecting the organism of humans or animals. The divison also describes the substances which belong to the each particular group, their chemical structure, the most frequent occurrence and the amount present in plants, food and feed, which may not always have a negative effect on the organism. Keywords: Food, feed, possitive effects, negative effects, occurrence

5 OBSAH 1 ÚVOD CÍL PRÁCE ANTINUTRIČNÍ LÁTKY Rozdělení antinutričních látek Pozitivní účinky antinutričních látek ANTIVITAMINY Enzymy štěpící vitaminy na neúčinné sloučeniny Látky, které se svou strukturou podobají vitaminům, ale nejsou schopny katalýzy v biologicky aktivních systémech Látky, které tvoři nevyužitelné komplexy INHIBITORY ENZYMŮ Inhibitory proteáz Inhibitory Kunitzova typu Inhibitory Bowmanova- Birkova typu Inhibitory sacharáz SLOUČENINY INTERFERUJÍCÍ S METABOLIZMEM MINERÁLNÍCH LÁTEK Glukosinoláty Strumigenní glukosinoláty Kyselina šťavelová Kyselina fytová SACHARIDY Antinutriční polysacharidy... 22

6 8 NĚKTERÉ FENOLOVÉ SLOUČENINY Saponiny Třísloviny (taniny) Fytoestrogeny Alkylresorcinoly Lignin ANTINUTRIČNÍ LÁTKY S TOXICKÝMI ÚČINKY Mykotoxiny Alkaloidy Chinolizidinové alkaloidy Pyrrolizidinové alkaloidy Steroidní glykoalkaloidy Biogenní aminy ZÁVĚR SEZNAM LITERATURY SEZNAM TABULEK SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM ZKRATEK... 48

7 1 ÚVOD Potraviny a krmiva pro hospodářská zvířata kromě živin, vitamínů a dalších látek důležitých pro organizmus obsahují i látky, které mohou na oraganizmus působit i negativně. Tyto látky se souhrnně nazývají antinutriční. Mohou být přirozenou součastí potravin, nebo se do nich dostávat během zpracování či záměrném přidávání, pro zvyšování její kvality. Jak již vyplývá z názvu, tak snižují nutriční hodnotu jednotlivých živin. Prostřednictvím svých funckí mohou inhibovat některé důležité enzymy, vázat minerální látky a zabraňovat tak jejich vstřebávání, vytvářet neúčinné komplexy s vitamíny. Spousta rostlin obsahuje fenolové sloučeniny, které také mohou vyvolávat různá onemocnění, někdy vést i ke smrti. Proto je nutné, během jejich zkrmování hospodářským zvířatům kontrolovat jejich obsah. Některé antinutriční látky mohou být i toxické. Pro tyto látky je stanoveno nejvyšší povolenné množství, které organizmus ještě nepoškodí. Nicméně, kromě negativních účinků mohou antinutriční látky vykazovat i kladné účinky. Pozitivní účinky se podobají účinkům působení vlákniny v organizmu. 8

8 2 CÍL PRÁCE Cílem této bakalářské práce s názvem antinutriční látky v potravinách, je shromáždit informace o tomto tématu prostřednictvím různé odborné literatury, vědeckých článků z časopisů, popřípadě z ověřených internetových zdrojů a vytvořit tak literární rešerši. Tato práce má podat přehled o tom, co jsou to antinutriční látky, které látky do nich patří, kde se vyskytují a v jakém množství a jaké vykazují negativní či pozitivní účinky. 9

9 3 ANTINUTRIČNÍ LÁTKY V potravinách a krmivech pro hospodářská zvířata se mohou vyskytovat i látky, které na organizmus člověka a zvířat působí nepříznivě. Některé z těchto látek vykazují toxické účinky. Příjem těchto látek nebývá tak velký, aby způsobil akutní otravu. Tyto látky však mohou výrazně oslabovat organizmus a u hospodářských zvířat snižovat užitkovost. A to pokud se konzumují delší dobu v menších denních dávkách (Kalač, 2001). Antinutriční látky působí na aktivitu některých enzymů, vitamínů a minerálních látek. Negativně ovlivňují také stravitelnost, využitelnost základních živin a výživovou hodnotu potravin (Velíšek a Hajšlová, 2009). Většinou pochází ze skupiny organických látek rostlinného původu. Některé mohou být produkovány i určitými mikroorganismy (Kalač, 2001). 3.1 Rozdělení antinutričních látek Přírodní antinutriční látky: V potravinách jsou obsaženy vlivem genetických dispozic rostlinných nebo živočišných organismů, které je syntetizují. Cizorodé látky: Dělí se podle způsobu, jakým se v potravině vyskytují. 1) Látky, přidávané do potravin během zpracování s úmyslem zvýšit kvalitu dané potraviny. Takové látky se nazývají přídatné neboli aditivní. 2) Látky, které se do potravin dostávají náhodou při manipulaci s potravinami. Nebo vznikají chemickými a fyzikálními procesy. Takové látky zahrnuje skupina znečišťujících nebo kontaminujících látek (Velíšek, 1999) 3.2 Pozitivní účinky antinutričních látek Bylo prozkoumáno, že antinutriční látky mohou vykazovat i kladné účinky. Tyto účinky se podobají působení vlákniny, která je obsažena v ovoci, zelenině a cereáliích. Některé z nich napomáhají snižovat obsah glukózy v krvi. Jsou to např. fytáty, třísloviny, lektiny a inhibitory amyláz. Dále se některé z nich podílejí na snížení obsahu lipidů v krvi. Patří sem saponiny, které mají hypocholesterolemické účinky. Tuto aktivitu vykazují i fytáty, inhibitory amyláz, fenolové sloučeniny, fytoestrogeny a lignany. Dále kyselina fytová, 10

10 inhibitory proteáz, fytoestrogeny, fenolové sloučeniny, saponiny a lignany snižují riziko rakoviny. Další kladné účinky na lidský organizmus: Saponiny jsou součástí mnoha léků, protože zlepšují vykašlávání a mají protizánětlivé účinky. Lignany brání revmatickému onemocnění kloubů, tvorbě ledvinových kamenů a lupénky. Kyselina fytová zabraňuje vzniku zubních kamenů, seskupování krevních destiček a zvýšenému ukládání vápníku (Benešová, 1996). 4 ANTIVITAMÍNY V biochemických systémech se kromě exogenních esenciálních biokatalyzátorů neboli vitamínů vyskytují i látky, které zpomalují metabolické reakce. Tyto látky ruší katalytický účinek vitamínu a nazývají se antivitamíny (Šícho et al., 1981). Rozdělení antivitamínů (Šícho et al., 1981): 1) Enzymy štěpící vitamíny na neúčinné sloučeniny 2) Látky, které se svou strukturou podobají vitamínům, ale nejsou schopny katalýzy v biologicky aktivních systémech 3) Látky, které tvoří nevyužitelné komplexy 4.1 Enzymy štěpící vitamíny na neúčinné sloučeniny Antivitamín thiaminu (B 1 ): Thiamin se vyskytuje ve volné a vázané formě fosforečných esterů. Největším zdrojem thiaminu jsou cereální výrobky, maso a masné výrobky, mléko a mléčné výrobky, brambory, luštěniny, vejce, ovoce a zelenina. Antagonistou thiaminu jsou enzymy thiaminázy. Jsou známy thiamináza 1, která je přítomna hlavně v syrovém mase sladkovodních a některých mořských ryb, v mlžích, v syrových vnitřnostech hospodářských zvířat a v některých rostlinách. Dále se vyskytuje thiamináza 2, která je produkována některými bakteriemi. Thiamináza 1 degraduje molekulu thiaminu tím, že odštěpí dusíkatou bázi a naváže na ni jinou sloučeninu. Proběhne tzv. výměnná reakce. Thiamináza 2 urychluje hydrolýzu, za vzniku totožných látek jako při procesu 11

11 neenzymové hydrolýzy. Nedostatek thiaminu se projevuje svalovou únavou, nechutenstvím, hubnutím a podrážděností. Avitaminóza způsobuje také neurologickou nemoc zvanou beri-beri (Velíšek a Hajšlová, 2009). Antivitamín A: Vitamín A a jeho provitamíny patří mezi isoprenoidy. Provitamíny A jsou tetraterpeny nebo tetraterpenoidy, které pochází ze skupiny karotenoidů. Jejich štěpné produkty se nazývají apokarotenoidy. Nejdůležitějším apokarotenoidem je alltrans retinol neboli vitamín A 1. Nedostatek vitamínu A způsobuje šeroslepost, deformaci kostí a reprodukčních orgánů, inhibuje růst a keratinizuje sliznici. Vysoké příjmy vitamínu A mají za následek zvýšení jaterní rezervy až projevy hypervitaminózy. Jaterní rezerva je akutní či chronická intoxikace s mnoha příznaky zahrnující i strumigenicitu. Při vyšším přijmu provitamínu A nedochází k hypervitaminóze. Pouze může dojít k přechodnému žlutému zbarvení kůže (Velíšek a Hajšlová, 2009). Antivitamínem alltrans izomeru provitamínu A a retinolu je enzym lypoxygenáza. Lypoxygenáza patří mezi oxidačně redukční enzymy. V pekařství se lypoxygenáza používá jako enzymově aktivní sójová mouka pro zesvětlení barvy střídky. Dochází totiž k rozpadu karotenoidních barviv. Vysoký obsah lipoxygenázy vykazují semena luštěnin a to hlavně sójové boby. Tento enzym je také produkován některými mikroorganismy (Benešová,1997). 4.2 Látky, které se svou strukturou podobají vitaminům, ale nejsou schopny katalýzy v biologicky aktivních systémech Antivitamin H: Avidin je protein, který se vyskytuje ve vaječném bílku. Tato bílkovina váže pomocí nekovalentní vazby vitamin H a vytváří s ním komplex avidin-biotin. Tento komplex zamezuje vstřebávání biotinu v tenkém střevě a je rezistentní vůči působení trávících enzymů. Aby však tato situace mohla nastat, tak by člověk musel sníst syrových vajec. Syrových proto, že vařením či smažením se bílkovina avidinu denaturuje a tím se potlačuje jeho schopnost vázat vitamin H. Další absorpci vitaminu H způsobuje nadměrné pití alkoholu, či požívání potravin s vysokým obsahem tříslovin a antibiotik. Avitaminóza vitamínu H se projevuje různými kožními onemocněními (Püssa, 2008). 12

12 4.3 Látky, které tvoři nevyužitelné komplexy Tabulka 1: Přehled látek podobných vitamínům (Šícho et al., 1981) s-adenosylmethionin U cabigen o-aminobenzoát L 1 p-aminobezoát H PAB bioflavonoidy P antipermeabilní v. furyladenin subs. L 2 cholin - myo-inositol - karnitin B 1 α-lipoát - lipoová kyselina nitrilosidy B 17 β-kyanogenní glukosidy pangamát B 15 Mechanismus působení látek strukturně podobných vitamínům: Z kinetického hlediska látky působí jako kompetitivní inhibitory. Neboli soutěží se substrátem o aktivní místo na enzymu. Rozsah inhibice se odvíjí od poměru koncentrace mezi substrátem a danou látkou a taky od afinity k danému enzymu. Pokud je dostatečně vysoká koncentrace substrátu, tak lze vytvoření neúčinného komplexu s inhibitorem odstranit (Vodrážka, 1996). Pozitivní účinky antivitamínů: Kladné účinky antivitamínů se využívají v lékařství. Patří sem např. sulfonamidy, které blokují kyselinu p-aminobenzoovou, což je faktor růstu mnoha bakterií. Tímto potlačují růst patogenních mikroorganismů. Dále pak látky aminopterin a amethopterin, což jsou antivitamíny kyseliny listové, chrání před zhoubným onemocněním jako je leukémie. Dále se ještě využívá antivitamín K dikumarol, který je nápomocný při léčbě trombózy. Dále jsou antivitamíny schopny nastartovat biosyntézu některých vitamínů vzniklých fermentací (Šícho et al., 1981). 13

13 Tabulka 2: Vitamíny a některé jejich antivitamíny (Šícho et al., 1981) vitamíny thiamin riboflavin pyridoxin nikotinová kyselina biotin listová kyselina p-aminobenzoová kyselina lipoová kyselina korinoidy pantothenová kyselina retinol kalciferoly tokoferoly vitamín K L-askorbová kyselina antivitamíny oxythiamin, pyrythiamin, thiaminasa dichlorflavin 4-deoxypyridoxol pyridin-3-sulfonová kyselina avidin, norbiotin aminopterin, amethopterin sulfonamidy, diaminobenzyl 8-methylthiooktová kyselina o-fenyldiamin pantoyltaurin nejsou známy nejsou známy α-tokoferylchinon dikumarol askorbáza 5 INHIBITORY ENZYMŮ Antienzymy, jsou nízkomolekulární a vysokomolekulární látky, které se přirozeně vyskytují v potravině nebo jsou to látky cizorodé. Inhibitory enzymů negativně ovlivňují aktivitu enzymů. Nejvýznamnějšími antienzymy jsou inhibitory proteáz (Velíšek a Hajšlová, 2009). 5.1 Inhibitory proteáz Jsou proteiny nebo polypeptidy, které jsou schopné snižovat aktivitu trávících enzymů proteáz. Dělí se do dvou skupin podle druhu proteáz, které dokážou inhibovat (Velíšek, 1999). 14

14 a) Inhibitory serinových proteáz, např. trypsinu, chymotripsynu, elastasy, plasminu b)inhibitory sulfhydrylových proteáz, např. pepsinu, thrombinu Inhibitory serinových proteáz: Patří sem inhibitory Kunitzova typu a inhibitory Bowmanova-Birkova typu (Velíšek, 1999). Výskyt inhibitorů proteáz a jejich funkce: Inhibitory proteáz jsou obsaženy hlavně v cereáliích a luštěninách. Největší množství se nachází v syrových bobech (Benešová, 1996). Můžeme je nalézt také v rostlinných materiálech, jako jsou brambory či rajčata. Jsou známy také inhibitory proteáz mikrobiálního a živočišného původu (Velíšek a Hajšlová, 2009). V rostlinách mají inhibitory proteáz funkci ochrany cytosolu proti uvolněným endogenním proteázám, což nastává při poškození buněčné struktury. Dále jsou zásobními proteiny při klíčení a podílí se na protekci rostlinných pletiv proti virům, bakteriím, houbám a různým predátorům (Velíšek a Hajšlová, 2009). Negativní účinky inhibitorů proteáz: Jsou příčinou zpomalení růstu, hypertrofie pankreatu. Způsobují příliš velkou ztrátu pankreatických enzymů a narušují metabolizmus během využívání sirných aminokyselin (Benešová, 1996). 5.2 Inhibitory Kunitzova typu V molekule obsahují dva disulfidové můstky a působí specificky vůči trypsinu. Nejznámější jsou Kunitzovy inhibitory ze sójových bobů. Zařazují se mezi isoinhibitory, kde hlavní složkou je protein, složený ze 181 zbytků aminokyselin. Mezi zbytky aminokyselin Arg 63 a Ile 64, dochází k reakci s trypsinem. Vytvořený komplex s trypsinem je obdobou komplexu enzym-substrát, akorát u něho téměř vůbec nedochází k disociaci na původní proteiny (Velíšek a Hajšlová, 2009). 5.3 Inhibitory Bowmanova- Birkova typu Obsahují více disulfidových můstků a vlivem existence dvou vazebných míst v molekule jsou specifické vůči trypsinu i chymotrypsinu. Je známa spousta různých typů inhibitorů Bowmanova-Birkova. Sója obsahuje 5 různých isoinhibitorů, značených jako PI-I až PI-V. Inhibitor PI-I se řadí mezi polypeptidy. K navázání trypsinu a vytvoření nežádoucího komplexu dochází prostřednictvím aminokyseliny Lys 16-Ser 15

15 17. U chymotrypsinu je to za pomocí aminokyseliny Leu 44-Ser 45. Další inhibitory s podobnou strukturou a vlastnostmi jsou např. GBI nacházející se ve fazolu, GI v podzemnici olejné či BTI v pohance (Velíšek, 1999). Inaktivace: Negativní účinky inhibitorů se odstraňují tepelnou úpravou při zpracovávání surovin. Snižující se aktivita inhibitorů je závislá na době zahřívání, teplotě, obsahu vody a velikosti částic dané suroviny. Ke snížení aktivity Kunitzových inhibitorů dochází již během klíčení zralých sójových bobů. Dochází totiž k proteolýze a syntéze de novo a vytvářejí se jejich modifikované formy. K minimalizaci působení negativních vlastnosti inhibitorů je jich potřeba inaktivovat 50-60%. Toto se velice dobře daří u trypsinových inhibitorů obsažených v sójových produktech, protože vykazují asi jen 20% aktivitu oproti syrovým bobům (Velíšek a Hajšlová, 2009). Pozitivní účinky inhibitoru proteáz: In vitro zabraňují přeměně buněk, způsobené různými karcinogeny jako je ionizující záření, UV světlo, steroidní hormony nebo chemické karcinogeny. Bowman-Birkův inhibitor ze sóje potlačuje chemicky způsobenou rakovinu jater, plic a tlustého střeva. Mechanizmus působení spočívá ve snížení stravitelnosti bílkovin, a tím se sníží i počet aminokyselin, které rakovinné buňky potřebují pro svůj růst. Nebo je potlačena tvorba radikálů superoxidového aniontu a peroxidu vodíku, které šíří vznik rakoviny (Benešová, 1996). 5.4 Inhibitory sacharáz Spousta obilovin a cereálních výrobků obsahuje proteiny, které pozastavují činnost živočišných, ale ne rostlinných amyláz (Velíšek a Hajšlová, 2009). Amylázy jsou enzymy, které urychlují štěpení vazeb α-(1 4) amylosy a amylopektinu. Amyláza existuje ve formě α-amylázy a β-amylázy. Enzym α-amyláza je endoglykosidasou štěpící vazbu škrobu uvnitř řetězce na dextriny. Enzym β-amyláza je exoglykosidasou štěpící vazby škrobu od neredukujícího konce molekuly. Výsledkem je odštěpení dvou glukózových jednotek ve formě maltosy. Amylázy jsou velice důležité v pekárenské technologii. Zvyšují objem výrobku, zlepšují barvu kůrky, zlepšují texturu střídy a zpomalují stárnutí výrobku (Příhoda et al., 2009). Inhibitory amyláz: Byly nalezeny v pšenici, žitu, fazolích, bramborách, čiroku, ovsu. Vytvořením komplexu s amylázou se zpomaluje odbourávání škrobu. U člověka inhibitory amyláz způsobují průjmy a zvracení (Benešová, 1996). 16

16 6 SLOUČENINY INTERFERUJÍCÍ S METABOLIZMEM MINERÁLNÍCH LÁTEK 6.1 Glukosinoláty Obecná struktura glukosinolátů má tři společné domény. Β-thioglukosový zbytek, aglykon a různý postranní řetězec odvozený od jedné nebo několika aminokyselin. Všeobecně platí, že glukosinoláty se nacházejí v přírodě ve formě odpovídajících draselných solí. Podle struktury postranního řetězce se glukosinoláty dělí do čtyř základních skupin: alifatické glukosinoláty, alifatické glukosinoláty obsahující síru s methylthio skupinou, aromatické glukosinoláty a indolderivátové glukosinoláty. Sirné sloučeniny se účastní chuťových a čichových vlastností krmiv a potravin. Některé štěpné produkty glukosinolátů způsobují slzení, palčivost, štiplavost a hořkost. Tyto vlastnosti jsou kladné pro ochucování potravin, jako jsou hořčice a křen. Nežádoucí jsou však u brukvovitých krmiv. Zde zhoršují chutnost, a tím dochází k poklesu příjmu a užitkovosti zvířat (Kalač a Míka, 1997). Postranní řetězec určuje jejich fyzikální, chemické a biologické vlastnosti (Velíšek a Cejpek, 2008). Mezi nejdůležitější plodiny, které obsahují glukosinoláty, se řadí řepka olejná, brukev, řepka ladní a hořčice sareptská. Tyto tři typy plodin obsahují v semenech asi 400 g oleje a přibližně 250 g bílkovin na kilogram. Používání řepkového krmiva a potravin jako zdroje bílkovin pro hospodářská zvířata a člověka, je limitováno. Je to z toho důvodu, že bílkovinné frakce obsahují také toxické a antinutriční složky. Tyto složky zahrnují glukosinoláty, kyselinu fytovou a fenolické sloučeniny. Stejně tak olejové frakce obsahují toxiny. A to lipidy pocházející z toxické mastné kyseliny erukové. Všechny čisté glukosinoláty testované na zvířátech, vykazovaly antinutriční a toxické účinky. A to i při použití dávek v nízkých koncentracích ( Brimer, 2011) Strumigenní glukosinoláty Nejtoxičtějšími formami jsou produkty rozkladu glukosinolátů a to oxazolidinthiony. Nejzápornější efekt vykazuje 5-vinyloxazolidin-2-thion neboli goitrin. Ten potlačuje začlenění anorganického jodu do tyroxinových prekurzorů, a tím způsobuje nedostatečnou tvorbu hormonů štítné žlázy. Pokud potravina obsahuje zvýšený podíl jakékoliv 17

17 podoby glukosinolátu, tak může dojít k retardaci růstu, poškození jater, ledvin a nadledvinek. Kritická hodnota je asi 2-5 mg glukosinolátu na gram potravy (Hrdina et al., 2004). Obrázek 1: Vzorec 5-vinyloxazolidin-2-thionu (Hrdina et al., 2004) Negativní účinky glukosinolátů: Štěpné produkty glukosinolátů způsobují krvácivost jater. U drůbeže může dojít na rozdíl od prasete a přežvýkavců až ke smrti. Rovněž může dojít ke snížení plodnosti u hospodářských zvířat. Pokud se glukosinoláty dostanou do vajec a mléka, dochází k negativnímu ovlivnění chuti (Kalač a Míka, 1997). Tabulka 3: Obsah glukosinolátů (mg/kg jedlého podílu) v některých druzích čerstvé zeleniny (Kalač, 2003) zelenina průměr rozsah bílé zelí čínské zelí růžičková kapusta brokolice květák kedluben ředkev Reakce glukosinolátů: U glukosinolátů probíhá enzymová hydrolýza a chemické štěpení při různých podmínkách. V rostlinných buňkách se glukosinoláty a hydrolytické enzymy nachází odděleně. Enzymy jsou aktivovány při mechanickém narušení pletiv. Štěpení vyvolává isoenzym myrosináza. Aktivitu myrosinázy zvyšuje kyselina L- 18

18 askorbová. Chemické štěpení glukosinolátů probíhá v silně kyselém prostředí na karboxylovou kyselinu, glukózu, hydrogensíranový anion a hydroxylamoniový kation. V zásaditém prostředí vzniká z glukosinolátů thioglukosa a α-aminokyselina (Kalač a Míka, 1999). Obrázek 2: Schéma možnosti hydrolýzy enzymů (Kalač a Míka, 1997) 6.2 Kyselina šťavelová Patří mezí dikarboxylové kyseliny. V menší míře se vyskytuje v mnoha druzích zeleniny. Vyšší množství se nachází ve špenátu a rebarboře. Kyselina šťavelová působí negativně tím, že zamezuje vstřebávání vápníku do krve. Vytváří totiž s jeho ionty nerozpustnou sůl. Bylo prozkoumáno, že ze špenátu a rebarbory se dokáže vstřebat jen 2-3% vápníku. Během kulinární úpravy špenátu se přidává mléko, jehož vápník inhibuje ukládání kyseliny šťavelové (Stratil, 2009). 19

19 Obrázek 3: Vzorec kyseliny šťavelové (Stratil, 2009) 6.3 Kyselina fytová Kyselina fytová je známá jako myo-inositol-1,2,3,4,5,6-hexakisdihydrogenfosfát. Je nejčastějším myo-inositol fosfátem v rostlinných buňkách. Vytváří soli s draselnými, hořečnatými, vápenatými, železitými a zinečnatými natými kationty a nazývá se fytin. Fytin je hlavní zásobní formou fosforu a minerálních živin v semenech během jejich klíčení a růstu (Velíšek a Cejpek, 2008). Vyšší dávky fytátů jsou obsaženy v zrnech obilnin, se- menech leguminóz a olejninách. Největší množství kyseliny fytové obsahuje perikarp s přilehlou aleuronovou vrstvou a klíček (Zeman et al., 2009). Fytáty jsou obecně poobilovin a luštěnin odstranit važovány za tepelně ě stabilní. Vařením a namáčením se dá z 50-80% endogenních fytátů. Kyselina fytová má šest reaktivních fosfátů a splňuje krité- ria na chelatační činidlo. Ve skutečnosti může kation vytvářet komplex nejenom v rámci jednoho nebo mezi dvěma fosfátovými skupinami kyseliny fytové, ale také mezi dvěma molekulami kyseliny fytové. Zinek a měď jsou fytáty vázány ve fyziologickém rozmezí ph mnohem pevněji než ostatní minerály (Desphande, 2002). 20

20 Obrázek 4: Možné reakce kyseliny fytové s minerály, bílkovinami a škrobem (Desphande, 2002) Využití fýtátů živočišným organizmem: Využitelnost fytátového fosforu je u kuřat asi kolem 10%. U krůťat je to pouze z 2%. Fosfor je u krůťat nutno podávat i prostřednictvím anorganických sloučenin, jinak dochází k jejich smrti. Tato situace nastává i přesto, že fosfor je ve fytátech obsažen v dostatečném množství. Mnohem lépe fosfor z fytátů dokážou využít prasata a skot. Je to způsobeno rozsáhlejší hydrolýzou, která se uskutečňuje ve vhodném kyselém prostředí v žaludku a částečně v tlustém střevě (Kalač a Míka, 1999). Snížena biologická dostupnost minerálů u zdrojů bohatých na fytáty závisí na mnoha faktorech. Např., na stavu výživy zvířat či lidí, na koncentraci minerálů a fytátů v potravinách, na schopnosti endogenních přenašečů ve střevní sliznici absorbovat důležité minerály vázáné na fytáty, na trávení nebo hydrolýze fytátů enzymy fytázou a fosfatázou. Fytáty inhibují také důležité enzymy, jako jsou trypsin, pepsin, α- amylasa, β-glukosidasa (Desphande, 2002). 21

21 7 SACHARIDY 7.1 Antinutriční polysacharidy Buněčná stěna semen zahrnuje skupinu stavebních polysacharidů. Jsou buď stravitelné omezeně nebo nestravitelné. Vyskytují se ve vláknině a jsou známé pod názvem NSP (non-starch polysaccharides), neboli polysacharidy kromě škrobu. Jen velmi malé množství těchto polysacharidů je rozpustných ve vodě. U hospodářských zvířat zhoršují pohyblivost živin i trávících enzymů a znesnadňují absorpci živin, hlavně tuků. Je to způsobeno bobtnáním a zvýšenou viskozitou tráveniny ve střevním traktu vlivem stavebních polysacharidů (Kalač a Míka, 1997). Polysacharidy z chemického hlediska: Jsou složeny z obrovského množství glukózových jednotek vzájemně spojených glykosidickou vazbou. Polysacharidy jsou kondenzované polymery, ve kterých je glykosidická vazba tvořena glykosilovou jednotkou molekuly hemiacetalu a hydroxylovou skupinou s jinou cukernou jednotkou, která funguje jako akceptor molekuly nebo aglykon (Cui, 2005). Rozdělení polysacharidů (Velíšek, 1999): Podle typu monomerů: homopolysacharidy a heteropolysacharidy Podle řetězce polysacharidů: cyklické a lineární Lineární řetězce mohou být: větvené a nevětvené 22

22 Tabulka 4: Struktura hlavních polysacharidů buněčných stěn ( Kalač a Míka, 1997) stavební jednotky glykosidické vazby vedlejší řetězec polysacharid hlavního řetězce celulóza β-d-glukosa 1 4 žádné β-glukany β-d-glukosa 1 3 a 1 4 žádné arabinoxylany β-d-xylosa 1 4 arabinosa xyloglukany β-d-glukosa 1 4 xylosa, xylosagalaktosa-fukosa galakturonany α-d-galakturonová 1 4 žádné kyselina pektiny α-d-galakturonová kyselina a α-lrhamnosa 1 2 a 1 4 arabinany,galaktany Největší antinutriční účinek vykazují β-glukany a arabinoxylany, řadící se mezi hemicelulózy (Kratochvílová et al., 2007). Nachází se v obilovinách, zelenině, ovoci a luštěninách. Hlavní vlastností arabinoxylanů je schopnost vázat obrovské množství vody. Tím zajišťují hutnou a lepkavou konzistenci žitného těsta ( β- glukany vytváří ve vodě viskózní roztoky. Největší množství obsahuje oves a ječmen. Naopak v pšenici a žitu je jejich obsah velmi malý. Oves a ječmen napomáhají snižovat hladinu LDL-cholesterolu a optimalizují hladinu glukózy v krvi. Tuto schopnost mají právě díky vyššímu obsahu β-glukanů ( Ve sladovnickém průmyslu je důležité vybírat odrůdy ječmene, které obsahují co nejmenší množství těchto látek. Naopak v potravě je pozitivní jejich vyšší množství, protože přestavují velkou část rozpustné vlákniny (Pelikán et al., 1999). V luštěninách se nachází také zásobní polysacharidy α-d-galaktosidy sacharózy. Nejznámější je trisacharid rafinosa, včetně verbakosy, ajukosy, stachyosy a α-galaktosid cyklitolů. Obsahují je především slupky luštěnin. U monogastrických zvířat zapříčiňují flatulenci a gastrointenstinální potíže (Stratil, 2009). 23

23 8 NĚKTERÉ FENOLOVÉ SLOUČENINY 8.1 Saponiny Jsou glykosidické povrchově aktivní látky. Jsou obsaženy v bramborách, jablcích, červené řepě, brokolici, sóji, arašídech, vojtěšce, špenátu a v dalších rostlinách a ovocích. Podle chemické struktury se dělí do dvou hlavních skupin. Steroidní a triterpenické saponiny. Základem aglykonové části steroidních saponinů je pentano-perhydrofenanthren. Aglykonem u triterpenických saponinů, jsou pentacyklické terpenoidy (Püssa, 2008). Saponiny jsou vysoce toxické látky. Poškozují buněčné membrány, způsobují krevní hemolýzu, a to hlavně u studenokrevných zvířat. Perorální podávání malých dávek saponinů je pro teplokrevná zvířata neškodné. Saponiny jsou totiž rozloženy střevní mikroflórou, a navíc díky špatné vstřebávatelnosti jsou inhibovány krevní plazmou (Püssa, 2008). Na druhou stranu některé saponiny mohou podpořit zvýšenou citlivost na alergeny, prostřednictvím jejich membránolytických funkcí v trávicím traktu. Tímto zlepšují absorpci alergenů. Vedle membranolytické funkce, některé saponiny vykazují speciální účinky, které se odvíjí od struktury aglykonu. Tyto účinky zahrnují snížení hladiny cholesterolu v krvi a zpětné zadržování sodíku a draslíku, jehož ztráta vede ke zvýšení krevního tlaku (Brimer, 2011). Nejvýznamnější z triterpenových saponinů je kyselina glycyrrhizinová. Vyskytuje se ve formě sodných a draselných solí v kořenech a oddencích lékořice. Sodná a draselná sůl kyseliny glycyrrhizinové se nazývá glycyrrhizin (Desphande, 2002). Směs obsahující lékořicový extrakt, je využívána pro přípravu bonbonů a drog. Glycyrrhizin vykazuje spoustu pozitivních účinků na organismus. Chrání játra před toxickým účinkem tetrachlormethanu, má antivirové účinky, in vitro a in vivo napomáhají k regeneraci zánětlivých tkání (Püssa, 2008). Bylo stanoveno, že příjem 100 mg lékořice v podobě cukrářských výrobků a produktů ochucených glycyrrhizinem za den, zabezpečují dostatečnou úroveň ochrany většiny populace. Dále ale také bylo zjištěno, že v populaci se nachází podskupina, pro kterou denní příjem na dostatečnou úroveň ochrany nestačí. Podskupinu tvoří lidé, se sníženou aktivitou enzymu 11-β-hydroxysteroidní dehydrogenázy-2. Je to cílený enzym kyseliny glycyrrhizinové. Bylo popsáno, že vlivem genetického polymorfismu vede ke snížení bazální aktivity (Brimer, 2002). 24

24 Obrázek 5: Vzorec glycyrrhizinu (Desphande, 2002) 8.2 Třísloviny (taniny) Je to souhrnný název pro různé rostlinné polyfenoly, používané pro výrobu kůží. Tato skupina zahrnuje olygomerní a polymerní složky. Taniny se nachází ve velkém množství v kůře některých stromů, jako je např. dub či hálka. Vyskytují se také v luštěninách. Vyšší koncentrace vykazují hlavně barevné odrůdy luštěnin. Z luštěnin se množství taninů snižuje máčením, klíčením nebo fermentací ( Jsou schopné tvořit komplexy s některými polysacharidy, alkaloidy a nukleovými kyselinami. Podle struktury se taniny rozdělují do dvou skupin, a to na taniny kondenzované a hydrolyzovatelné. Kondenzované taniny jsou také známé pod názvem proantokyanidiny. Jejich název vznikl podle toho, že pokud se zahřívají v kyselém prostředí, tak dochází k jejich oxidativní polymeraci a vytváří se červené flobafeny a malé množství antokyaninů (Kalač a Míka, 1997). Kondenzované taniny jsou oligomery a polymery flavonoidů, hlavně flavan-3-olu. Hydrolyzovatelné taniny jsou glykosyly kyseliny gallové. Hydrolyzovatelné taniny zahrnují galotaniny a ellagotaniny. Kondenzované taniny zahrnují dimery, oligomery, polymery flavan-3-olu (Shahidi a Naczk, 2004). U hospodářských zvířat mají vliv na nutriční hodnotu kondenzované třísloviny. Hydrolyzovatelné třísloviny se nachází především v listech různých druhů dubu rodu Quercus, a také v některých tropických keřích spadajících do čeledi bobovitých (Kalač a Míka, 1997). 25

25 Obrázek 6: Chemická struktura hydrolyzovaných tříslovin (Shahidi a Naczk, 2004) Obrázek 7: Chemická struktura kondenzovaných tříslovin (Shahidi a Naczk, 2004) 26

26 Taniny mají svíravou chuť, snadno se rozpouští ve vodě a dokáží srážet bílkoviny. Přirozené třísloviny se řadí mezi redukční činidla, jejichž oxidací se tvoří chinony. Nejlépe sráží bílkoviny s vysokým obsahem prolinu. Taniny jsou stabilní vůči teplotám. Působí také antibakterialně, antitumorově a antimutagenně. Tento účinek taninů, je spojen s jejich velkou antioxidační aktivitou ( Negativně třísloviny působí tím, že potlačují funkce řady enzymů. Dále svou interakcí s bílkovinami střevní stěny vytváří špatné podmínky pro absorpci živin a v neposlední řadě při velkých dávkách narušují sliznici střeva. Tím se mohou začít vstřebávat a zapříčinit tak poškození jater a ledvin (Zeman et al., 2006). Třísloviny mohou mít ale také pozitivní účinky. Při nízkých až středních dávkách zabraňují nadýmání u přežvýkavců a zvyšují využití bílkovin z krmiv prostřednictvím zvýšeného proudění neamoniakálního dusíku a esenciálních aminokyselin z bachoru (Kalač a Míka, 1997). Tabulka 5: Nejznámnější plodiny, které obsahují třísloviny (Kalač a Míka, 1997) skupina pícniny semena luskovin semena plodin jiných čeledí druhy štírovník růžkatý (Lotus corniculatus L.) (Lotus pedunculatus Cav) vičenec ligrus (Onobrychis viciifolia Scop.) čičorka pestrá (Coronilla varia L.) bob obecný (Vicia faba L.) hrách setý (Pisum sativum L.) fazol obecný (Phaseolus vulgaris L, Savi) čirok (Sorghum bicolor L.) Moench řepka (Brassica napus L.) ječmen setý (Hordeum vulgare L.) 27

27 8.3 Fytoestrogeny Jsou přirozenou součástí některých rostlin. Při příjmu fytoestrogenů zvířaty, fungují jako samičí hormony a ovlivňují pohlavní cyklus. V rostlinách zajišťují její ochranu před infekcí během klíčení semen a podílí se na tvorbě květů a růstu rostlin. Nyní je známo asi 300 druhů rostlin, které jsou schopny vytvářet fytoestrogeny. Tuto schopnost mají i některé plísně. Je to např. Fusarium, produkující mykotoxin zearalenon. Z chemického hlediska existuje asi 30 fytoestrogenů, které se rozdělují do dvou skupin. Tyto skupiny jsou odvozeny od hydroxy a methoxy derivátů isoflavonu a kumestanu (Kalač, 2001). Obrázek 8: Vzorec isoflavonu ( Kalač, 2001) Obrázek 9: Vzorec kumestanu (Kalač, 2001) Fytoestrogeny se vyskytují v klíčku pšenice, žita, ječmene, ovsa, pohanky, v rýžových otrubách a ve skořápkovém ovoci (Bulková, 2011). Fytoestrogeny isoflavonového a kumestanového typu se nachází v luštěninách. Největší množství isoflavonů vykazuje sója a její výrobky. Jejich obsah se pohybuje kolem 200 mg ve 100 g sušiny. V luštěninách je jejich obsah mnohem nižší. Jsou to pouze desetiny a setiny mg ve 100 g sušiny (Prugar, 2008). Přestože se fytoestrogeny řadí k látkám relativně nerozpustným ve vodě, nachází se v rostlinách ve formě glykosidů, jejichž hlavními vlastnostmi jsou rozpustnost a stabilita (Kalač a Míka, 1997) 28

28 Tabulka 6: Nejznámější fytoestrogeny a jejich zdroje (Prugar, 2008) skupina nejvýznamnější zástupci hlavní potravní zdroje isoflavony genistein, daidzein sója a výrobky z ní, fazole, cizrna beraní kumestany (též pterokarpany kumestrol luštěniny, růžičková kapusta, špenát stilbeny trans-resveratrol červené víno, arašídy, červené zelí lignany sekoisolariciresinol, matairesinol lněné semeno, celozrnné pečivo, zelenina, jahody, brusinky, čaj Fytoestrogeny vykazují spoustu příznivých účinku: Bylo zjištěno, že fytoestrogeny obsažené v sóji působí jako prevence proti vzniku rakoviny (Kalač, 2001). V Japonsku je oproti Evropě či Americe vznik rakoviny prsu u žen mnohem nižší. Japonci totiž konzumují g isoflavonů denně prostřednictvím sóji. Zatímco příjem u Evropanů činí asi pouze 1 mg. U vegetariánů bývá příjem samozřejmě vyšší (Prugar, 2008). Dále fytoestrogeny působí antioxidačně a to tím, že ničí volné radikály, které zapříčiňují oxidaci LDL. Zpomalují enzym tyrosinkinázu, který podporuje růst nádorových buněk. Prostřednictvím inhibice enzymu cytochromu P450 zabraňují vzniku rakoviny u kuřáků, vyvolanou benzoapyrenem z cigaret. Fytosteroly vyvažují poměr mezi HDL/LDL, a tím eliminují riziko kardiovaskulárních onemocnění ( Negativní účinky fytoestrogenů: Estrogeny mohou mít také antiestrogenní účinky. A to tím, že negativně ovlivňují funkce vlastních (steroidních) estrogenů zvířete i člověka. Kladný nebo záporný účinek působící na steroidy se odvíjí od relativního množství obou látek. Obecně platí, že kladný účinek je při nižší hladině steroidů a záporný účinek je při vyšší hladině steroidů. Fytoestrogeny mohou zpomalovat vylučování živočišných estrogenů. Tímto dochází u zvířat k vyvolání nepravé říje a březosti, k porušení ovulace a k degenerativním změnám pohlavního ústrojí. Intenzita účinku fytoestrogenů je u každého druhu zvířete jiná (Kalač a Míka, 1997). U mužů při větším množství konzumace fytoestrogenů může docházet ke snížení počtu spermií. Ženy pětkrát častěji rodí chlapce s nemocí zvanou hypospadie neboli malformace penisu ( 29

29 8.4 Alkylresorcinoly Patří mezi fenolické lipidy a rozdělují se na dvě skupiny, a to na alkylresorcinoly s postranním izoprenovým řetězcem a na alkylresorcinoly s nerozvětveným postranním řetězcem. Z pohledu výživy jsou významné hlavně 5-n-alkyl rezorciny a 5-n-alkenyl rezorciny (Zeman et al., 2006). Jsou obsaženy hlavně v žitu a v tritikale. V menších množstvích je obsahuje i pšenice, oves, ječmen a kukuřice. Nejčastěji se vyskytují v klíčku a vnější obalové vrstvě. Během technologického procesu mletí mouky, tyto látky zůstávají v otrubách. Resorcinoly nepříznivě působí na růst zvířat. Jejich toxické účinky jsou spojené s negativním ovlivňováním hydrofobních vlastností membrán draselných iontů a některých organických látek (Velíšek a Hajšlová, 2009). U zvířat způsobují pokles přírustku, snížení hmotnosti, anorexii, průjmy, zhoršení využitelnosti živin (Zeman et al., 2006). 8.5 Lignin Základními stavebními jednotkami ligninu jsou fenylpropanoidy. A to hlavně koniferylalkohol, synapinalkohol, p-kumarylalkohol. Tyto látky vzájemně spojuje etherová vazba přes kyslík nebo pevná vazba vzniklá mezi dvěma uhlíky. Lignin lze rozdělit na vnitřní a vnější. Vnitřní lignin je tvořen kondenzovaným polymerem, který má velkou molekulovou hmotnost a jeho monomery jsou navzájem spojené dvěma či více kovalentními vazbami. Vnější lignin je tvořen kyselinou ferulovou a p-kumarovou. Ty jsou estericky napojené na vnitřní lignin nebo na hemicelulózy (Kalač a Míka, 1997). Lignin vykazuje velkou stabilitu vůči chemickým a biologickým vlivům. U rostlin napomáhá vytvářet jejich pevnost a tuhost. Postupným stárnutím rostliny se množství ligninu zvyšuje. Lignin je téměř nestravitelný a vytváří mechanickou bariéru vůči trávícím enzymům. Negativně působí lignin tím, že zhoršuje kvalitu píce, potlačuje mikrobiální rozklad polysacharidů a u bílkovin snižuje jejich výživovou hodnotu (Zeman et al., 2006). 30

30 9 ANTINUTRIČNÍ LÁTKY S TOXICKÝMI ÚČINKY 9.1 Mykotoxiny Velká část obilovin, a také jiných plodin bývá během pěstování a skladování citlivá na napadení houbami. Tyto houby mohou produkovat sekundární metabolity nazývané mykotoxiny, které mají různou chemickou strukturu. Mykotoxiny působí negativně na játra a ledviny (Komprda, 2001). Jejich množství může rok od roku kolísat. Je to způsobeno mnoha faktory, mezi které patří např. nepříznivé podmínky podporující invazi hub a jejich růst. Spousta mykotoxinů byla identifikována až po té, co způsobily řadu subakutních zdravotních problémů jak u člověka, tak u zvířat (Magan a Olsen 2009). Snižování množství mykotoxinů během pěstování a skladování je stále předmětem zkoumání. Je známo téměř 1000 mykotoxinů a z toho více než 300 jich bylo pečlivě prozkoumáno. Asi 20 z těchto mykotoxinů se může objevit v potravinách či krmivech v toxických koncentracích (Velíšek a Hajšlová, 2009). Tabulka 7: Nejvýznamnější producenti mykotoxinů (Weidenbomer, 2001) Acremonium Dichotomomyces Myrothecium Rosellinia Alternaria* Diplodia Microdochium Sclerotinia Aspergillus* Drechslera Monographella Spacelia Bipolaris Epichloe Nigrosabulum Stachybotrys Botryodiplodia Epicoccum Nigrospora Talaromyces Byssochlamys* Fusarium* Paecilomyces Thielavia* Ceratocystis Gibberella* Penicillium* Trichoderma Chaetomium Gliocladium Periconia Trichothecium Cladosporium* Gloeotinia Phoma* Verticillium Claviceps Khuskia Phomopsis Verticimonosporium Colletotrichum Metarhizium Pithomyces Zygosporium Curvularia *vyskytující se v potravinách 31

31 Působení mykotoxinů: Nepříznivé účinky mykotoxinů se dělí na akutní a chronické. Akutní intoxikace, neboli rychlý projev negativní reakce organizmu člověka na vyšší množství mykotoxinů obsažené v potravinách, jsou zaznamenané pouze v Africe a Asii (Prugar, 2008). Dále mykotoxiny mohou působit teratogenně, mutagenně, karcinogenně, nefrotoxicky, imunotoxicky, hepatotoxicky, estrogenně a hemorhagicky. Některé mykotoxiny ovšem mohou vykazovat i antimikrobiální, cytotoxický či antitumorální efekt. Mykotoxiny jsou značně stabilní. Stačí pouze malé množství spor přítomných v krmivu (menší jak 10 3 spor v g) k dostatečné produkci mykotoxinů, které následně vyvolávají různé otravy (Kalač a Míka, 1997). Tabulka 8: Mykotoxikózy postihující člověka (Betina, 1990) choroba výskyt substrát původce Alimentární toxická aleukie (ATA, Septická člověk obiloviny Fusarium sporotrichoides angína) Dendrodochiotoxikoza kůň, člověk krmivo Dendrodochium toxicum Kashin Beck Disease Urov Disease člověk obiloviny Fusarium sporotrichiella Stachybotryotoxikóza člověk, kůň, seno, obilniny, Stachybotrys atra dobytek krmivo Srdcové beri-beri člověk rýže Fusarium Ergotizmus člověk rýže i obiloviny Claviceps purpurea Balkánská nefropatie člověk obiloviny Penicillium Reyov syndrom člověk obiloviny Aspergillus Hepatokarcinom člověk obiloviny, podzemnicové Aspergillus oříšky Pink rot člověk celer Sclerotinia Onylasi člověk proso Phoma sorghina 32

32 Tabulka 9: Mykotoxikózy postihující zvířata drůbež (Betina, 1990) Aflatoxikoza drůbež, prasata, dobytek, psi akutní hepatitida, hemoragické onemocnění, smrt Ergotizmus dobytek, ovce, kuřata gangrenová nekroza, nervové poruchy, neplodnost Faciální ekzém ovce, dobytek cholangiohepatitida, fotosenzitivita Fuzariotoxikozy, Vomitoxikóza prasata enteritida, emezis T-2 toxikoza prasata, dobytek, drůbež dermonekroza, gastroenteritida Diacetoxyscirpenolová toxikoza prasata orální a gastroenteritické nekrozy, hemoragie Leukoencefalomalácie kůň nervové deprese, poruchy koordinace F-2 toxikoza (Zearalenon) prasata estrogenizmus Ochratoxikoza prasata, krůty nefropatie Paspalum staggers dobytek, ovce, kůň ataxie Slaframinová toxikoza dobytek, ovce slinění, diarea, polyurie Stachybotryotoxikoza kůň dermonekroza, gastroenteritida, poruchy krvetvorby Tremorgenová intoxikace dobytek, ovce, psi ataxie Výskyt mykotoxinů: Mykotoxiny se vyskytují v obilovinách, kukuřici, ořeších, podzemnici olejné, kávových bobech, koření a v čerstvém a sušeném ovoci (Komprda, 2004). Ke kontaminaci a následnému rozvoji mykotoxinů dochází již během jednotlivých fází výroby. U rostlinných potravin dochází ke vzniku mykotoxinů nesprávnou manipulací během předsklizňové či posklizňové úpravy. U živočišných potravin může 33

33 dojít ke zkrmování kontaminovaného krmiva. Rizikové potraviny jsou také ty, při jejichž výrobě se používají kulturní mikroskopické vláknité houby. Spadají sem také produkty biotechnologií, které se využívají jako přídatné látky do potravin či doplňky stravy (Velíšek a Hajšlová, 2009). Vzhledem k nebezpečným účinkům mykotoxinů, jsou pro některé z nich legislativně stanovené maximální limity. Patří sem aflatoxiny, ochratoxin A, deoxynivalenol, zearalenon, fumoniziny (Prugar, 2008). Prevence před vznikem mykotoxinů zahrnuje: kontrolu vlhkosti ve skladech. U obilovin by měla bý t<13%, u sóji <12%, u semen s vysokým obsahem tuku je optimální vlhkost 7%. Dále se kontroluje teplota ve skladech. Všeobecně by měla být pod 4 C. Důležitá je také kontrola vzduchu ve skladech. Růst plísní a produkce mykotoxinů jsou potlačovány nízkým obsahem kyslíku a vysokou koncentrací jiných plynů. Inhibice aflatoxinu nastává při obsahu kyslíku 1%. Zatímco produkce sterygmatocystinu a patulinu je inhibována při obsahu kyslíku 0,2%. Pouze malé množství sterigmatocystinu je produkováno při 90% obsahu CO 2 (Weidenborner, 2001). Další ochrana před vznikem mykotoxinů zahrnuje: Správnou pasteraci, sterilaci meziproduktů a výsledných výrobků, vhodný obalový materiál, správné použití mrazírenské, chladírenské a sušárenské techniky, používání nezaplísněného krmiva, správný výběr netoxických startovacích kultur během fermentačního procesu a používání konzervačních prostředků (Weidenborner, 2001). 9.2 Alkaloidy Jsou to bazické organické sloučeniny obsahující jeden či více heterocyklů spolu s atomem dusíku. V přírodě se vyskytují jako soli s organickými kyselinami. V množství 10-20% se alkaloidy vyskytují ve vyšších rostlinách. Největší množství je soustředěné v semenech, kořenech a kůře rostlin (Stratil, 2009). Alkaloidy jsou schopné vytvářet i některé houby a plísně. Jsou to např. endofytní houby z rodu Acremonium. Mohou se tvořit také během tepelné úpravy. Např. při Mailardově reakci vznikají z tryptofanu indolové alkaloidy jako je např. β-karbolin (Velíšek a Hajšlová, 2009). Alkaloidy mají hořkou chuť, a tím působí odpudivě na zvířata (Kalač a Míka, 1997). Vykazují specifické účinky na organizmus, které závisí na jejich přijatém množství ať už potravou či krmivem (Stratil, 2009). 34

34 Tabulka 10: Přehled potravinářsky významných alkaloidů (Velíšek a Hajšlová,2009) rozdělení podle struktury skeletu pravé alkaloidy: a) pyridinové, piperidinové a pyrrolidinové b) pyrrolizidinové c) chinolizidinové, chinolinové protoalkaloidy: kapsaicinoidy (vanillylamidy) pseudoalkaloidy: purinové alkaloidy steroidní (terpenoidní) alkaloidy významné druhy prekurzory příklady a) Arg, Lys, Orn, nikotinová kys. b) Arg, Ile, Leu, Orn, Val, Thr c) Lys, Trp, mevalonová kys. Leu, Phe, Val, malonyl-coa puriny mevalonová kys. a) alkaloidy tabáku b) alkaloidy pepře, alakolidy starčeku (seneciové) c) alkaloidy lupiny, alkaloidy chinovníku alkaloidy papriky alkaloidy, kávy, čaje, kakaa glykoalkaloidy, brambor, rajčat a) nikotin, nornikotin, anabasin, anatabin b) piperin, senecionin c) lupanin, lupinin, spartein, chinin, chinidin, cinchonidin, cinchonin kapsaicin, nordihydrokapsaicin, homodihydrokapsaicin kofein, theobromin, theofyllin solanin, tomatin Chinolizidinové alkaloidy Jsou to bicyklické, tricyklické, tetracyklické sekundární metabolity některých luštěnin, odvozené od chinolizidinu (Velíšek a Hajšlová, 2009). Do chinolizidinových alkaloidů se řadí ricin, convicin, lupanin a anagyrin (Zeman et al., 2006). Pro potravinářské účely jsou podstatné alkaloidy pocházející z některých druhů lupin. Značné množství lupin obsahují různé druhy vlčích bobů. Alkaloidy v lupině patří mezi stálé sloučeniny, a tím tedy jejich obsah zůstává během skladování a zpracování stejný. Alkaloidy se dají od- 35

35 stranit vyluhováním mletých semen vodou, máčením nebo vařením. Jednotlivé alkaloidy vykazují různé toxické účinky (Velíšek a Hajšlová, 2009). Nejtoxičtěji působí lupanin. Obsahují ho hlavně rostliny z čeledi bobovitých a to zejména druhy Lupinus, Leontnice, Genista, Templetonia a další. U zvířete může dojít k akutní intoxikaci, která se projevuje neklidem, křečemi, žloutenkou (Hrdina et al., 2004). Obecně se otrava chinolizidovými alkaloidy u zvířat projevuje nervozitou, špatnou pohyblivostí končetin, křečí a úhynem (Zeman et al., 2006). Přidáváním lupiny do sójové a pšeničné mouky, se lupinidin může objevit v potravinách pro lidskou výživu. Stejně tak zdrojem těchto alkaloidů mohou být i některé náhražky kávy. Jejich negativní účinek se projevuje v centrální a periferní nervové soustavě, kde inhibují neuropřenašeče acetylcholinu. Příznaky bývají neurologické povahy nebo se mohou projevit v krevním oběhu a trávicím traktu. Hodnota tolerovaného denního příjmu zatím není dána ( Tabulka 11: Obsah hlavních alkaloidů v semenech lupiny (Velíšek a Hajšlová, 2009) alkaloidy L.albus (mn.v %) L. angustifolius (mn v %) L. luteus (mn v %) L. mutabilis (mn v %) lupinin spartein <1 < albin angustifolin < lupanin < hydroxylupanin hydroxylupanin multiflorin

36 9.2.2 Pyrrolizidinové alkaloidy Existuje asi 250 těchto alkaloidů. Jsou produkovány zhruba 6000 rostlinami, které spadají do 13 čeledí. Nejvýznamnější rostliny se řadí do čeledi brutnákovitých, hvězdnicovitých, otočníkovitých, bobovitých a řešetlákovitých. Důležitým producentem alkaloidů jsou i některé léčivé byliny a pícniny (Velíšek a Hajšlová, 2009). Z chemického hlediska jsou to esterově vázané alkaloidy obsahující zásaditou necinovou složku (bicyklická necinová kostra, ve formě 1,2-dehydro) a necikovou složku nebo její fragmenty. Tyto látky se vyskytují v kořenech rostlin ve tvaru N-oxidů, odkud jsou po té transportovány do buněčných vakuol. N-oxidy jsou nestálé, snadno se redukují a z rostlin jsou snadno vyluhovatelné (Hrdina et al., 2004). Pyrrollizidinové alkaloidy způsobují u lidí a hospodářských zvířat dietetické poruchy. Otrava se projevuje snížením hmotnosti, krvavým průjmem, cirhózou jater, hepatickou nekrozou, okluzí hepatických tepen. Velice často dochází i ke vzniku rakoviny jater (Zeman et al., 2006). Nejvíce známou potravinou, která tyto alkaloidy může obsahovat, je med. Včely totiž odebírají nektar z rostlin, ve kterých se tyto alkaloidy vyskytují. Z krmiv se tyto látky mohou dostat i do mléka a do vajec. Dále jsou připravovány různé čaje a saláty z léčivých bylin, které jsou zdrojem těchto látek. Tyto látky mohou způsobovat jak chronickou tak akutní toxicitu. Jejich vlivem dochází ke vzniku reaktivních uhlíkových kationtů, které jsou schopny reagovat s DNA ( Steroidní glykoalkaloidy Strukturně jsou odvozené od uhlíku cholestanu. Z chemického hlediska jsou tvořeny tetracyklickou steroidní strukturou spolu se dvěma kondenzovanými kruhy obsahující dusík a monotetrasachariem. Na něj je přes glykosidickou vazbu napojen cyklický skelet (Prugar et al., 2008). Vyskytují se ve dvouděložných rostlinách z čeledi lilkovitých, liliovitých a klejichovitých. Pro potravinářské účely se využívají rostliny z čeledi lilkovitých. Patří sem brambory, baklažán a rajčata (Velíšek a Hajšlová, 2009). Glykoalkaloidy vyskytující se v bramborách jsou α-solanin (40%) a α-chaconin (60%). Jsou obsaženy v hlízách, okolo oček, v klíčcích, bobulích a hlavně ve slupce. Mechanickým poškozením a světlem se jejich obsah rapidně zvyšuje. Zralé hlízy obsahují asi mg.kg -1. Nejvyšší povolené množství, které ještě nepoškozuje lidské zdraví je

37 mg.kg -1 (Zeman et al., 2006). Obsah akaloidů se odvíjí od půdních a klimatických podmínek (Velíšek a Hajšlová, 2009). Brambory, které obsahují vyšší množství těchto látek, vykazují hořkou a palčivou chuť. Tyto látky se považují za stálé. Během tepelné úpravy se jejich obsah částečně snižuje vyluhováním horkou vodou (Hrdina et al., 2004). Mnohem účinnější je však oloupání brambor. Obsah alkaloidů se sníží o 60-90% (Velíšek a Hajšlová, 2009). Pro člověka je přípustná dávka α-solaninu a α-chaconinu 1 mg.kg -1 tělesné hmotnosti. Hodnota LD 50 je 5 mg.kg -1. Co se týče jejich negativních účinků, tak α-solanin působí jako inhibitor nespecifické cholinesterázy a α-chaconin způsobuje inhibici cholinesterázových izoenzymů. Tyto látky také poškozují buňky střevní sliznice a mohou se také vstřebávat do krevního oběhu (Hrdina et al., 2004). Příznaky intoxikace těmito látkami jsou zvracení, průjem, žaludeční křeče, bolesti hlavy a závratě (Velíšek a Hajšlová, 2009). Rajčata obsahují glykoalkaloid tomatin. Ten je nejvíce zastoupen v listech, květech, zelených plodech. Jeho obsah se v plodech během dozrávání postupně snižuje. Tato látka působí teratogenně a antifungálně. Toxicky působí tím, že prostřednictvím vazby na 3-β-hydroxysteroly destabilizuje lipidovou dvojvrstvu (Velíšek a Hajšlová, 2009). 9.3 Biogenní aminy Patří mezi alifatické, aromatické nebo heterocyklické sloučeniny, které se vytváří dekarboxylací aminokyselin za přítomnosti dekarboxylas nebo z aminokyselin za přítomnosti transaminas. Nejznámějšími biogenními aminy jsou histamin, vznikající z aminokyseliny histidinu; kadaverin vznikající z aminokyseliny lysinu; agmatin, tvořící se z aminokyseliny argininu; putrescin, tvořící se z aminokyseliny argininu a dále z putrescinu vzniká spermidin a spermin; z aminokyseliny fenylalaninu se tvoří 2- fenylethylamin; z aminokyseliny tyrosinu vzniká tyramin; z tryptofanu vzniká tyramin a je prekursorem serotoninu a melatoninu (Stratil, 2009). Ve sklizených plodinách, které nejsou napadeny žádnými nemocemi, je jejich obsah velmi nízký. Při nesprávné manipulaci během skladování, zpracování a fermentačního procesu se jejich obsah rapidně zvyšuje (Prugar et al., 2006). Biogenní aminy jsou přirozenou součástí rostlinných potravin. V ovoci a zelenině se vyskytuje hlavně tyramin, v citrusových plodech, v pomerančích a grapefruitech se nachází putrescin, banány obsahují hlavně tyramin, 38