Carotenoide - structură, clasificare, rol, metode de obținere

INTRODUCERE

Denumirea de carotenoide provine de la cuvantul carotte (fr.) sau carrot(eng.) care inseamna morcov. Carotenoidele sunt pigmenţi galbeni, rosii sau portocalii care sunt răspândiţi atat in regnul vegetal cat si in cel animal. Ele însoţesc clorofila verde a frunzelor şi ierburilor regnului vegetal şi sunt prezenţi în multe flori, fructe, seminţe sau rădăcini. Sunt sintetizate numai in organismul vegetal. Iar in organismul animal sunt introduse odata cu hrana. Se cunosc aproximativ 600 carotenoizi, dintre care cel mai răspândit este β-carotenul, pigmentul de culoare portocalie al morcovilor (Daucus Carota). Foarte răspândiţi sunt α- şi γ- carotenul, criptoxantina, zeaxantina, licopenul, lutina.

Carotina din morcov (Daucus carota) a fost izolata in stare cristalizata de Wackenroder in 1831. Iar Berzelius a studiat colorantul galben din frunzele tomnatice in 1937. Dar Willstaetter a observant ca acest colorant este intotdeuna insotit de o hidrocarbura carotina C40H56 si de un diol inrudit cu aceasta xantofila C40H56O2. Dupa ce s-a constatat ca exista o inrudire intre carotenoide si vitamina A in 1928 studiul carotenoidelor a fost continuat de P. Karrer, R. Kuhn si L. Zechmeister ducand in final la izolarea, stabilirea structurii si realizarea sintezelor principalelor carotenoide.

CAPITOLUL I

Notiuni teoretice

1. Structura carotenoidelor

Cei mai importanti precursori naturali ai vitaminelor A sunt: α, β si γ carotenii. Iar dintre carotenoizi se cunosc cel putin sapte reprezentanti care pot fi grupati in categoria provitaminelor A: criptoxantina, afanina, mixoxantina, echinenona, leprona si hipoxantina.

Majoritatea celor 80 de carotenoide extrase din plante contin 40 de atomi de carbon. Doar cateva au molecule mai mici, fiind probabil produsi de degradare oxidativa ai carotenoidelor. Numarul mare de duble legaturi conjugate le confera o culoare specifica care variaza de la galben la portocaliu si de la rosu la violet. Pigmentii prezenti in tomate si in morcovi datorita prezentei in molecula lor a dublelor legaturi conjugate sunt colorati in rosu. Carotenoizii care contin in molecula lor oxigen (xantofilele) au culoare galbena. Prezenta dublelor legaturi in molecula carotenoidelor determina o izomerie cis-trans. Ceea ce determina prezenta a numerosi izomeri geometrici. Dar majoritatea carotenoidelor prezinta o configuratie trans. Lantul carbonic este constituit din opt unitati izoprenice conferindu-le carotenoizilor solubilitatea in grasimi. De aceea, acestea sunt numite si substante lipocrome. Toate carotenoidele absorb lumina in regiunea albastra si ultravioleta a spectrului.

Carotenoidele sunt molecule hidrofobice cu solubilitate mica, sau chiar deloc, in apa. Ele sunt astfel de asteptat sa fie restrictionate de zonele hidrofobice in celula, precum interiorul membranelor, exceptand cazul in care in asociatie cu proteine sunt prezente intr-un mediu apos. Grupele polare functionale altereaza interactiunea cu alte molecule.[1]

Catena izoprenica a carotenilor se termina la cele dupa extremitati cu doua cicluri iononice. Din care unul poate avea o structura α-iononica, iar celalalt este de regula un ciclu β-iononic.

Ciclul β-iononic este necesar pentru caroteni care indeplinesc functia de provitamine A.

α-Ionona are in solutii diluate un miros caracteristic de violete. Ea a fost extrasa din Vila odorata. Timan a obtinut iononele si in laborator. Ele fiind identificate sub forma libera si in produsele naturale cum ar fi uleiul extras din Boronia megastigma.

2. Clasificare

Carotenoidele se clasifica in doua categorii:

- hidrocarburi carotenoidice C40H56;

- xantofile-derivati hidrocarbonati oxigenati (alcooli, epoxizi, oxizi furanoidici si cetone);

Carotina si xantofila care au fost izolate de Willstaetter si considerate de acesta ca fiind substante pure s-a dovedit in timp ca de fapt sunt amestecuri de mai multe substante izomere asemanatoare. Numele de xantofile s-a pastra pentru a desemna grupa alcoolilor cu schelet carotinoidic. Xantofilele se gasesc in plante esterificate cu acizi grasi superiori. De aceea, dupa ce s-a extras materialul natural uscat intr-o atmosfera de gaz inert (N2, H2) cu dizolvanti cum ar fi benzen, eter de petrol, metanol, eter, etanol si indepartarea dizolvantului, reziduul este supus hidrolizei cu KOH metanolic. O prima separare a carotenoidelor obtinute se realizeaza prin repartitie intre doi dizolvanti nemiscibili cum ar fi eter de petrol si metanol. Astfel, unele carotenoide raman dizolvate in dizolvantul nepolar si anume carotenoidele epifazice (hidrocarburile carotenoidice). Iar altele trec in dizolvantul polar cum ar fi carotenoidele hipofazice ( xantofilele cu doua grupe OH si epoxizii). Carotenoidele cu o singura grupare OH se repartizeaza aproximativ uniform intre cele doua faze. Purificarea se realizeaza prin cromatografie pe oxid de aluminiu, oxid de calciu.