KAPITOLA 1

EtsuoNiki a KouichiAbe, KAPITOLA 1:Vitamin E: Struktura, vlastnosti a funkce , in Vitamin E: Chemistry and Nutritional Benefits, 2019, s. 1-11 DOI: 10.1039/9781788016216-00001
eISBN: 978-1-78801-621-6

Tabulka 1.1Fyzikálně-chemické vlastnosti α-tokoferolu

Tabulka 1.2Obsahy tokoferolů (T) a tokotrienolů (T3) v reprezentativních jedlých olejích. Převzato z ref. 36-41 a

Hlavními zdroji tokotrienolů jsou palma, rýže a anato, přičemž poměr tokoferolu a tokotrienolu je v každém z nich 25 : 75, 50 : 50 a 0,1 : 99,9.42 Palmový olej obsahuje značné množství α-, γ- a δ-tokotrienolů. V oleji extrahovaném z rýžových otrub39,43 je γ-tokotrienol hlavní izoformou vitaminu E, zatímco β-tokoferol je jednou z hlavních izoforem obsažených v oleji z pšeničných klíčků.36,37 Zajímavé je, že lipidová frakce semen annátu (Bixa orellana L.) obsahovala pouze tokotrienoly, především δ-tokotrienol, ale žádné tokoferoly.44

1.5 Chemická syntéza

Vzhledem k širokému využití ve farmaceutickém, potravinářském a kosmetickém průmyslu se ročně na světě vyrobí asi 35 000 tun vitaminu E.45 Průmyslově nejdůležitějším produktem je all-racemic-α-tocopherol, all-rac-α-tocopherol, ekvimolární směs všech osmi stereoizomerů, který se připravuje buď totální syntézou, nebo pochází z přírodních zdrojů. Používá se hlavně jako acetátový ester. Průmyslová syntéza se skládá ze tří hlavních částí: přípravy 2,3,5-trimethylhydrochinonu, výroby složky postranního řetězce a kondenzační reakce.45

Čistý RRR-α-tokoferol se chemicky připravuje polosyntézou. Rostlinné oleje rafinované ve velkém měřítku a izolované kombinací několika separačních metod obsahují směsi RRR-tokoferolů, které jsou převedeny na RRR-α-tokoferol reakcí permethylace. Úsilí a strategie syntézy tokoferolů a tokotrienolů byly podrobně popsány.45

1.6 Analýza

Přírodní produkty obsahují směsi isomerních tokoferolů a tokotrienolů spolu s menšími množstvími tokomonoenolů a tokodienolů. Jsou metabolizovány a oxidovány za vzniku mnoha druhů sloučenin. Biologické vzorky obsahují složité směsi izoforem vitaminu E a jejich metabolitů a oxidačních produktů. Identifikace a kvantifikace izoforem vitaminu E a jejich produktů je důležitá pro objasnění jejich úlohy a funkcí. Příprava vzorků je časově nejnáročnějším a nejdůležitějším krokem analýzy, protože je hlavním zdrojem chyb. Bylo popsáno mnoho analytických metod včetně kolorimetrických, fluorometrických, plynově chromatografických (GC), vysokoúčinné kapalinové chromatografie (HPLC)46 , GC-MS47 a HPLC-MS47,48 (viz také kapitola 2). Pokud jde o veřejné dokumenty týkající se metody kvantitativního stanovení vitaminu E v účinných farmaceutických látkách, v americkém a evropském lékopise se používá metoda GC, zatímco v japonském lékopise metoda HPLC. Každá z těchto metod má své přednosti a nedostatky. V současné době se nejčastěji používají metody HPLC.

Podmínky HPLC pro analýzu vitaminu E byly shrnuty v několika přehledech.46,47,49,50 Vitamin E a produkty se získávají z přírodních produktů, potravinových matric a biologických vzorků přímou extrakcí, extrakcí na pevné fázi a zmýdelněním. Při přípravě vzorků a analýze je třeba dbát na to, aby nedošlo k arteficiální oxidaci a rozkladu. Použití elektrochemické (amperometrické), fluorometrické (Ex. 290-295 nm, Em. 320-330 nm) nebo MS detekce je mnohem citlivější a specifičtější než konvenční UV detekce. Tocol, 2-methyl-2-(4,8,12-trimethyltridecyl)-6-chromanol, může být nejlepší sloučeninou pro použití jako vnitřní standard, protože jeho vlastnosti jsou podobné vitaminu E. Deuteriem značený α-tokoferol acetát se běžně používá jako standard při MS analýze. Při většině analýz vitaminu E se používá chemická ionizace za atmosférického tlaku (APCI) v režimu pozitivní ionizace. Lze poznamenat, že jako „ekologičtější“ analytická strategie byla navržena superkritická fluidní chromatografie využívající CO2 a ethanol jako mobilní fázi, NH2 jako stacionární fázi a hmotnostní spektrometrii pro detekci a kvantifikaci homologů vitaminu E.51,52

1.7 Funkce a aplikace

Vitamin E je fyziologicky nezbytný mikronutrient a uplatňuje se v různých oblastech včetně medicíny, farmacie, kosmetiky a potravin. Předpokládá se, že vitamin E hraje důležitou roli v podpoře zdraví a prevenci a/nebo léčbě některých onemocnění a poruch. Denní doporučená dávka je 15 mg (22,4 IU, mezinárodní jednotka) pro dospělé .

Bylo prokázáno nebo navrženo více funkcí vitaminu E, včetně (1) antioxidační tím, že vychytává volné radikály, zejména peroxylové radikály, a singletový kyslík, (2) stabilizace membrán tím, že vytváří komplexy s destabilizujícími molekulami, takže zabraňuje narušení amfipatické rovnováhy uvnitř struktury, (3) fyziologický regulátor aktivity enzymů, buněčné signalizace, buněčné signalizace, buněčné proliferace a genové exprese, což přímo nesouvisí s antioxidačním účinkem, (4) inhibice koagulace krevních destiček, (5) prevence nemocí včetně neurologických poruch, kardiovaskulárních onemocnění, poškození očí a kůže souvisejících s věkem a neplodnosti a (6) biokompatibilní modifikátor biomateriálů a zdravotnických prostředků, například ve vysokomolekulárním polyethylenu používaném v kyčelních a kolenních implantátech. Tvrdí se, že tokotrienoly mají další pozitivní zdravotní účinky nad rámec tokoferolů, včetně například indukce imunitních reakcí a snižování hladiny cholesterolu v séru.53-55

Mezi těmito funkcemi byla jednoznačně prokázána úloha vitaminu E jako antioxidantu proti peroxidaci lipidů zprostředkované volnými radikály a zdá se, že jde o nejdůležitější fyziologickou funkci tohoto vitaminu. Vitamin E také inhibuje vzdušnou oxidaci potravin, olejů a průmyslových materiálů a prodlužuje tak jejich životnost. Fyziologický význam dalších funkcí, které nesouvisejí s antioxidační funkcí, musí být stanoven v budoucí studii.

Vitamin E je široce používán jako doplněk stravy, sám o sobě nebo společně s dalšími mikroživinami, jako je vitamin C, k podpoře zdraví a ke snížení rizika nebo prevenci nemocí, u kterých se předpokládá, že vznikají škodlivou oxidační modifikací biologických molekul. Vitamin E se používá k obohacování některých potravin a nápojů.

Nedostatek vitaminu E je neobvyklý, protože typická strava zřejmě poskytuje dostatečné množství, ačkoli podvýživa a genetické poruchy mohou vést k nedostatku vitaminu E. Předčasně narozené děti s velmi nízkou porodní hmotností mohou mít nedostatek vitaminu E. Dále lidé s poruchami vstřebávání tuků56 a dědičnými poruchami, při kterých je defektní nebo chybí jaterní α-tokoferol transfer protein (α-TTP)57 nebo je snížená hladina selenoproteinů58 , mají větší pravděpodobnost nedostatku vitaminu E a potřebují vysoké dávky doplňkového vitaminu E.

Pozornost byla věnována potenciální úloze vitaminu E proti parodontálnímu onemocnění,59 nealkoholické steatohepatitidě60 a sarkopenii61. Nedostatečný příjem mikroživin (vitaminů a fosforu) byl významně spojen se závažností parodontálního onemocnění.62 Systematický přehled ukázal významné zlepšení parodontálních parametrů vitaminem E a lykopenem.63 Vitamin E může zmírnit věkem podmíněnou dysfunkci skeletu a zvýšit regeneraci svalů, a tím zmírnit sarkopenii.64

Vitamin E se používá také pro biomedicínské materiály. α-tokoferol se přimíchává do dialyzační membrány pro klinickou léčbu chronických hemodialyzovaných pacientů za účelem zlepšení stability a funkcí.65 Příměs vitaminu E do ultravysokomolekulárního polyethylenu (UHMWPE) byla vyvinuta jako materiál pro použití v totálních náhradách kolenních a kyčelních kloubů.66 α-tokoferol je přijímán pro zlepšení oxidační odolnosti při zachování odolnosti proti opotřebení a únavové pevnosti.

Špatná rozpustnost vitaminu E ve vodě značně omezila jeho použití. Výzkumy zaměřené na zlepšení perorální i lokální enkapsulace a formulací vitaminu E byly široce prováděny a byly vyvinuty různé systémy podávání vitaminu E, které mají tento problém překonat a zlepšit rozpustnost, permeaci a biologickou dostupnost. Jako příklad lze uvést liposomy67 , nanoemulze a lipidové nanočástice68 . 69 Ester tokoferylu polyethylenglykolu a tokoferylfosfát jsou rozpustné ve vodě. Studovány byly také polyethylenové konjugáty tokotrienolů.28

Dietní polyfenoly, jako je kvercetin, se během vstřebávání do organismu přeměňují na glukosidové a/nebo sulfátové deriváty nebo jejich O-methylderiváty a v cirkulující krvi se prezentují jako tyto konjugované metabolity. Tvorba metabolitů tokoferolu, jako jsou glukosid, sulfát a O-methyl deriváty in vivo nebyla popsána, ale α-tokoferol glukosid byl syntetizován z 2-hydroxymethyl-2,5,7,8-tetramethylchroman-6-olu a maltosy transglykosylací pomocí α-glukosidasy z druhu Saccharomyces70. Glykosylovaný produkt, 2-(α-d-glukopyranosyl)methyl-2,5,7,8-tetramethylchroman-6-ol, je rozpustný ve vodě a působí jako antioxidant odstraňující radikály.70,71 Byl připraven δ-tokoferol-glukosid a byly studovány jeho účinky při lokální aplikaci na kůži.72

Jednou z důležitých otázek je, zda každá izoforma vitaminu E nevykonává svou vlastní specifickou funkci, která není společná s ostatními izoformami. Tvrdí se, že tokotrienol vykonává některé funkce, které tokoferol nevykonává, a že tokoferol tyto funkce tokotrienolu narušuje.42 Tyto důležité otázky musí být objasněny v budoucích studiích.

1.8 Stabilita

Vitamin E je stabilní při pokojové teplotě, ale snadno se oxiduje při vysoké teplotě, na světle nebo v alkalickém prostředí. Smažení je jednou z nejběžnějších metod přípravy potravin a během smažení, obvykle při teplotě 160-190 °C, dochází k oxidaci vitaminu E za vzniku komplikovaných směsí produktů včetně tokoredu (5,6-tokoferyldionu) a dimerů, u nichž se předpokládá, že vznikají rekombinací tokoferoxylových radikálů. α-tokoferol je oxidován na α-tokoferoxylový radikál ionty přechodných kovů, jako jsou ionty železa (Fe3+) a mědi (Cu2+).