KAPITEL 1

EtsuoNiki och KouichiAbe, KAPITEL 1:Vitamin E: Structure, Properties and Functions , i Vitamin E: Chemistry and Nutritional Benefits, 2019, s. 1-11 DOI: 10.1039/978178888016216-00001
eISBN: 978-1-78801-621-6

Tabell 1.1Fysikalisk-kemiska egenskaper hos α-tokoferol

Tabell 1.2Innehållet av tokoferoler (T) och tokotrieneroler (T3) i representativa ätliga oljor. Anpassad från ref. 36-41 a

De viktigaste källorna till tokotrienoler är palm, ris och annatto, där förhållandet mellan tokoferol och tokotrienol är 25:75, 50:50 och 0,1: 99,9.42 Palmolja innehåller betydande mängder α-, γ- och δ-tokotrienoler. γ-tokotrienol är den viktigaste E-vitaminisoformen i olja extraherad från risklid39,43 medan β-tokoferol är en av de viktigaste isoformerna som finns i vetegroddsolja.36,37 Intressant nog innehöll lipidfraktionen från annattofrön (Bixa orellana L.) endast tokotrienoler, huvudsakligen δ-tokotrienol, men inga tokoferoler.44

1.5 Kemisk syntes

På grund av de breda användningsområdena inom läkemedels-, livsmedels- och kosmetikaindustrin tillverkas cirka 35 000 ton E-vitamin per år i hela världen.45 Allracemisk-α-tokoferol, allrac-α-tokoferol, en ekvimolär blandning av alla åtta stereoisomerer, är industriellt sett den viktigaste produkten och framställs antingen genom totalsyntes eller har sitt ursprung i naturliga källor. Den används huvudsakligen som acetatester. Den industriella syntesen består av tre huvuddelar: framställning av 2,3,5-trimetylhydrokinon, framställning av sidokedjekomponenten och kondensationsreaktionen.45

Ren RRR-α-tokoferol framställs kemiskt genom halvsyntes. Vegetabiliska oljor som raffineras i stor skala och isoleras genom en kombination av flera separationsmetoder innehåller blandningar av RRR-tokoferoler, som omvandlas till RRR-α-tokoferol genom permetyleringsreaktioner. Ansträngningarna och strategierna för att syntetisera tokoferoler och tokotrienoler har beskrivits i detalj.45

1.6 Analys

Naturprodukter innehåller blandningar av isomera tokoferoler och tokotrienoler tillsammans med mindre mängder tokomonoenoler och tokodienoler. De metaboliseras och oxideras för att producera många olika typer av föreningar. De biologiska proverna innehåller komplicerade blandningar av E-vitaminisoformer och deras metaboliter och oxidationsprodukter. Identifiering och kvantifiering av E-vitaminisoformer och deras produkter är viktigt för att belysa deras roll och funktioner. Provberedning är det mest tidskrävande och viktiga steget i analysen, eftersom det är den största felkällan. Många analysmetoder inklusive kolorimetriska, fluorometriska, gaskromatografiska (GC), högpresterande vätskekromatografiska (HPLC),46 GC-MS,47 och HPLC-MS47,48 har rapporterats (se även kapitel 2). När det gäller offentliga dokument för den kvantitativa bestämningsmetoden för vitamin E i aktiva farmaceutiska beståndsdelar använder United States och European Pharmacopeia GC-metoden, medan Japanese Pharmacopeia använder HPLC-metoden. Var och en av dessa metoder har sina fördelar och nackdelar. För närvarande är HPLC-metoderna de mest använda.

HPLC-förhållanden för E-vitaminanalys har sammanfattats i flera översikter.46,47,49,50 E-vitamin och E-vitaminprodukter erhålls från naturprodukter, matriser i livsmedel och biologiska prover genom direktextraktion, extraktion i fast fas och förtvålning. Försiktighet bör iakttas för att undvika artefaktuell oxidation och nedbrytning under beredning av prover och analys. Elektrokemisk (amperometrisk), fluorometrisk (Ex. 290-295 nm, Em. 320-330 nm) eller MS-detektion är mycket känsligare och mer specifik än konventionell UV-detektion. Tocol, 2-metyl-2-(4,8,12-trimetyltridecyl)-6-kromanol, kan vara den bästa föreningen att använda som intern standard, eftersom dess egenskaper liknar E-vitaminets. I de flesta E-vitaminanalyser används kemisk jonisering vid atmosfärstryck (APCI) i positivt joniseringsläge. Det kan noteras att superkritisk vätskekromatografi med CO2 och etanol som mobil fas, NH2 som stationär fas och masspektrometri för detektion och kvantifiering av E-vitaminhomologer har föreslagits som en ”grönare” analysstrategi.51,52

1.7 Funktioner och tillämpningar

E-vitamin är ett fysiologiskt essentiellt mikronäringsämne och har tillämpats på olika områden, bl.a. inom medicin, farmaci, kosmetika och livsmedel. Vitamin E antas spela en viktig roll för att främja hälsa och förebygga och/eller behandla vissa sjukdomar och störningar. Det rekommenderade dagliga intaget är 15 mg (22,4 IE, internationell enhet) för vuxna.

Flera funktioner hos vitamin E har påvisats eller föreslagits, bland annat (1) antioxidant genom att fånga upp fria radikaler, särskilt peroxylradikaler och singulärt syre, (2) membranstabilisering genom att bilda komplex med destabiliserande molekyler för att förhindra att den amfipatiska balansen inom strukturen störs, (3) fysiologisk reglerare av enzymaktivitet, cellulär signalering, cellproliferation och genuttryck, vilket inte är direkt relaterat till antioxidantverkan, (4) hämning av trombocytkoagulation, (5) förebyggande av sjukdomar, inklusive neurologiska störningar, kardiovaskulära sjukdomar, åldersrelaterade ögon- och hudskador och infertilitet, och (6) biokompatibel modifiering av biomaterial och medicintekniska produkter, t.ex. i högmolekylär viktpolyetylen som används i höft- och knäimplantat. Det har hävdats att tokotrienoler har ytterligare positiva hälsoeffekter utöver de som tokoferoler har, inklusive till exempel induktion av immunsvar och sänkning av serumkolesterolnivåerna.53-55

Bland dessa funktioner har E-vitaminets roll som antioxidant mot friradikalmedierad lipidperoxidation entydigt påvisats, och det förefaller som om detta är den viktigaste fysiologiska funktionen hos detta vitamin. Vitamin E hämmar också luftoxidation av livsmedel, oljor och industriella material för att förlänga deras livslängd. Den fysiologiska betydelsen av andra funktioner som inte är relaterade till antioxidantfunktionen måste fastställas i en framtida studie.

E-vitamin används i stor utsträckning som kosttillskott, i sig självt eller tillsammans med andra mikronäringsämnen, t.ex. vitamin C, för att främja hälsan och för att minska risken för eller förebygga sjukdomar som antas uppstå på grund av skadlig oxidativ modifiering av biologiska molekyler. E-vitamin används för att berika vissa livsmedel och drycker.

Brist på E-vitamin är ovanlig eftersom typisk kost tycks ge tillräckliga mängder, även om undernäring och genetiska sjukdomar kan leda till E-vitaminbrist. För tidigt födda barn med mycket låg födelsevikt kan ha brist på E-vitamin. Vidare är det mer sannolikt att personer med fettmalabsorptionsstörningar56 och ärftliga sjukdomar där leverns α-tokoferolöverföringsprotein (α-TTP) är defekt eller saknas57 eller där det finns minskade nivåer av selenoproteiner58 får E-vitaminbrist och behöver höga doser av kompletterande E-vitamin.

E-vitaminets potentiella roll mot parodontal sjukdom,59 icke-alkoholisk steatohepatit,60 och sarkopeni61 har uppmärksammats. Otillräckligt intag av mikronäringsämnen (vitaminer och fosfor) var signifikant förknippat med svårighetsgraden av parodontal sjukdom.62 En systematisk översikt visade en signifikant förbättring av parodontala parametrar med hjälp av E-vitamin och lykopen.63 E-vitamin kan mildra åldersassocierad skelettdysfunktion och öka muskelregenerationen, och på så sätt mildra sarkopeni.64

Vitamin E används också för biomedicinska material. α-tokoferol blandas till ett dialysmembran för klinisk hantering av kroniska hemodialyspatienter för att förbättra stabilitet och funktioner.65 E-vitaminblandad polyeten med ultrahög molekylvikt (UHMWPE) har utvecklats som ett material för användning i totala knä- och höftproteser.66 α-tokoferol accepteras för att förbättra oxidationsbeständigheten samtidigt som slitstyrkan och utmattningsstyrkan bibehålls.

E-vitaminets dåliga vattenlöslighet har i hög grad begränsat dess användning. Undersökningar för att förbättra både oral och topisk inkapsling och formuleringar av vitamin E har genomförts i stor utsträckning och olika leveranssystem för vitamin E har utvecklats för att övervinna detta problem och förbättra löslighet, permeation och biotillgänglighet. Liposomer67 , nano-emulsioner och lipidnanopartiklar68 är några exempel.69 Tokoferylester av polyetylenglykol och tokoferylfosfat är vattenlösliga. Polyetylenkonjugat av tokotrienoler har också studerats.28

Kostpolyfenoler som quercetin omvandlas till glukosid- och/eller sulfatderivat, eller deras O-metylderivat, under absorptionen i kroppen och presenteras som dessa konjugerade metaboliter i cirkulerande blod. Bildandet av tokoferolmetaboliter som glukosid-, sulfat- och O-metylderivat in vivo har inte rapporterats, men α-tokoferolglukosid syntetiserades från 2-hydroximetyl-2,5,7,8-tetrametylchroman-6-ol och maltos genom transglykosylering med α-glukosidas från Saccharomyces species70 . Den glykosylerade produkten, 2-(α-d-glukopyranosyl)metyl-2,5,7,8-tetrametylchroman-6-ol, är vattenlöslig och fungerar som en radikalavskiljande antioxidant.70,71 δ-tokoferolglukosid framställdes och dess effekter under dess topiska applicering på huden undersöktes.72

En viktig fråga är om varje E-vitaminisoform utövar en egen specifik funktion som inte delas med andra isoformer. Det har hävdats att tokotrienol utövar vissa funktioner som tokoferol inte gör och att tokoferol stör sådana tokotrienolfunktioner.42 Dessa viktiga frågor måste klargöras i framtida studier.

1.8 Stabilitet

E-vitamin är stabilt vid omgivningstemperatur, men det oxideras lätt vid hög temperatur, under ljus eller i ett alkaliskt medium. Fritering är en av de vanligaste metoderna för livsmedelsberedning och under friteringen, vanligen mellan 160-190 °C, oxideras E-vitamin till komplicerade blandningar av produkter, bland annat tokorkad (5,6-tokoferyldion) och dimerer som antas bildas genom en rekombination av tokoferoxylradikaler. α-tokoferol oxideras till α-tokoferoxylradikal av övergångsmetalljoner såsom järnjoner (Fe3+) och kopparjoner (Cu2+).