Estratti Concentrati di Polifenoli di Agrumi

Le piante producono un'enorme quantità di composti che promuovono la salute, tra cui polifenoli, fibre alimentari, vitamine e minerali. Fondamentalmente, gli alimenti di origine vegetale forniscono un alto valore nutritivo, una bassa densità calorica e costituenti a basso contenuto energetico (ad esempio, minerali, vitamine, fibre alimentari), oltre ad essere ricche fonti di sostanze fitochimiche bioattive come carotenoidi, steroli, polifenoli e glicosilati. I polifenoli alimentari come i flavonoidi sono forti antiossidanti che agiscono interagendo con le specie reattive dell'ossigeno (ROS) producendo composti reattivi. Per esempio, la curcumina è un polifenolo alimentare con una forte attività antiossidante che è stato usato contro una serie di malattie legate all'invecchiamento come il morbo di Alzeimer per più di un secolo. La curcumina agisce attraverso la chelazione di ioni metallici reattivi come il Fe2+, diminuendo così il loro potere ossidativo e il conseguente OS dovuto ai radicali liberi. Anche l'estratto di ginkgo biloba è stato usato per trattare le malattie legate all'invecchiamento. L'estratto di Ginkgo biloba contiene vari polifenoli, come flavonoidi e terpeni, che interagiscono con l'anione superossido, l'idrossile e i radicali liberi per spegnere le reazioni radicali a catena nella funzione della catena respiratoria mitocondriale. L'importante effetto dei polifenoli del tè sulla funzione cognitiva degli anziani è attribuito al suo contenuto di flavonoidi (catechina). Vari studi hanno confermato che i succhi di frutta e verdura disponibili in commercio hanno anche un alto livello di composti polifenolici antiossidanti. Questo potrebbe essere dovuto all'estrazione meccanica ad alta pressione durante la lavorazione dei succhi di frutta e verdura che recupera una quantità considerevole di composti antiossidanti dalle bucce e dalla polpa oltre ai principali fluidi di frutta e verdura.
Secondo vari studi in vitro, in vivo e clinici, un'attività neuroprotettiva più forte delle vitamine antiossidanti è stata riportata nei polifenoli dei succhi d'uva, mela e agrumi. Anche altre molecole antiossidanti come il carotene, i polifenoli alimentari (flavonoidi) e il selenio riducono l'OS nei neuroni. A causa degli alti valori nutritivi delle piante e del potenziale antiossidante di vari composti polifenolici come flavonoidi, derivati glicosidici dei flavonoidi, isoflavonoidi, lignani, flavonolignani, stilbenoidi, tannini, curcuminoidi, cumarine, floroglucinoli, xantoni, e antrachinoni sono stati studiati affrontando la loro fitochimica e la classificazione, i principali rappresentanti, le attività biologiche, le tecniche di estrazione e purificazione, le tecniche di identificazione e quantificazione, i livelli trovati negli alimenti, gli effetti della trasformazione alimentare e le applicazioni farmaceutiche.
I polifenoli sono un gruppo di metaboliti vegetali secondari che comprendono più di 9000 composti identificati fino ad oggi. In base al numero di anelli fenolici, sono categorizzati in diverse classi, vale a dire, sono flavonoidi, lignani e stilbenoidi. D'altra parte, i flavonoidi hanno sette sottoclassi, che rappresentano il 60% dei polifenoli alimentari, tra cui flavoni, flavonoli, flavanoni, isoflavoni, flavonoli, antociani e calconi. I flavonoidi sono polifenoli biologicamente attivi con potenziali bioattività antiossidanti e immunomodulanti. Vari studi epidemiologici e su modelli animali hanno indicato che i flavonoidi nella dieta possono ridurre l'incidenza delle malattie legate all'età. Strutturalmente i flavonoidi sono biosintetizzati dagli anelli aromatici del -fenil e del -malonil coenzima A.

(vedi Fig. 2)
La loro classificazione dipende quindi dalla posizione dei diversi gruppi funzionali sull'anello C e dalla posizione dell'anello B, come mostrato nella figura precedente. Nell'anello C dei flavanoni e dei flavanoli, il legame tra il secondo e il terzo atomo è un legame singolo, mentre è un legame aromatico o doppio nel caso di flavoni, flavonoli, isoflavoni e antocianidine. Con l'eccezione degli isoflavoni, l'attacco dell'anello B all'anello C avviene in posizione 2.
I flavonoidi si presentano principalmente come glicosidi invece di agliconi. I calconi sono i precursori dei flavonoidi composti da due anelli benzenici collegati da una struttura carbonilica insatura a tre atomi di carbonio. D'altra parte, i diidrocalconi, che sono un piccolo gruppo di flavonoidi, hanno una struttura ad anello C aperta. I diidrocalconi hanno un significato dietetico limitato e si trovano abbondantemente nelle mele (Malus domestica) e nel tè rooibos. Gli altri gruppi di flavonoidi con un doppio legame a C-2 sono i flavoni, che includono crisina, apigenina, rutina, e gli isoflavoni genistina, genisteina, daidzeina e daidzenina. A parte la mancanza di flavoni con ossigeno C-3, l'apigenina, la luteolina, la wogonina e la baicaleina hanno una somiglianza strutturale con i flavonoli.
Il contenuto di flavoni nel sedano (Apium graveolens) e nel prezzemolo (Petroselinum hortense) è riportato essere notevolmente alto. Inoltre, altre piante della famiglia degli agrumi sono ricche di flavoni polimetossilati come la nobiletina e la tangeretina.
Gli isoflavoni sono un gruppo di fitoestrogeni che hanno somiglianza strutturale e/o funzionale al 17-estradiolo. Pertanto, sono noti per avere potenti azioni estrogeniche o antiestrogeniche. Si tratta di un gruppo di flavonoidi con l'anello B attaccato a C-3 invece di C-2. Esistono in abbondanza nei legumi con quantità significative di daidzeina e genisteina. Nella soia, gli isoflavoni si presentano principalmente come 7-O-(6"-O-malonyl)- glucosidi, 7-O-(6"-acetyl)-glucosidi, 7-O-glucosidi e agliconi.
L'ossidazione alla posizione C-3 della struttura dei flavonoidi dà flavonoli come il kaempferolo, l'isorhamnetina, la miricetina e la quercetina. I flavonoli si trovano abbondantemente nelle piante principalmente come glicosidi con legami coniugati in posizione 5, 7, 3', 4' e 5' nella loro struttura.
Le cipolle gialle e rosse (Allium cepa) sono fonti potenziali di flavonoli con quantità significativamente elevate di quercetina-4'-O-glucoside e quercetina-3,4'-O-diglucoside.
I flavanoni sono flavonoidi formati come risultato della chiusura dell'anello C che produce l'unità cromonica e hanno un gruppo carbonilico C-4. I flavanoni più comuni includono naringina, naringenina, taxifolina, eriodictyol ed esperidina. I flavanoni sono presenti in quantità abbondante nei flavedo degli agrumi come derivati idrossilati, glicosilati e O-metilati, dove il più comune è l'esperetina-7-O-rutinoside (esperidina). Il flavanone naringina è un glicoside contenente naringenina, un aglicone, e neoesperidosi sul gruppo idrossile a C-7. La naringina ha un sapore amaro a causa della sua parte di glucosio, ma il suo derivato 1,3-difenilpropan-l-one prodotto trattando la naringina con una base forte è circa 300-1800 volte più dolce dello zucchero.
I flavan-3-oli come la catechina, l'epicatechina e l'epigallocatechina gallato, e le antocianidine includono l'apigenidina e la cianidina si formano attraverso la riduzione dei flavonoli da parte delle reduttasi. I flavan-3-oli sono una sottoclasse di flavonoidi, che consiste in monomeri, oligomeri e proantocianidine polimeriche (tannini condensati). Nelle posizioni C-2 e C-3 dei flavan-3-oli monomerici, ci sono due centri chirali che danno luogo a quattro strutture isomeriche.
Due di questi flavan-3-oli isomerici, (+)-catechina e (-)-epicatechina, sono abbondanti, mentre gli altri si trovano raramente in natura. Per esempio, i monomeri flavan-3-oli come (-)-epigallocatechina, (-)-epigallocatechina-3-O-gallato, e (-)-epicatechina-3-O-gallato sono disponibili nel tè verde (Camellia sinensis) in quantità molto elevata. Inoltre, ci sono oltre 500 derivati di antociani identificati nelle piante con un grado variabile di idrossilazione e/o metossilazione.
Le antocianine possiedono proprietà radical scavenging in relazione alla spina dorsale idrossile nella loro struttura. Le antocianidine sono ben note per la loro caratteristica colori nei frutti e nei fiori. La formazione di vari colori che vanno dal blu e dal viola all'arancione e al rosso è dovuta alla presenza di coniugati prodotti come risultato di una reazione tra gli agliconi delle antocianidine (gli agliconi sono pelargonidina, cianidina, delfinidina, peonidina, petunidina e malvidina) e acidi organici. Questi composti si trovano principalmente nello strato cellulare epidermico dei tessuti vegetativi in alcuni stadi di sviluppo e servono come fotoprotettori e attrattori per gli impollinatori o gli organismi che disperdono i semi. Un'antocianidina è un aglicone stabile contenente antocianina in posizione C-3, mentre le aggiunte di altre società come acile e acido idrossicinnamico alla spina dorsale producono antocianine complesse.
Il rapporto di attività strutturale (SAR) dei flavonoidi dipende, in generale, dalla natura della sostituzione sugli anelli B e C. Il SAR spiega le loro attività radical-scavenger, metal-chelating, e altre attività biologiche in relazione a varie società sulle strutture principali. In particolare, una sostituzione orto-di-idrossile sull'anello B (gruppo catecolo) conferisce una maggiore attività a causa della delocalizzazione degli elettroni che stabilizza la parte carbossilica, che serve anche come sito di legame per i metalli traccia. Inoltre, l'attività antiossidante aumenta con l'aumentare del numero di gruppi OH, soprattutto nelle posizioni 3, 4 e 5 dell'anello B. Inoltre, la presenza di un gruppo coniugato 4-oxo o 3-OH insieme a un doppio legame tra le posizioni C-2 e C-3 dell'anello C migliora ulteriormente l'attività scavenger dei radicali liberi dei flavonoidi. Al contrario, i metossiderivati dei flavonoidi formati dalla sostituzione dei gruppi OH dell'anello B hanno un potenziale di radical-scavenging inferiore.
I flavonoidi sono una classe di polifenoli a basso peso molecolare e hanno un ruolo importante nella sintesi della parete cellulare. Hanno una vasta gamma di attività farmacologiche, tra cui attività antitumorali e antidiabetiche, ruolo neuroprotettivo e riducono il rischio di malattie cardiovascolari (CVD). Il termine "fitofarmaco" è coniato per i metaboliti secondari delle piante che possiedono attività biologiche. La naringina è uno dei "fitofarmaci" tra i molti flavonoidi, che hanno proprietà ipolipemizzanti, antiaterosclerotiche, antidiabetiche, neuroprotettive, epatoprotettive e anticancro. Per quanto riguarda la loro attività antidiabetica, i flavonoidi hanno dimostrato di agire attraverso diversi meccanismi di segnalazione intracellulare come la regolazione della secrezione di insulina, la segnalazione dell'insulina, la digestione dei carboidrati e l'assorbimento del glucosio nei tessuti sensibili all'insulina. Vari studi epidemiologici supportano il potenziale dei flavonoidi nel ridurre il rischio di malattie cardiovascolari (CVD). In particolare la loro attività di riduzione dell'ossidazione delle lipoproteine a bassa densità (LDL) è attribuita alla prevenzione della disfunzione endoteliale, dell'aggregazione e dell'adesione delle piastrine e della migrazione e proliferazione delle cellule muscolari lisce. Per esempio, c'è un crescente interesse nel ruolo del cioccolato e uno dei suoi metaboliti bioattivi, come il flavan-3-ol, ha efficacia nella prevenzione e gestione dei CVD grazie al miglioramento dei fattori di rischio della sindrome metabolica. Un gran numero di studi osservazionali ha dimostrato un'associazione significativa tra l'uso del cacao, che ha minimizzato il rischio di CVD e la mortalità correlata. Inoltre, numerosi altri studi in vitro hanno mostrato il potenziale dell'attività dei flavan-3-oli verso la riduzione del rischio di CVD attraverso il loro effetto sull'attività dell'enzima di conversione dell'angiotensina (ACE), l'infiammazione, la funzione piastrinica, la funzione endoteliale e il trasporto del glucosio, mentre la loro efficacia non è ancora chiara nel modello in vivo. Inoltre, studi sperimentali sui flavonoidi hanno suggerito che la loro potenziale attività antiepilettica è modulata attraverso il complesso dei canali g-aminobutirrici di tipo A (GABAA)-Cl a causa della loro somiglianza strutturale con le benzodiazepine. Tali risultati dei rimedi erboristici contenenti flavonoidi con proprietà neuroattive sono una prova profonda della loro potenziale azione contro le condizioni patologiche mediate dal recettore GABAA. Quindi, i derivati dei flavoni sono considerati composti principali interessanti nella scoperta di benzodiazepine selettive e potenti. L'effetto neuroprotettivo dei flavonoidi è stato inizialmente suggerito attraverso un'azione indiretta come risultato delle loro attività antiossidanti e di lavaggio dei radicali liberi. Tuttavia, è stato poi scoperto che i flavonoidi esercitano un'azione farmacologica diretta su enzimi, recettori e vie di segnalazione. Attualmente, molta attenzione è data alle attività biologiche e fisiochimiche dei flavonoidi contro la neurodegenerazione associata al morbo di Parkinson e di Alzheimer e migliorare la funzione cognitiva nel sistema nervoso centrale (SNC).
Il potenziale antimicrobico dei flavonoidi è un'attività biologica ampiamente riportata soprattutto nelle piante che contengono flavoni e flavononi. Isolati strutturalmente diversi della corteccia radicale di Morus come morusina, kuwanone C, sangenoni B e D hanno dimostrato di avere un'attività potente e ad ampio spettro contro una gamma di microbi. I flavononi, pinocembrina e criptocaryone, dalle foglie di Cryptocarya chinensis hanno dimostrato un'attività significativa contro il M. tuberculosis nel modello in vitro. Inoltre, i biflavonoidi delle foglie di Garcinia livingstonei come l'amentoflavone e il 4' monometossi-amentoflavone hanno anche mostrato una potenziale attività antibatterica contro il Mycobacterium smegmatis.
L'altra importante attività biologica che i flavonoidi possiedono è l'effetto inibitorio sulla crescita delle cellule tumorali in studi in vitro e in vivo. L'apigenina è un flavonoide con una forte attività radical scavenging e una proprietà antinfiammatoria. Inoltre, una serie di studi sull'azione dell'apigenina contro diverse linee cellulari tumorali ha dimostrato che inibisce vigorosamente l'invasione delle cellule tumorali, la metastasi, le proteinchinasi attivate da mitogeni
(vedi fig. 3)
(MAPKs) e gli oncogeni a valle. D'altra parte, la crisina, che è strutturalmente simile all'apigenina, è un potente inibitore dell'aromatasi del virus dell'immunodeficienza umana (HIV) nel modello di infezione latente. È stato anche riportato che la crisina con leggere modifiche ha attività antinfiammatorie e antiossidanti oltre al suo potenziale di prevenzione della chemioterapia del cancro nel modello in vitro.
Attualmente, oltre 9000 diversi flavonoidi sono disponibili con un modello di sostituzione variabile sul loro anello C. Questi flavonoidi includono varie sottoclassi come calconi, flavoni, flavonoli, flavanoni, antociani e isoflavonoidi. La maggior parte di questi flavonoidi ha una notevole importanza commerciale. Per esempio, il flavonoide resveratrolo (uno stilbene), che è usato per il suo effetto sulla longevità degli animali, sta ora guadagnando un mercato maggiore come supplemento nutrizionale nei prodotti.
D'altra parte, l'ingegneria metabolica del pattern delle vie biosintetiche dei flavonoidi è diventata un'area di ricerca eccezionale negli ultimi decenni, a partire dal 1987. In particolare, nell'area dell'allevamento delle piante ornamentali l'ingegneria dei flavonoidi gioca un ruolo importante nel generare varietà non comuni di colori dei fiori, come le cultivar a fioritura blu e gialla. A questo proposito, i metodi molecolari in combinazione con i metodi classici sono stati utilizzati nell'ingegneria metabolica per coltivare fiori e ottenere nuovi colori mantenendo altri tratti originali desiderabili della pianta. Inoltre, i flavonoidi sono indicati come pigmenti di screening contro i raggi UV-B, fitoalessine (microrganismi antipatogeni), antifeedant, attrattori di agenti impollinatori e promotori della crescita delle piante.
L'estrazione, la separazione e la purificazione dei polifenoli sono un processo impegnativo a causa della loro complessità chimica e delle caratteristiche strutturali simili. Tuttavia, i recenti progressi nelle tecnologie e nelle strumentazioni li hanno resi più facili. In generale, i campioni raccolti da estrarre vengono essiccati, congelati o liofilizzati prima dell'estrazione per evitare la degradazione, che è particolarmente un problema durante l'essiccazione ad alta temperatura. Inoltre, il campione dovrebbe essere conservato in un contenitore chiuso e opaco poiché la composizione dei composti polifenolici è principalmente influenzata dall'esposizione alla luce e all'ossigeno. Una volta che il campione è pronto, diversi metodi di estrazione possono essere impiegati immediatamente dopo i pretrattamenti preliminari del campione (filtrazione e centrifugazione), compreso il partizionamento liquido/liquido e l'estrazione solido/liquido.

(vedi fig. 4)
Diagramma schematico che mostra il processo di estrazione/ frazionamento/ e le strategie di purificazione dei flavonoidi dai fluidi biologici, dalle piante e dagli alimenti (incluse le bevande). Abbreviazioni: SEE, estrazione in fase solida; TLC, cromatografia a strato sottile; GC, gascromatografia; HPLC, cromatografia liquida ad alte prestazioni; LC- MS, cromatografia liquida tandem-spettrometria di massa; C£, elettroforesi capillare; NMR, risonanza magnetica nucleare.

Nel processo di estrazione grezza dei flavonoidi il primo passo è il riscaldamento della miscela campione-solvente a circa 60°C nella miscela etanolo/acqua (3:7, v/v), che è generalmente considerato il solvente più adatto. Dopo aver riscaldato la miscela campione-solvente per un periodo di tempo sufficiente, l'estratto viene raffreddato, filtrato e il solvente in eccesso viene evaporato per ottenere l'estratto grezzo finale. Tuttavia, l'estratto grezzo deve essere ulteriormente purificato per ottenere un flavonoide puro. Così, una soluzione dell'estratto grezzo sarà preparata e versata in una colonna riempita con resina assorbente macroporosa pretrattata. Una volta che la soluzione è assorbita, l'acqua distillata sarà usata per lavare i carboidrati dalla colonna e poi  di etanolo 55-65% sarà versato nella colonna per eluire i flavonoidi. La miscela raccolta sarà concentrata con un apparato di evaporazione rotativa ed essiccata sotto vuoto. Poiché l'eluato di flavonoidi ottenuto potrebbe contenere molti derivati, ulteriori procedure cromatografiche come HPLC, GC e altre possono essere impiegate per ottenere i flavonoidi componenti.
Gli integratori alimentari e i nutraceutici che contengono importanti flavonoidi sono ampiamente disponibili sul mercato. Tuttavia, non sono stati ampiamente utilizzati a beneficio della popolazione mondiale. Essendo forti antiossidanti in natura, i flavonoidi hanno una gamma di attività biologiche e una più ampia applicazione nelle industrie di trasformazione alimentare. Inoltre, la loro caratteristica capacità colorante, specialmente quella delle antocianine, è stata di interesse come coloranti nelle industrie tessili, alimentari e cosmetiche. In generale, le tendenze attuali nella ricerca sui flavonoidi indicano che c'è un potenziale emergente per guidare un composto principale o un candidato farmaco che può essere sviluppato in un farmaco per il trattamento di malattie infettive, diabete, cancro, malattia di Alzheimer e altri disturbi legati all'età. Pertanto, ulteriori ricerche sono importanti per fornire dati affidabili sui flavonoidi e i loro metaboliti che sono attivi e le loro rispettive dosi, la loro interazione con altri farmaci così come i loro meccanismi di azione.