Untersuchungen zur Anreicherung und Bioverfügbarkeit von biologisch aktiven Substanzen unter Anwendung der HPLC-NMR- und der HPLC-MS-Kopplung

Abstract

In den letzten Jahren sind biologisch aktive Pflanzeninhaltsstoffe wie die Carotinoide und Tocopherole (Vitamin E) Gegenstand der medizinischen und ernährungswissenschaft-lichen Forschung geworden. Der Grund hierfür liegt in ihren antioxidativen Fähigkeiten, die einen positiven Effekt auf die Gesundheit, z.B. bei der Prävention von Volkskrankheiten wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Krebs, besitzen können. Allerdings ist es noch weitestgehend unbekannt, in welchem Maße sich die Wirkstoffe im Organismus anreichern. Die Erforschung der Anreicherung und Bioverfügbarkeit ist deshalb ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zur Entwicklung maßgeschneiderter Therapien. In der vorliegenden Arbeit wurde die Anreicherung bzw. Bioverfügbarkeit von biologisch aktiven Substanzen anhand von zwei Fallbeispielen untersucht. Zum Einen wurde die Anreicherung von Vitamin E aus einen Tocopherol-haltigen Zahncreme im menschlichen Zahnfleisch untersucht, da die Tocopherole nur dann einen positiven Effekt auf die orale Hygiene besitzen könnten. Zum Anderen wurde die Bioverfügbarkeit des Carotinoids Lutein nach Supplementierung mit hydroponisch gezüchtetem, teildeuterierten Spinat bestimmt. Gleichzeitig ist bei der Untersuchung der Pflanzeninhaltsstoffe zu beachten, daß Vitamin E als homologe Reihe der verschiedenen Tocopherole auftritt, während sich die Carotinoide unter dem Einfluß von Licht und Luft leicht zu diversen Z-Isomeren umwandeln. Da diese Homologen bzw. Isomere möglicherweise differierende biologische Wirksamkeiten besitzen, ist eine sorgfältige Identifizierung und Strukturaufklärung aller Komponenten unabdingbar, wie sie bei der Betrachtung der Anreicherung der Carotinoide Lutein und Zeaxanthin in Hühnerretina durchgeführt wurde. Als analytische Methoden wurde eine maßgeschneiderte Kombination aus Extraktions-, Trenn- und Identifizierungsmethoden eingesetzt. Bei der Extraktion kam die neuartige Matrix Solid Phase Dispersion zum Einsatz, anschließend wurde der Extrakt mittels HPLC auf einer hochselektiven C30-Trennphase in seine Komponenten aufgetrennt. Als Detektionstechniken kamen die NMR sowie die Massenspektrometrie, insbesondere in Kopplung mit der HPLC (HPLC-NMR, HPLC-MS) zum Ausschluß störender Einflüsse durch Licht und Luft, zum Einsatz.

In the last years, biologically active plant ingredients such as carotenoids and tocopherols (vitamin E) have become subject of medicinal and nutritional research. This is due to their antioxidative skills, that possess a positive effect on the human health, e.g. preventing common diseases like cardiovascular diseases and cancer. Nevertheless, it is still mostly unknown to which degree the active compounds are enriched in the organism. The investigation of the enrichment and bioavailability are therefore an important milestone on the way of developing tailor-made therapies. In this thesis, the enrichment and the bioavailability, respectively, have been investigated in two case studies. On the one hand, the enrichment of vitamin E from a toothpaste containing tocopherols in the human gingiva has been analysed, because only then the tocopherols may exhibit a positive effect on the oral health. On the other hand, the bioavailability of the carotenoid lutein has been determined after supplementation with hydroponically grown, partially deuterated spinach. During the investigation of the plant ingredients, it should also be considered that vitamin E occurs as a homologous row of the different tocopherols, while the carotenoids convert to various Z-isomers under the influence of light and oxygen. Since these homologues or isomers, respectively, might possess different biological activities, it is indispensable to carefully identify and elucidate the structures of all components, as it was done regarding the enrichment of the carotenoids lutein and zeaxanthin in chicken retina. The analytical methods used consisted of a tailor-made combination of special extraction, separation, and identification methods. For the extraction, the novel matrix solid phase dispersion was used, subsequently, the components of the extract were separated chromatographically on a highly selective C30 phase. For detection, the NMR spectroscopy and the MS spectrometry, especially hyphenated with HPLC (HPLC-NMR, HPLC-MS) to exclude disturbing influences due to light and air, are employed.