Kierownik projektu :
dr inż. Joanna Grzelczyk
Politechnika Łódzka

Panel: NZ9

Konkurs : PRELUDIUM 15
ogłoszony 15 marca 2018 r.

Wiele doniesień naukowych wskazuje, że prażone ziarno kawy zawiera nie tylko składniki bioaktywne korzystne dla zdrowia, ale także potencjalnie szkodliwy 5-hydroksymetylofurfural (5-HMF) i akrylamid (AK). Z drugiej strony, polifenole zawarte w kawie ograniczają patogenezę szeregu przewlekłych chorób cywilizacyjnych. Głównym celem badań była ocena właściwości prozdrowotnych składników kawy w modelu fizykochemicznym i na liniach komórkowych, w zakresie stężeń możliwych do osiągnięcia fizjologicznie, ich wpływu na wybrane szlaki sygnałowe, i wytypowania ekstraktów kawowych i ich frakcji, które po trawieniu i wchłonięciu w układzie pokarmowym w największym stopniu wykazują korzystne oddziaływanie.

dr inż. Joanna Grzelczyk przy pracy, fot. Michał Łepeckidr inż. Joanna Grzelczyk przy pracy, fot. Michał Łepecki Aby zrealizować przedstawiony cel przygotowano ekstrakty z ziarna kawowego gatunków arabika i robusta, zielonego i prażonego w stopniu jasnym i ciemnym oraz wyizolowano frakcje zawierające różne grupy polifenoli, wolne i związane z produktami reakcji Maillarda (MRP), a także wybrane niskocząsteczkowe MRP, w tym AK i 5-HMF. Ekstrakty oraz ich frakcje poddano trawieniu enzymatycznemu in vitro bez/z wybranymi szczepami bakterii kwasu mlekowego o właściwościach probiotycznych. Zbadano stopień wchłaniania polifenoli z trawionych ekstraktów lub ich frakcji w układzie modelowym z warstwą enterocytów. Następnie badane związki poddano modelowaniu molekularnemu metodą symulacji dokowania i kalorymetryczną z enzymami i receptorami ustrojowymi. Wyniki tych modeli porównano z oceną właściwości prozdrowotnych składników kawy w modelu komórkowym w celu potwierdzenia aktywowania wybranych szlaków metabolicznych w bardziej złożonym systemie biologicznym i wytypowano ekstrakty i ich frakcje, które po trawieniu i wchłonięciu w największym stopniu działają korzystnie na poziomie komórki, określono najkorzystniejsze ich stężenia fizjologiczne odpowiadające określonemu poziomowi spożycia naparów kawowych.

dr inż. Joanna Grzelczyk przy pracy, fot. Michał Łepeckidr inż. Joanna Grzelczyk przy pracy, fot. Michał Łepecki Zaobserwowano, iż zawartość wolnych polifenoli podczas trawienia ekstraktów/frakcji w symulowanym przewodzie pokarmowym wzrastała na skutek odszczepiania od bardziej złożonych struktur, głównie w jelicie grubym. Obecność mikroflory probiotycznej w jelicie przyczyniała się do wzrostu stężenie wolnych polifenoli, będących pochodnymi kwasów chlorogenowych, o wysokiej aktywności, w dolnym odcinku przewodu pokarmowego. Badania interakcji i powinowactwa do wybranych enzymów i receptorów ustrojowych metodą symulacji dokowania wykazały, iż związki bioaktywne kawy tworzyły z nimi stabilne kompleksy, przy czym składniki kawy wiązały się w miejscach aktywnych enzymu/receptora, najczęściej w sposób kompetencyjny. Trawienie in vitro ekstraktów kawowych i ich frakcji powodowało wzrost powinowactwa, analizowany metodą ITC, do enzymów/receptorów preparatów strawionych, w porównaniu do materiału przed trawieniem. Sugeruje to, że ekstrakty kawowe i frakcje z nich otrzymane po spożyciu mogą efektywnie hamować aktywność enzymów: acetylocholinoesterazy, butyrylocholinoesterazy, monoaminooksydazy A i topoizomerazy II lub regulować aktywność receptora PPARγ. Badania in vitro z wykorzystaniem linii komórkowych wykazały spośród badanych ekstraktów i ich frakcji najwyższą aktywność biologiczną przede wszystkim preparatów z zielonej kawy, w tym frakcji kwasów chlorogenowych, które działały cytoprotekcyjnie, chroniąc modelowe komórki enterocytów (Caco-2 i HT29), nerwowe (SH-SY5Y) oraz trzustki (MIN6) przed indukowanym stresem oksydacyjnym, sprzyjającym procesowi nowotworzenia. Preparaty te zmniejszały aktywność komórkowej β-sekretazy, co może działać prewencyjnie przeciwko generowaniu złogów β-amyloidu uszkadzającego komórki nerwowe. Zmniejszenie wydzielania cytokin prozapalnych przez zróżnicowane adipocyty 3T3-L1, a także stymulacja GSIS zidentyfikowała składniki preparatów kawy jako związki sprzyjające utrzymaniu homeostazy organizmu na poziomie metabolicznym. Jednocześnie, indukowanie śmierci komórkowej na drodze apoptozy przez podwyższone stężenia preparatów kawy potwierdziło ich właściwości antynowotworowe.

Pełny tytuł finansowanego projektu : Biodostępność i prozdrowotne właściwości kwasów hydroksycynamonowych ziarna kawy modyfikowane w procesie prażenia

dr inż. Joanna Grzelczyk

Kierownik - dodatkowe informacje

W 2021 r. obroniła doktorat z wyróżnieniem w Instytucie Technologii i Analizy Żywności, Politechnika Łódzka. Laureatka konkursów Preludium 15, Polmos Żyrardów za najlepszą pracę doktorską. Wyróżnienie w konkursie „Mam pomysł na startup”. Odbyła staż naukowy w 2019 r. na Uniwersytecie McGill, Montreal, Kanada. Autorka szeregu publikacji w czasopismach międzynarodowych oraz współautor patentu oraz zgłoszeń patentowych. Pracuje jako adiunkt w Instytucie Technologii i Analizy Żywności, PŁ.

dr inż. Joanna Grzelczyk - zdjęcie portretowe z ziarnami kawy