Praca dotyczy badań nad barwnikami betalainowymi pochodzenia naturalnego, jak i przetworzonymi, w kontekście ich właściwości przeciwutleniających. W części literaturowej przedstawiono dotychczasowy stan wiedzy na temat betalain, dotyczący ich struktury chemicznej, występowania w świecie roślin oraz instrumentalnych metod ich analizy, a także opis ścieżek termicznej degradacji betalain i sposobów preparatywnego ich wydzielania. W części eksperymentalnej wykonano analizę profili widmowych pigmentów betalainowych dla 23 gatunków roślin techniką HPLC-DAD-ESI-MS/MS, celem znalezienia nowych struktur i najlepszych, naturalnych źródeł betalain o silnych właściwościach przeciwutleniających. Szczególnie obiecującymi źródłami betalain, alternatywnymi do Beta vulgaris, okazały się rośliny z gatunków Hylocereus polyrhizus, Iresine herbsti i Atriplex hortensis var. rubra.
Z ekstraktów roślinnych Beta vulgaris wydzielono lub zsyntezowano: betaninę, aglikon betaniny, cztery dekarboksylowane i dwie dehydrogenowane pochodne betaniny, a także cztery wybrane betaksantyny i ich dekarboksylowane pochodne.
Wśród technik preparatywnych stosowano głównie techniki chromatograficzne: „flash” i HPLC. Czystość związków sprawdzano technikami: spektrofotometryczną oraz on-line HPLC- ABTS+•.
Do oceny właściwości przeciwutleniających zastosowano: standardowe protokoły z wolnymi rodnikami ABTS+•, DPPH•, metodę on-line HPLC-ABTS+• oraz metody elektrochemiczne CV i DPV; są to metody komplementarne.
Dla otrzymanych czystych związków dokonano oceny właściwości przeciwutleniających. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem pH betalainy wykazują silniejsze właściwości przeciwutleniające, a spośród nich największą aktywnością cechuje się betanidyna. Wykazano pozytywny wpływ grup –OH na aktywność przeciwutleniającą betalain. Dowiedziono pozytywny wpływ dekarboksylacji betaniny w pozycji drugiej, zaś negatywny w pozycjach piętnastej i siedemnastej oraz podwójnej dekarboksylacji w pozycjach drugiej i siedemnastej na właściwości przeciwutleniające. Równocześnie wykazano, że - w przeciwieństwie do dehydrogenacji betaniny w pozycjach czternastej i piętnastej -dekarboksylacja we wszystkich możliwych pozycjach wpływa pozytywnie na stabilność związków. Przeprowadzono badania nad ścieżkami utleniania zarówno betacyjanin, jak i betaksantyn. Zaproponowane ścieżki reakcji utleniania betanidyny są całkowitym novum w dziedzinie badań nad betalainami.
The thesis concerns research on natural and processed betalain pigments in context of their antioxidant properties. The theoretical part of the thesis relates to the prior knowledge on betalain: their chemical structure, occurrence, instrumental methods of analysis, description of thermal degradation pathways of betalains, and methods of their preparative isolation. In the experimental part, the analysis of betalain profiles of 23 plant species was carried out according to LC-DAD-ESI-MS/MS method, in order to find new structures and the best natural sources of betalains of potentially high antioxidant properties. It was stated that particularly promising as potential betalain sources, complementary to Beta vulgaris, were plants of the species of Hylocereus Polyrhizus, Iresine herbsti and Atriplex hortensis var. rubra. Betanin was isolated from Beta vulgaris extract and 15 pigments were semi-synthesized: betanidin, 4 decarboxylated and 2 dehydrogenated derivatives of betanin and 4 betaxanthins and 4 their derivatives. These species were isolated and purified according to chromatographic preparative techniques. Purity of the compounds was checked out with use of spectrophotometric technique and on-line HPLC-ABTS+• technique. In order to evaluate the antioxidant properties of the pure compounds thus obtained, standard protocols with free radicals ABTS+•, DPPH•, on-line HPLC-ABTS+• method, and complementary CV and DPV electrochemical methods were used. A growth in betalains antioxidant properties with increasing pH, and the highest antioxidant activity of betanidin were stated.
Positive influences of -OH groups, on antioxidant activity of betalains were shown. A positive impact of betanin decarboxylation at carbon C-2, while negative at the carbon positions C-15, C-17 and double decarboxylation at C-2 and C-17 on the antioxidant properties were also proven. In contrast to the dehydrogenation of betanin at C-14 and C15 positions, decarboxylation in all possible positions has a positive effect on the stability of compounds. The research on the pathways of betacyanin and betaxanthin oxidation were conducted. The proposed betanidin oxidation pathways are considered as a novelty in the field of betalain research.
