PhD Thesis Summary

KAUNO TECHNOLOGIJOS UNIVERSITETAS

Vilma Kaškonienė

SKIRTINGOS BOTANINĖS KILMĖS MEDAUS SUDĖTIES

YPATUMAI IR SAVYBĖS

Daktaro disertacijos santrauka

Fiziniai mokslai, chemija (03P)

Kaunas, 2008

Disertacija parengta 2004−2008 metais Kauno technologijos universiteto

Cheminės technologijos fakultete, Maisto produktų technologijos katedroje.

Mokslinius tyrimus rėmė Lietuvos valstybinis mokslo ir studijų fondas.

Mokslinis vadovas:

Prof. dr. Petras Rimantas Venskutonis (Kauno technologijos universitetas,

fiziniai mokslai, chemija, 03P).

Mokslinis konsultantė:

Dr. Violeta Čeksterytė (Lietuvos žemdirbystės institutas, biomedicinos

mokslai, biologija, 01B).

Chemijos mokslo krypties taryba:

Prof. habil. dr. Algirdas ŠAČKUS (Kauno technologijos universitetas,

fiziniai mokslai, chemija, 03P) – pirmininkas;

Doc. dr. Olga KORNYŠOVA (Vytauto Didžiojo universitetas, fiziniai

mokslai, chemija, 03P);

Prof. habil. dr. Audrius Sigitas MARUŠKA (Vytauto Didžiojo universitetas,

fiziniai mokslai, chemija, 03P);

Prof. habil. dr. Vytautas MICKEVIČIUS (Kauno technologijos

universitetas, fiziniai mokslai, chemija, 03P);

Doc. dr. Audrius PUKALSKAS (Kauno technologijos universitetas,

technologijos mokslai, chemijos inžinerija, 05T).

Oficialieji oponentai:

Prof. habil. dr. Juozas Vidas GRAŢULEVIČIUS (Kauno technologijos

universitetas, fiziniai mokslai, chemija, 03P);

Dr. Pranas VIŠKELIS (Lietuvos sodininkystės ir daržininkystės institutas,

fiziniai mokslai, chemija, 03P).

Disertacija bus ginama viešame Chemijos mokslo krypties tarybos posėdyje,

kuris įvyks 2008 m. rugsėjo 29 d. 10 val. Kauno technologijos universiteto

Centrinių rūmų disertacijų gynimo salėje (K. Donelaičio g. 73 − 403, Kaunas).

Adresas: K. Donelaičio g. 73, LT–44029, Kaunas, Lietuva.

Tel. (370) 37 30 00 42, faksas (370) 37 32 41 44, el.paštas [email protected].

Disertacijos santrauka išsiųsta 2008 m. rugpjūčio 29 d.

Su disertacija galima susipažinti Kauno technologijos universiteto bibliotekoje

(K. Donelaičio g. 20, Kaunas).

3

1. ĮVADAS

Temos aktualumas

Medus Lietuvoje vartojamas jau nuo senų laikų. Jis ir kiti bičių produktai yra

vertinami dėl savo unikalios sudėties, kadangi daugelio medžiagų nėra kituose

maisto produktuose. Tai - bioaktyvūs komponentai, tokie kaip fermentai (dėl

kurių susidaro vandenilio peroksidas), karotenoidai, antocianinai, eteriniai

aliejai, organinės rūgštys, propolio sudėtinės dalys (flavonoidai ir ferulio

rūgštis), bičių nuodų junginiai (melitinas, apaminas, histaminas ir kt.), bičių

pienelis (su fermentais ir oligopeptidais) ir žiedadulkės. Šie biologiškai aktyvūs

junginiai pripažįstami liaudies ir natūralioje medicinoje kaip veikliosios

medžiagos, turinčios įtakos žmonių ar gyvūnų metabolizmui.

Medus yra lengviausiai gaunamas bičių produktas. Jis renkamas iš daugelio

skirtingų augalų, todėl medaus cheminė sudėtis, fizikinės, juslinės ir biologinės

savybės priklauso nuo nektaro sudėties. Fizikocheminėms savybėms įtakos gali

turėti net bičių veislė ir geografinė vietovė. Dėl daugybės veiksnių, kurie gali

turėti įtakos medaus sudėčiai ir savybėms, šis produktas yra įdomus moksliniams

tyrimams. Lietuvoje daugiausia tirta medaus ir kitų bičių produktų, ypač

propolio, naudojimas medicinoje, bet ne maisto produktų technologijoje.

Skonis ir aromatas yra dvi pagrindinės medaus savybės, nuo kurių labai

priklauso medaus priimtinumas vartotojui. Skirtingos botaninės kilmės lietuviško

medaus lakiųjų junginių sudėtis nebuvo tirta, kaip ir angliavandenių sudėtis,

išskyrus standartinę gliukozės, fruktozės ir sacharozės analizę, naudojamą

kokybės kontrolei. Identifikavus junginius būdingus tik tam tikros rūšies medui

bei nustačius lakiųjų junginių ir angliavandenių sudėties priklausomybę nuo

botaninės medaus kilmės, palengvėtų medaus augalinės kilmės nustatymas; tai

suteiktų informaciją apie medaus autentiškumą ir klaidingą produkto ženklinimą.

Biologiškai aktyvių junginių sudėtis taip pat priklauso nuo augalų ir klimato

sąlygų. Mokslinės informacijos apie lietuviško medaus biologinį aktyvumą ir jo

veikimo mechanizmą nėra. Pastaraisiais metais dėl galimo neigiamo sintetinių

produktų poveikio žmogaus sveikatai padidėjo natūralių ir ekologiškų produktų,

maisto priedų ir papildų poreikis. Medaus biologinių savybių tyrimas yra įdomus

ir aktualus uždavinys, kadangi medų būtų galima panaudoti kaip natūralią

antibakterinę ir/ar antioksidacinę priemonę ir/ar komponentą funkcionaliojo

maisto produktų gamyboje.

Darbo tikslas ir uţdaviniai

Ištirti skirtingos botaninės kilmės medaus lakiųjų junginių ir angliavandenių

sudėtį ir įvertinti medaus biologinį aktyvumą bei nustatyti, ar yra priklausomybė

tarp medaus žiedadulkių sudėties ir lakiųjų junginių, angliavandenių sudėties, bei

kai kurių medaus savybių.

4

Darbo tikslui pasiekti suformuluoti šie uždaviniai:

1. Nustatyti skirtingos botaninės sudėties medaus lakiųjų junginių ir

angliavandenių sudėtį ir palyginti su kitų šalių medaus sudėtimi.

2. Įvertinti medaus lakiųjų junginių pokyčius laikymo metu.

3. Įvertinti Lietuvos rinkos medaus autentiškumą pagal angliavandenių

sudėtį.

4. Nustatyti skirtingos botaninės kilmės medaus fizikochemines savybes

(elektrinį laidį, pH ir titruojamą rūgštingumą).

5. Įvertinti skirtingų medaus rūšių ir bičių duonelės biologinį aktyvumą

modelinėse sistemose ir nustatyti fenolinių junginių, kurie paprastai yra susiję su

medaus antioksidacinėmis ir antibakterinėmis savybėmis, sudėtį.

Mokslinio darbo naujumas

1. Medaus ir bičių duonelės lakieji junginiai lietuviško medaus rūšyse

nustatyti pirmą kartą. Kai kurie junginiai lig šiol nebuvo rasti kitų šalių meduje.

2. Pirmą kartą nustatyta išsami lietuviško medaus angliavandenių sudėtis.

Atsižvelgiant į angliavandenių sudėties ypatybes, tokie duomenys praplečia

mokslines žinias apie medų.

3. Nustatyta, kad lietuviško medaus antibakterinis aktyvumas atsiranda dėl

vandenilio peroksido susidarymo.

4. Medaus ir bičių duonelės surinktų Lietuvoje fenolinių junginių ekstraktai

pasižymi laisvųjų radikalų sujungimo geba ABTS ir DPPH laisvųjų radikalų

modelinėse sistemose. Medaus antioksidacinės savybės gali būti panaudotos

sumažinti heterociklinių aminų susidarymą mėsoje.

Teorinė ir praktinė darbo vertė

Išsami medaus sudėtis ir savybės galėtų pasitartnauti medaus kokybės

kontrolei ir išsamesniam medaus produktų apibūdinimui. Medaus

angliavandenių sudėties analizė buvo panaudota prekybos tinkluose esančio

medaus autentiškumo tyrimui. Nustatyta, kad kai kurių rūšių medus turi

biologiškai aktyvių junginių, šios žinios gali būti panaudojamos ruošiant tam

tikrus komponentus maistui, kurie padėtų kontroliuoti maisto gedimo procesus ir

atlikti kai kurias naudingas sveikatai funkcijas organizme.

Pagrindiniai ginamieji disertacijos teiginiai

1. Medaus lakiųjų junginių sudėtis priklauso nuo botaninės medaus kilmės.

Medaus ir bičių duonelės lakieji junginiai yra skirtingi. Lakiųjų medaus junginių

sudėtis kinta laikymo metu.

2. Angliavandenių sudėtis priklauso nuo medaus botaninės sudėties.

3. Medus ir bičių duonelė pasižymi antibakteriniu aktyvumu. Lietuviško

medaus, išskyrus bičių duonelę, antibakterinis aktyvumas priklauso nuo

5

vandenilio peroksido formavimosi. Medaus antibakterinės savybės priklauso nuo

mikroorganizmų kultūros.

4. Lietuvoje surenkamas medus ir bičių duonelė pasižymi laisvųjų radikalų

sujungimo geba.

Disertacijos struktūra

Disertacija parašyta anglų kalba. Ją sudaro įvadas, literatūros apžvalga,

tyrimų objektai ir metodai, rezultatai ir jų aptarimas, išvados, naudotos

literatūros sąrašas, kurį sudaro 157 šaltiniai, disertacijos tema paskelbtų

publikacijų sąrašas. Bendra disertacijos apimtis 115 psl., kuriuose pateikta 29

paveikslai ir 23 lentelės.

2. TYRIMŲ OBJEKTAI IR METODAI

2.1. Tyrimų objektai

Tyrimams buvo naudotos įvairios komercinės ir iš bitininkų gautos medaus

rūšys, surinktos 2003–2007 metų augalų žydėjimo metu. Tarp tirtų medaus rūšių

daugiausiai buvo monoflorinio rapsų ir karklų medaus bei po vieną kmynų ir

baltųjų dobilų medaus rūšį, ir poliflorinio medaus, surinkto iš įvairių augalų.

Medus vadinamas monofloriniu, kai vienos rūšies žiedadulkių kiekis meduje yra

didesnis nei 45 %. Vienos rūšies žiedadulkių kiekis tirtame monofloriniame

meduje buvo nuo 47,7 % iki 97,2 %. Kitų augalų žiedadulkių (pienių, raudonųjų

dobilų, grikių, liepų, garstukų, vaismedžių, aviečių, kukurūzų ir kt.) taip pat buvo

meduje, tačiau žymiai mažiau. Kai kuriuose mėginiuose buvo lipčiaus. Taip pat

tirtas medus su pušų, beržų ir dilgėlių ekstraktais. Šis medus gautas, maitinant

bites ekstraktuose ištirpintu medumi; po medunešio gautas medus buvo

naudojamas tyrimams. Taip pat buvo tirti keli bičių duonelės bandiniai.

2.2. Tyrimų metodai

Medaus botaninė sudėtis nustatyta melisopalinologijos metodu, medaus

žiedadulkių sudėtį lyginant su standartiniais žiedadulkių preparatais.

Medaus lakieji junginiai ekstrahuoti kietafazės mikroekstrakcijos (KMF)

būdu, panaudojant karboksen/polidimetilsiloksano (CAR/PDMS) pluoštą ir tirti

dujų chromatografijos (DC) ir masių spektrometrijos (MS) metodais.

Eksperimentas kartojamas 3 kartus. Lakieji junginiai buvo identifikuoti pagal

junginio sulaikymo kolonėlėje indeksą, masių spektrą ir literatūros duomenis.

Medaus lakiųjų junginių pokyčiai laikymo metu nustatyti praėjus trims

mėnesiams nuo pirmosios analizės.

Medaus angliavandenių sudėtis analizuota DC metodu taikant liepsnos

jonizacijos detektoriumi, prieš analizę juos pavertus lakiaisiais junginiais,

veikiant trimetilsililimidazolu ir piridinu. Junginiai identifikuoti lyginant tiriamo

mėginio sulaikymo laikus su grynų angliavandenių sulaikymo laikais; analizė

kartojama 3 kartus.

6

Elektrinis laidis ir pH buvo išmatuoti panaudojant instrumentinius metodus, o

titruojamasis rūgštingumas – titruojant NaOH iki pH 8,3.

Biologinis medaus aktyvumas įvertintas modelinėse sistemose. Medaus ir

bičių duonelės antibakterinis aktyvumas nustatytas Staphylococus aureus ir

Staphylococcus epidermidis kultūrose, panaudojant difuzijos į agarą metodą;

kiekvienas mėginys analizuotas 4 kartus. Bendrasis antibakterinis aktyvumas

nustatytas išmatuojant švarią be mikroorganizmų augimo požymių zoną aplink

įdubą. Aktyvumas palygintas su etaloniniais fenolio tirpalais ir išreikštas fenolio

ekvivalentu (%).

Medaus ir bičių duonelės fenolinių junginių ekstraktų antioksidacinis

aktyvumas buvo įvertintas laisvųjų radikalų sujungimo metodais, panaudojant

modelines sistemas su DPPH• ir ABTS

•+ laisvaisiais radikalais. Šių metodų esmė

yra spektrofotometrinis reakcijos tirpalo spalvos pokyčio matavimas,

redukuojantis DPPH• ar ABTS

•+, t.y. reaguojant su antioksidantais, galinčiais

atiduoti protoną. Eksperimentas kartojamas 3 kartus. Fenolinių ekstraktų

aktyvumas išreikštas DPPH• ar ABTS

•+ tirpalų optinio tankio sumažėjimu.

Medaus fenolinių junginių ekstraktai gauti iš medaus tirpalų, atliekant

ekstrakciją su Amberlite XAD–2 sorbentu, o fenolinių ekstraktų sudėtis tirta

efektyviosios skysčių chromatografijos (ESC) metodu.

Preliminariai buvo įvertinta medaus įtaka heterociklinio amino PhIP (2-

amino-1-metil-6-fenilimidazo[4,5-b]piridinas) susidarymui keptoje kalakutienos

krūtinėlėje. Šio heterociklinio amino kokybinė ir kiekybinė analizė atlikta ESC

su fluorescenciniu detektoriumi būdu.

3. REZULTATAI IR JŲ APTARIMAS

3.1. Medaus ir bičių duonelės lakieji junginiai

Lakiųjų junginių sudėtis analizuota 15 medaus rūšių: 11 rapsų medaus, 2

poliflorinio medaus bei po vieną kmynų ir baltųjų dobilų. Taip pat tirtas vienas

bičių duonelės bandinys.

Tirtuose medaus rūšyse identifikuota apie 100 lakiųjų junginių, kurie

priklauso įvairioms cheminių junginių klasėms: alkoholiams, aldehidams,

rūgštims, terpenams, linijiniams ir šakotiems angliavandeniliams, benzeno,

furano ir nitrilų dariniams. Daugumos medaus rūšių dujų chromatogramos buvo

panašios; skyrėsi tik kai kurių junginių smailių plotai. Labiausiai iš visų skyrėsi

kmynų, dobilų, beveik grynas rapsų (92,6 % rapsų žiedadulkių) ir poliflorinis

vasaros medus, kurio sudėtyje buvo grikių žiedadulkių. Rapsų medaus

chromatograma pateikiama 1 pav.

Visose 15 medaus rūšių buvo rasti tik benzaldehidas ir benzenacetaldehidas.

Keletas junginių identifikuoti daugelyje medaus rūšių: 14 mėginių rastas

dimetilsulfidas, pentannitrilas ir benzilnitrilas; 2-propanonas, oktano ir nonano

rūgštys rastos 13 mėginių; furfuralis, linalolis ir nonanalis – 12 medaus rūšių;

7

oktanalis, 2-(5-metil)-5-viniltetrahidrofuran-2-il)propanalis, hotrienolis ir

dekanalis – 11 mėginių; o 2-metilbutannitrilas – 10 lakiųjų junginių frakcijų.

1 pav. Rapsų medaus DC–MS chromatograma po KMF ekstrakcijos (1 – 2,4-

dimetilheptanas, 2 – furfuralis, 3 – benzaldehidas, 4 – cis-dihidroksi linaloloksidas, 5 – p-

cimenenas, 6 – nonanalis, 7 – benzoinė rūgštis, 8 – p-cimen-8-olis, 9 – dekanalis, 10 –

anyžių aldehidas, 11 – p-cimen-7-olis, 12 – karvakrolis)

Reikia paminėti, kad pagal turimos literatūros duomenis, keletas junginių

meduje buvo identifikuoti pirmą kartą; tai 3-metilheksanas, 1,4-pentandiolis,

2,3-dihidroksipropanalis, 4-metiloktanas, 3-karen-2-olis, 2,3-dimetilheptanas, 4-

metil-2,7-oktadienas, trans-sabinenhidratas, p-sec-butiltoluenas, p-etilkumenas,

5,9-dimetil-1-dekanolis. Kai kurių junginių struktūros pateiktos 2 pav.

Yra žinoma, kad medaus aromatas priklauso nuo lakiųjų junginių sudėties,

kuri priklauso nuo nektaro sudėties. Didžiausia lakiųjų junginių įvairovė buvo

kmynų meduje, rapsų meduje su 67,5 % ir 92,6 % rapsų žiedadulkių bei

polifloriniame vasaros meduje, kuriuose buvo identifikuota 40 skirtingų lakiųjų

junginių.

Bičių duonelės lakiųjų junginių sudėtis skyrėsi nuo medaus. Bičių duonelė

sudaryta iš medaus ir žiedadulkių; pastarosios galėjo turėti įtakos lakiųjų

junginių sudėčiai. Nepavyko rasti literatūros duomenų apie šio produkto

lakiuosius junginius. Bičių duonelės viršerdvėje, priešingai nei medaus, nebuvo

rasta 2-propanono, 2-metilbutannitrilo, 3-metilpentano rūgšties, benzenacetalde-

hido, linalolio, oktano rūgšties. Benzaldehido taip pat buvo labai mažai (0,9 %),

lyginant su medumi; 10 iš 15 medaus mėginių, šio junginio buvo daugiau nei 5

8

%. Bičių duonelėje skirtingai nuo medaus rasta acto rūgšties, 1-fenilpropan-2-

olio, 3-furalaldehido, 2-heptanono, 4-etil-4-metil-1-hekseno, 5-hidroksimetil-

furfuralio, tridekano ir 1-heptadeceno.

O

O

furfuralis

HO

linalolisOH

hotrienolis

O

O

alyvų aldehidas

OH

H

trans-sabinenhidratas

HO

3-karen-2-olis

p-etilkumenas p-sec-butiltoluenasp-cimenenas

2 pav. Kai kurių meduje identifikuotų lakiųjų junginių struktūros

Lakiųjų junginių tyrimai laikant medų kambario temperatūroje parodė, kad jų

sudėtis kinta: aptikta naujų junginių, kai kurie junginiai išnyko, o kai kuriose

medaus rūšyse pasikeitė tik jų kiekiai. Pavyzdžiui, tik šviežiame meduje rasti

heksanas, 3-metilbutanalis, 2-metilpropano rūgštis, izobutilbenzenas, 2,4-

dimetilheptanas, 2-metilbutano rūgštis, 2-nonanonas, undekanas ir dekano

rūgštis. Panašu, kad medaus lakiųjų junginių pokyčių priežastimis gali būti

tiesioginiiai cheminiai pokyčiai (naujų junginių susidarymas, kitų išnykimas) ir

fiziniai medaus pokyčiai, dėl kurių gali sumažėti lakiųjų junginių atpalaidavimas.

Koreliacijos tarp meduje esančių žiedadulkių ir identifikuotų lakiųjų junginių

nenustatyta. Tačiau kmynų medus išsiskyrė dideliu benzenaldehido kiekiu (21,4

%); kitose rūšyse šio junginio buvo 1,19,5 %; dvi pavasarinių rapsų medaus

rūšys skyrėsi dideliu p-cimeneno kiekiu (37,9 % ir 12,3 %), nors kituose rapsų

medaus mėginiuose šio junginio buvo tik iki 2,8 %. Gauti rezultatai skatina tirti

daugiau kmynų medaus rūšių (buvo tirtas tik vienas mėginys) ir grynesnį rapsų

medų, kadangi kiekvienos kitos rūšies žiedadulkės turi įtakos medaus lakiųjų

junginių sudėčiai, dėl to rezultatai gaunami labai skirtingi. Tikėtina, kad lakiųjų

junginių sudėčiai įtakos turi ir bičių veislė, ir vietovė, kurioje renkamas medus.

9

3.2. Medaus angliavandenių sudėtis

Mono-, di- ir trisacharidų sudėtis tirta DC būdu su liepsnos jonizacijos

detektoriumi 26 žinomos botaninės sudėties medaus rūšyse. Analizuoti 7 karklų

medaus mėginiai, 15 rapsų ir 4 poliflorinio medaus mėginiai.

Gliukozė vyravo 22 iš 26 tirtų mėginių, greičiausiai dėl vyraujančių rapsų,

kurių auginimas pastaruoju metu Lietuvoje pagausėjo. Gliukozės kiekis kito nuo

34,6 % iki 42,6 %, fruktozės kiekis buvo šiek tiek mažesnis ir kito nuo 32,9 %

iki 40,0 %. Atitinkamos botaninės medaus kilmės vidutinis angliavandenių

kiekis ir jų kitimo ribos pateiktos 1 lent.

Manoma, kad tam tikrų angliavandenių kiekių santykis meduje gali padėti

nustatyti medaus autentiškumą. Tirtuose mėginiuose fruktozės ir gliukozės

santykis (F/G) kito nuo 0,78 iki 1,16 (1 lent.). Kai šis santykis mažesnis už 1,

meduje daugiau gliukozės. Manoma, kad maltozės ir izomaltozės santykis gali

parodyti, kad meduje yra krakmolo ar fruktozės sirupo priemaišų; maltozės ir

turanozės santykis gali parodyti, kad medus skiestas maltozės ar maltotriozės

sirupu, o didelis sacharozės ir turanozės reikšmės gali išduoti medaus skiedimą

cukrumi. Apskaičiuoti paminėtų angliavandenių santykiai atitiko

rekomenduojamus natūraliam medui; tai rodo, kad į tirtą medų nebuvo

primaišyta jokių angliavandenių priedų. Be to, nei vienas medus neišsiskyrė

dideliu sacharozės kiekiu; šis cukrus taip pat naudojamas medaus falsifikavimui.

1 lentelė. Vidutinis (vid.) identifikuotų mono-, di- ir trisacharidų kiekis (%) įvairios

kilmės medaus rūšyse

Sacharidas

Poliflorinis

(m = 4)

Pavasarinių rapsų

(m = 12)

Ţieminių rapsų

(m = 3)

Karklų

(m = 7)

vid. nuo – iki vid. nuo – iki vid. nuo – iki vid. nuo – iki

Fruktozė 37,73 35,85–40,00 36,18 35,14–37,84 34,83 34,42–35,47 35,10 32,92–38,88

Gliukozė 37,95 34,60–41,21 39,78 36,44–41,28 41,40 40,36–42,63 40,46 35,27–42,29

Sacharozė 0,11 0,09–0,11 0,12 0,09–0,21 0,10 0,09–0,13 0,16 0,12–0,25

Maltozė 1,01 0,58–1,24 1,10 0,60–2,64 1,15 0,59–1,57 1,54 1,14–1,85

Turanozė 0,35 0,28–0,44 0,35 0,20–0,55 0,31 0,20–0,42 0,37 0,23–0,60

Trehalozė 0,24 0,13–0,37 0,23 0,08–0,56 0,10 0,04–0,14 0,31 0,12–0,72

Palatinozė 0,21 0,10–0,29 0,22 0,09–0,46 0,23 0,20–0,26 0,20 0,00–0,42

Celobiozė 0,44 0,36–0,52 0,39 0,19–0,76 0,35 0,17–0,53 0,39 0,16–0,81

Izomaltozė 0,75 0,15–1,23 0,97 0,60–1,94 0,83 0,70–0,97 0,80 0,63–1,20

Rafinozė 0,02 0,00–0,04 0,04 0,00–0,15 0,05 0,04–0,06 0,07 0,00–0,24

Panozė 0,07 0,03–0,20 0,01 0,00–0,04 0,01 0,00–0,02 0,02 0,00–0,04

NI* 3,11 2,13–4,22 2,61 2,01–3,13 2,61 2,08–3,39 2,58 2,04–3,01

F/G** 1,00 0,87-1,16 0,91 0,85-1,03 0,84 0,81-0,88 0,87 0,78-1,10

m – medaus mėginių skaičius.

* NI – neidentifikuotų sacharidų suma. ** F/G – fruktozės ir gliukozės santykis.

10

Skaičiuojant priklausomybes tarp meduje vyraujančių žiedadulkių ir

identifikuotų angliavandenių, tik rapsų žiedadulkių kiekis (> 48,1 %) meduje

vidutiniškai koreliavo su gliukozės kiekiu (koreliacijos koeficientas 0,72), kitu

atveju, t.y. mažėjant rapsų žiedadulkių kiekiui, kitų žiedadulkių įtaka didėja ir

koreliacija silpnėjo.

3.3. Komercinio medaus autentiškumo tyrimas

15 natūralaus ir 1 dirbtinio medaus rūšių buvo pirktos Lietuvos prekybos

centruose. Natūralaus medaus sudėtis nesiskyrė nuo analizuotų žinomos

botaninės sudėties medaus rūšių, t.y. meduje vyravo gliukozė ir fruktozė, o

disacharidų ir trisacharidų buvo tik apie 3–7 %. Savo sudėtimi labai skyrėsi

dirbtinis medus. 3 pav. pavaizduotas dirbtinio ir natūralaus medaus

chromatogramų palyginimas aiškiai parodo, kad dirbtiniame meduje didžiausia

angliavandenių koncentracija yra disacharidų zonoje, o ne monosacharidų, kaip

yra būdinga natūraliam medui.

3 pav. Dirbtinio (viršuje) ir natūralaus (apačioje) medaus chromatogramos

trisacharidai

disacharidai monosacharidai

11

Dirbtiniame meduje sacharozės rasta 9,0 %, kuomet natūraliame meduje

nustatyta tik iki 0,5 %; gliukozės buvo 1,5 karto mažiau nei natūraliame meduje

(22,9 %), fruktozės tik 2,4 %, kai natūraliame buvo nuo 33,4 % iki 43,4 %.

Dirbtinis medus išsiskyrė dideliu maltozės kiekiu – 34,6 %, kai natūralaus

medaus mėginiuose šio angliavandenio kiekis buvo nuo 0,3 % iki 1,4 % (4 pav.).

4 pav. Vidutinis pagrindinių angliavandenių kiekis komercinio medaus rūšyse (m –

medaus mėginių kiekis)

Sacharozės kiekis rinkoje esančiame natūraliame meduje buvo ne didesnis

kaip 0,5 % ir neviršijo Europos maisto kodekse nurodyto maksimalaus leidžiamo

kiekio 5 % (didesni kiekiai leidžiami tik tam tikroms medaus rūšims). Taip pat,

apskaičiavus tam tikrų angliavandenių (apie tai minėta 3.2 skyriuje) santykius,

nerasta neatitikimų su rekomenduojamais dydžiais. Dirbtiniame meduje

fruktozės ir gliukozės santykis buvo 0,11, o kitų santykių nebuvo galima

apskaičiuoti, nes jame nerasta nei turanozės, nei izomaltozės. Taigi prekybos

tinkluose pirktame meduje nebuvo rasta pigių ne medaus kilmės angliavandenių

priedų ir galima teigti, kad visi medaus bandiniai buvo gauti nenaudojant

pappildomų angliavandenių šaltinių. Be to, palyginus dirbtinio ir natūralaus

medaus cukrų sudėtį, galima aiškiai matyti jų sudėties skirtumus, kurie gali būti

neginčijamais medaus autentiškumo įvertinimo indikatoriais.

3.4. Medaus fizikocheminės savybės

Pastaruoju metu medaus elektrinis laidis (EL) naudojamas vietoje pelenų

kiekio analizės. Taip pat pagal jo vertes galima atskirti lipčiaus ir nektaro medų.

EL vertė priklauso nuo mineralinių medžiagų ir rūgščių sudėties meduje – kuo jų

daugiau, tuo didesnis EL. Rapsų medaus EL buvo nuo 0,27 iki 0,66 mS/cm,

12

karklų ir poliflorinio jis buvo didesnis, atitinkama 0,39–0,89 mS/cm ir 0,52–0,85

mS/cm. Mažiausias EL nustatytas grynam rapsų medui (0,27 mS/cm), o

didžiausias 0,89 mS/cm – karklų medui (92,9 % karklų žiedadulkių). Vadinasi

karklų medaus sudėtyje yra daugiau mineralinių medžiagų, nei rapsų meduje.

Stipri neigiama priklausomybė tarp EL ir rapsų žiedadulkių kiekio meduje buvo

rasta, kai rapsų žiedadulkių kiekis meduje buvo tarp 77,4 % ir 97,2 %

(koreliacijos koeficientas -0,90); rapsų kiekiui meduje mažėjant, ši

priklausomybė silpnėjo (koreliacijos koeficientas -0,62). Tikriausiai, mažėjant

vienos rūšies žiedadulkių kiekiui meduje, kitos rūšies žiedadulkių poveikis EL

ženkliai padidėja.

Kitokie rezultatai gauti tiriant monoflorinį karklų medų: buvo stipri teigiama

(0,90) koreliacija tarp karklų žiedadulkių ir EL.

Medaus pH dėl jame esančių rūgščių yra gerokai mažesnis nei 7. Tirtų

medaus rūšių pH buvo apie 4. Rapsų, karklų ir poliflorinio medaus pH buvo

3,94–4,09. Bičių duonelės pH buvo šiek tiek mažesnis (3,82), nors bičių

duonelės ir medaus mišinio pH padidėjo iki 4,01. Tirto medaus pH nekoreliavo

su medaus rūgštingumu.

Medaus rūgštingumas kito nuo 15,2 mekv/kg iki 22,4 mekv/kg. Karklų

medaus rūgštingumas buvo 1,1 karto didesnis nei rapsų. Bičių duonelė pasireiškė

gerokai didesniu rūgštingumu – 47,7 mekv/kg, tačiau sumaišius bičių duonelę su

medumi, rūgštingumas sumažėjo 3,5 karto. Medus su beržų, pušų ir dilgėlių

ekstraktais taip pat turėjo didesnį rūgštingumą nei natūralus medus (37,1–39,0

mekv/kg). Tirto medaus titruojamas rūgštingumas atitiko Europos Maisto

kodekso rekomenduojamas normas.

3.5. Medaus ir bičių duonelės antibakterinis aktyvumas

Buvo įvertintos 34 medaus rūšių, gautų iš bitininkų ir pirktų prekybos

tinkluose, bei 4 bičių duonelės bandinių antibakterinės savybės. Taip pat tirtas

medus su beržų, pušų ir dilgėlių ekstraktais. Nustatyta 50, 25 ir 10 % tirpalų

įtaka S. aureus ir S. epidermidis augimui. 10 % koncentracijos tirpalai neslopino

šių bakterijų augimo, o komercinis medus bei medus su beržų ekstraktu

neslopino bakterijų augimo panaudojant netgi 25 ir 50 % koncentracijos tirpalus.

Iš bitininkų gautas medus efektyviau slopino bakterijų augimą. Antibakteriniu

aktyvumu pasižymėjusių atskirų medaus rūšių kiekis pateiktas 2 lent.

Antibakerinis aktyvumas priklausė ne tik nuo medaus rūšies, bet ir nuo bakterijų

kultūros: S. epidermidis buvo atsparesnės medaus poveikiui.

Rapsų ir poliflorinis medus S. aureus kultūroje pasižymėjo stipresnėmis

antibakterinėmis savybėmis, nei karklų medus, nors S. epidermidis kultūroje

rapsų ir karklų medus turėjo panašų aktyvumą, o poliflorinis didesnį (3 lent.). 25

% medaus tirpalai buvo 1,2 iki 2,4 kartų silpnesni nei 50 %. Ne visos medaus

rūšys slopino mikroorganizmų augimą esant 25 % koncentracijai, taip pat ne

visos rūšys slopino abi kultūras. Medaus su ekstraktais poveikis bakterijų

13

augimui buvo nežymus; tik medus su pušų ekstraktu šiek tiek slopino jų augimą

esant 50 % medaus koncentracijai (3 lent.).

2 lentelė. Medaus mėginių kiekis, kuris pasižymėjo antibakteriniu aktyvumu bakterijų

kultūrose tirtomis koncentracijomis (25 % ir 50 %)

Medus

Mėgi-

nių

kiekis

Mėginių kiekis su bendru

antibakteriniu aktyvumu

Aktyvių mėginių

kiekis pridėjus

katalazės

Aktyvių mėginių kiekis

po medaus

neutralizavimo

S. aureus S. epidermidis Abi tirtos

bakterijos

S.aureus S.epidermidis

50 % 25 % 50 % 25 % 50 % 50 %

Rapsų 17 14 11 16 13 0 16 17

Karklų 4 2 1 4 3 0 4 4

Poliflorinis 10 3 2 3 2 0 6 4

Su beržų

ekstraktu 1 0 0 0 0 0 0 0

Su pušų ekstraktu

1 1 0 1 0 0 1 1

Su dilgėlių

ekstraktu 1 0 0 0 0 0 1 1

Bičių duonelė 4 4 4 4 4 4 4 4

3 lentelė. Vidutinis skirtingos botaninės kilmės medaus antibakterinis aktyvumas S.

aureus ir S. epidermidis kultūrose prieš ir po neutralizavimo, išreikštas fenolio

ekvivalentu (%)

Medus

Natūralus medus Neutralizuotas medus

S. aureus S. epidermidis S. aureus S.epidermidis

50 % 25 % 50 % 25 % 50 % 50 %

Rapsų 4,76 ±0,62 3,08±0,58 2,83±0,49 1,89±0,51 5,90±0,68 4,05±0,64

Karklų 3,68±0,42 2,14±0,48 2,89±0,60 1,74±0,52 6,44±1,35 3,96±0,77

Poliflorinis 4,12±0,64 2,49±0,75 3,70±0,59 2,62±0,55 7,44±0,71 4,59±0,36

Su beržų ekstraktu - - - - - -

Su pušų ekstraktu 1,11±0,86 - 2,67±0,28 - 2,30±0,48 3,09±0,15

Su dilgėlių ekstraktu - - - - 4,76±0,83 2,81±0,39

Bičių duonelė 5,57±0,66 3,57±0,67 3,98±0,52 2,51±0,65 7,55±0,61 3,79±0,63

Įvertinant katalazės fermento įtaką medaus antibakteriniam aktyvumui, į

tirtus mėginius pridėta katalazės (2 mg/ml). Katalazė neutralizuoja vandenilio

peroksidą, kuris meduje susidaro iš gliukozės, esant deguonies ir vandens ir

veikiant gliukozės oksidazei. Taigi, pridėjus katalazės, visi medaus tirpalai,

išskyrus bičių duonelę, prarado antibakterinį aktyvumą (lyginant su natūralaus

medaus aktyvumu). Katalazės įtaka bičių duonelei pavaizduota 5 pav.; matyti,

kad bičių duonelės aktyvumas nepakito arba nežymiai sumažėjo. Iš čia galima

daryti išvadą, kad tirtų medaus rūšių, išskyrus bičių duonelę, antibakterinis

aktyvumas priklauso nuo jame susidaranačio vandenilio peroksido.

14

Siekiant įvertinti medaus pH įtaką bakterijų augimui (jau buvo minėta, kad

medaus pH yra apie 4,0), medus buvo neutralizuojamas iki pH 7,0. Įdomu tai,

kad medaus aktyvumas padidėjo, o kai kurios medaus rūšys, kurios prieš tai

neslopino bakterijų augimo, taip pat tapo aktyviomis (3 lent.). Apibendrinant

šiuos duomenis galima teigti, kad medaus aktyvumo padidėjimas po

neutralizavimo patvirtina anksčiau padarytą prielaidą, jog medaus aktyvumas

pagrįstas fermentine gliukozės oksidacija, nes neutralioje terpėje gliukozės

oksidazė yra aktyvesnė ir dėl to susidaro daugiau bakterijų augimą slopinančio

vandenilio peroksido.

5 pav. matyti neutralizavimo įtaka bičių duonelės aktyvumui: termiškai

apdorotos bičių duonelės aktyvumas nepakito, o kitų – padidėjo. Gali būti, kad

termiškai apdorotoje duonelėje gliukozės oksidazė buvo inaktyvuota ir jos

antibakterinis aktyvumas pagrįstas neperoksidiniu aktyvumu, o kituose bičių

duonelės mėginiuose bakterijų slopinimas vyksta dar ir dėl peroksido

susidarymo.

5 pav. Natūralios, paveiktos katalaze ir neutralizuotos bičių duonelės antibakterinis

aktyvumas S. aureus kultūroje (BB35 – termiškai apdorota bičių duonelė, BB36, BB37,

BB38 – medaus ir bičių duonelės mišinys)

Priklausomybės tarp atitinkamų žiedadulkių kiekio meduje ir antibakterinio

aktyvumo nebuvo greičiausiai dėl to, kad gliukozės oksidazė, kuri skatina

vandenilio peroksido susidarymą, yra ne augalinės, o bičių kilmės.

3.6. Medaus ir bičių duonelės antiradikalinis aktyvumas

Medaus (35 rūšys), bičių duonelės (9 rūšys) ir medaus su beržų, pušų ir

dilgėlių ekstraktais fenolinių ekstraktų antiradikalinis aktyvumas įvertintas

modeliniais DPPH• radikalų ir ABTS

•+ radikalų katijonų sujungimo testais.

15

Medaus antiradikalinio aktyvumo pasiskirstymas pateikiamas 6 pav.: jis buvo

nuo 31,1 % iki 98,3 %.

10

11

12

4

7

5

12

13

7

2

2

3

90-100

80-90

70-80

60-70

50-60

40-50

30-40

Mėginių kiekis

Ra

dik

alų

su

jung

ima

s (%

)

ABTS

DPPH

6 pav. Tirtų mėginių antiradikalinio aktyvumo pasiskirstymas DPPH• ir ABTS

•+

radikalinėse sistemose

OOH

HO O

OH

apigeninas

OOH

HO O

O

OH

O

chrizinas

OHO

HO

p-kumaro rūgštis

OH

OOH

HO O

OH

kamferolis

7 pav. Meduje identifikuotų fenolinių junginių struktūros

Bičių duonelės aktyvumas buvo pasiskirstęs mažesniame intervale – 72,5–

94,0 % ABTS•+

sistemoje ir 71,1–92,2 % DPPH• reakcijos sistemoje. Medus su

augalų ekstraktais pasižymėjo didžiausiu aktyvumu (80,0–98,3 %). Vienos

medaus rūšys (taip pat ir bičių duonelės) efektyviau sujungė ABTS•+

radikalus, o

kitos – DPPH•. Panašu, kad tirtų medaus rūšių antioksidacinių savybių skirtumai

16

priklauso nuo botaninės jų kilmės ir dėl to juose susikaupiančių skirtingų

fitocheminių medžiagų. Pavyzdžiui, meduje su ekstraktais fitocheminių

medžiagų kiekis galėjo būti didesnis nei natūraliame meduje. Tačiau tiesioginės

priklausomybės tarp meduje esančių žiedadulkių ir antiradikalinio aktyvumo

nebuvo rasta. Preliminariai nustatyta, kad karklų meduje žiedadulkių kiekis

koreliavo su medaus aktyvumu (DPPH• ir ABTS

•+ sistemose koreliacijos

koeficientai atitinkamai 0,79 ir 0,82), tačiau norint patvirtintį šį rezultatą reikėtų

ištirti daugiau karklų medaus mėginių.

Preliminari fenolinių junginių analizė ESC būdu parodė, kad visose medaus

rūšyse yra p-kumaro rūgšties, kamferolio, chrizino ir apigenino (7 pav.). Bičių

duonelėje kamferolio rasta daugiau nei meduje, o medus su augalų ekstraktais

išsiskyrė 3–4 kartus didesniu apigenino kiekiu.

3.7. Medaus įtaka PhIP susidarymui

Preliminariai buvo įvertinta medaus ir jo fenolinių ekstraktų įtaka

heterociklinio amino – PhIP susidarymui keptoje kalakutienoje. Skirtingų

koncentracijų medaus ir jo fenolinių ekstraktų įtaka heterociklinio amino

susidarymui parodyta 4 lent.

4 lentelė. PhIP kiekis tirtoje mėsoje kaitinant 30 min 200 ºC temperatūroje modelinėje

sistemoje

Bandinys PhIP kiekis (ng/g)

Mėsa be priedųa 67.37 ± 4.91

Mėsa su 20mg medausa 53.26 ± 3.76

Mėsa su 50mg medausa 55.02 ± 5.54

Mėsa su 20mg medaus fenolinio ekstraktob 14.61 ± 1.19

Mėsa su 50mg medaus fenolinio ekstraktob 11.65 ± 0.31 a Eksperimentas pakartotas 3 kartus. b Eksperimentas pakartotas 2 kartus.

Kaip matyti iš 4 lent. pateiktų duomenų, tiek medus, tiek fenoliniai medaus

junginiai sumažino PhIP kiekį mėsoje. Tačiau medaus koncentracija neturėjų

ženklesnės įtakos, mažinant heterociklinio amino kiekį; tuo tarpu fenolinių

junginių ekstraktai sumažino PhIP kiekį mėsoje net 4,6 (20 mg priedas) ir 5,8

karto (50 mg fenolinio ekstrakto priedas).

Literatūroje beveik nėra duomenų apie medaus vartojimą heterociklinių

aminų kiekio mažinimui produktuose, tačiau yra duomenų apie antioksidantų

poveikį heterociklinių aminų susidarymui. Todėl tikėtina, kad ir medaus

fenoliniuose ekstraktuose esantys antioksidantai gali sumažinti heterociklinių

aminų susidarymą maisto produktuose.

17

4. SVARBIAUSI DARBO REZULTATAI IR IŠVADOS

1. Monoflorinio (rapsų, kmynų ir baltųjų dobilų) ir poliflorinio medaus bei bičių

duonelės mėginiuose identifikuoti toms pačioms klasėms priklausantys

cheminiai junginiai, tačiau jų kiekybinė ir kokybinė sudėtis įvairiose medaus

rūšyse buvo skirtinga. Monoflorinis kmynų medus išsiskyrė dideliu

benzaldehido kiekiu (21,4 %), jo kiekis šiame meduje buvo 2,3–19,5 kartų

didesnis nei kitose tirtose medaus rūšyse. Vienas rapsų mėginys turėjo didelį

p-cimeneno kiekį (37,9 %); šio junginio kiekis daugumoje mėginių kito nuo

0,4 % iki 2,9 %. Tačiau tik tam tikros botaninės kilmės medui būdingų

junginių, kurie galėtų būti tokio medaus floriniais indikatoriais, neaptikta.

Bičių duonelės lakiųjų junginių sudėtis skyrėsi nuo medaus, ypatingai dideliu

acto rūgšties ir 1-heptadeceno kiekiu, kurių meduje nebuvo rasta.

2. Laikymo metu (3 mėn.) bendrasis kmynų ir baltųjų dobilų medaus

viršerdvėje esančių lakiųjų junginių kiekis sumažėjo beveik 70 %, kai kuriose

kitose rūšyse sumažėjimas buvo ne toks žymus, o 3 rapsų medaus rūšyse

lakiųjų junginių kiekis padidėjo 14,7–29,8 %. Tokie pokyčiai gali turėti

įtakos medaus juslinių savybių pokyčiams laikymo metu.

3. Ištyrus medaus angliavandenius nustatyta, kad daugiausia buvo gliukozės ir

fruktozės nuo 32,9 % iki 42,6 %. Fruktozės/gliukozės santykis 22 iš 26

mėginių buvo mažesnis už 1. Disacharidų buvo mažiau nei 2,6 %, o

trisacharidų – iki 0,24 %. Koreliacijos koeficientas tarp rapsų žiedadulkių ir

gliukozės kiekio monofloriniame rapsų meduje buvo 0,72 (p < 0,05).

4. Vertinant pagal angliavandenių sudėtį, Lietuvos rinkoje parduodamas medus

buvo autentiškas, nepagamintas naudojant pigius cukraus pakaitalus.

Dirbtiniame meduje buvo rasta daug sacharozės ir maltozės bei mažai

fruktozės: šie junginiai gali būti svarbiausi medaus autentiškumo įvertinimo

indikatoriai.

5. Elektrinis laidis medaus mėginiuose buvo 0,27–0,89 mS/cm. Koreliacijos

koeficientas tarp laidžio ir karklų žiedadulkių buvo teigiamas, 0,90 (p <

0,05), o rapsų medui, kai rapsų žiedadulkių buvo daugiau kaip 77,4 %,

neigiamas, -0,90 (p < 0,05). Medaus pH buvo 3,944,09, o titruojamas

rūgštingumas 15,1722,35 mekv/kg. Bičių duonelės pH buvo mažesnis

(3,82), o rūgštingumas ženkliai didesnis (47,70 mekv/kg). Tarp šių dydžių

koreliacija nenustatyta.

6. Antibakterinės medaus savybės priklausė nuo medaus rūšies, jo

koncentracijos ir bakterijų kultūros: 10 % tirpalai neslopino panaudotų

bakterijų ir tik padidinus koncentraciją iki 25 % nustatytas medaus

antibakterinis poveikis, kuris priklausė nuo fermentinių reakcijų metu

susidarančio vandenilio peroksido. Bičių duonelė pasižymėjo neperoksidiniu

18

antibakteriniu aktyvumu, tikriausiai veikiant joje esančioms fitocheminės

kilmės antimikrobinėms medžiagoms.

7. Tirti bičių produktai sujungė nuo 36,5 % iki 96,8 % reakcijos sistemose

panaudotų laisvųjų radikalų. Bičių duonelė pasižymėjo didesniu

antiradikaliniu aktyvumu nei medus. Efektyviosios skysčių chromatografijos

metodu visuose medaus mėginiuose aptikta p-kumaro rūgšties, chrizino,

kaempferolio ir apigenino.

8. Medus ir ypač jo fenoliniai ekstraktai slopino heterociklinio amino 2-

amino-1-metil-6-fenilimidazo[4,5-b]piridino susidarymą termiškai apdorojant

kalakutienos krūtinėlės mėsą. Panaudojus medų šio junginio koncentracija

mėsoje sumažėjo 1,2 karto, o medaus fenolinius ekstraktus – 4,6–5,8 karto.

19

MOKSLINIŲ PUBLIKACIJŲ DISERATACIJOS TEMA SĄRAŠAS

S T R A I P S N I A I

Mokslinės informacijos instituto (ISI) pagrindinio sąrašo leidiniuose

1. Kaškonienė, Vilma; Venskutonis, Petras Rimantas; Čeksterytė, Violeta.

Composition of volatile compounds of honey of various floral origin and

beebread collected in Lithuania// Food Chemistry. ISSN 0308-8146. 2008,

Vol. 111, no. 4, p. 988–997. [ISI Web of Science; Academic Search Premier;

AGRICOLA; BIOSIS; CAB Abstracts; Chemical Abstracts (CAplus);

Science Direct].

2. Baltrušaitytė, Vilma; Venskutonis, Petras Rimantas; Čeksterytė, Violeta.

Antibacterial activity of honey and beebread of different origin against S.

aureus and S. epidermidis// Food Technology and Biotechnology. ISSN

1330-9862. 2007, Vol. 45, no. 2. p. 201–208. [ISI Web of Science; BIOSIS;

Business Source Complete; CAB Abstracts; Chemical Abstracts (CAplus)].

3. Baltrušaitytė, Vilma; Venskutonis, Petras Rimantas; Čeksterytė, Violeta.

Radical scavenging activity of different floral origin honey and beebread

phenolic extracts// Food Chemistry. ISSN 0308-8146. 2007, Vol. 101, no. 2.

p. 502–514. [ISI Web of Science; Academic Search Premier; AGRICOLA;

BIOSIS; CAB Abstracts; Chemical Abstracts (CAplus); Science Direct].

Tarptautinių konferencijų pranešimų medţiagoje

1. Kaškonienė, Vilma; Venskutonis, Petras Rimantas; Čeksterytė, Violeta.

Carbohydrate composition of monofloral willow (Salix Alba Spp.) honey //

FOODBALT - 2008 : 3rd Baltic Conference on Food Science and

Technology, April 17 - 18, 2008, Jelgava, Latvia : conference proceedings /

Latvia University of Agriculture. Jelgava: LLU, 2008. ISBN 978-9984-784-

69-4. p. 94–98.

2. Kaškonienė, Vilma; Murkovic, Michael; Venskutonis, Petras Rimantas.

Preliminary study of the influence of honey and its phenolic extracts on the

formation of PhIP (2-amino-1-methyl-6-phenylimidazol[4,5-b]pyridine)//

Euro Food Chem XIV : Food Quality, an Issue of Molecule Based Science,

29-31 August 2007, Paris, France : proceedings/ Societe Francaise de

Chemie. Vol. 2. Paris: Societe Francaise de Chemie, 2007. p. 386–389.

Lietuvos konferencijų pranešimų medţiagoje

1. Baltrušaitytė, Vilma; Venskutonis, Petras Rimantas; Čeksterytė, Violeta.

Lietuvos rinkoje esančio medaus autentiškumo ir falsifikavimo tyrimas//

Bioinžinerija ir bioinformatika (2007 m. balandžio 5 d.). Fizika ir fizikinė

kompiuterija (2007 m. balandžio 6 d.): 10-osios Lietuvos jaunųjų mokslininkų

konferencijos "Mokslas – Lietuvos ateitis" medžiaga / Vilniaus Gedimino

20

technikos universitetas. Vilnius: Technika, 2007. ISBN 978-9955-28-136-8.

p. 8–15.

2. Baltrušaitytė, Vilma; Čeksterytė, Violeta; Venskutonis, Petras Rimantas.

Medaus lakiųjų junginių analizė panaudojant kietafazę mikroekstrakciją ir

dujų chromatografiją-masių spektrometriją// Chemija ir cheminė

technologija: studentų mokslinės konferencijos pranešimų medžiaga,

Klaipėdos universitetas, Jūrų technikos fakultetas, 2006 m. gegužės 19 d./

Klaipėdos universitetas, Kauno technologijos universitetas, Vilniaus

universitetas. Klaipėda: Klaipėdos universiteto leidykla, 2006. ISBN 9955-

18-116-8. p. 31–35.

3. Baltrušaitytė, Vilma; Venskutonis, Petras Rimantas; Čeksterytė, Violeta.

Medus ir bičių duonelė - natūralių antioksidantų šaltinis// Gamtos mokslų

srities konferencija "Kur gamta siejasi su mokslu", Kaunas, 2006/05/19 /

Vytauto Didžiojo universitetas. Kaunas: Vytauto Didžiojo universiteto

leidykla, 2006. p. 48–50. Prieiga per internetą:

<http://ljms.lt/node/view/165>.

4. Baltrušaitytė, Vilma; Venskutonis, Petras Rimantas; Čeksterytė, Violeta.

Lakiųjų medaus junginių analizės metodų palyginimas// Maisto chemija ir

technologija: konferencijos pranešimų medžiaga. Kaunas: Technologija,

2005. ISBN 9955-09-842-2. p. 9–10.

21

CHEMICAL COMPOSITION AND PROPERTIES OF HONEY FROM

DIFFERENT BOTANICAL ORIGIN

ABSTRACT

Relevance of the Work

Honey has been produced in many countries, including Lithuania, since the

ancient times. Honey and other bee products are valuable commodities due to

many unique ingredients. Different substances have been identified in bee

products, some of them have never been found in other foodstuffs: such

bioactive ingredients as hydrogen peroxide producing enzymes; carotenoids,

anthocyanes, volatile oils, organic acids, constituents of propolis, flavonoids and

ferulic acids; specific components of bee venom, melittin, apamin, histamine and

others; royal jelly, enzymes and oligopeptides; and pollen grains. These

biologically active materials and compounds are recognized in traditional

medicine as active agents in some human and animal metabolism processes.

During the last years, following the general trend of using what nature is directly

offering, bee products have gained an increasing importance as essential natural

resources in promoting healthy food.

The use of bee products for various purposes has a very long tradition all

over the world. Honey is the most popular and the easiest available bee product,

with a unique composition consisting of carbohydrates, amino acids, proteins

(including enzymes), organic acids, vitamins, minerals and various

phytochemicals. Honey is collected from a large variety of plants and its

chemical composition, physical, sensory and biological properties depend on the

nectar source. Physicochemical characteristics of honey may depend even on the

bee species and geographical origin. A great number of factors influencing honey

composition and properties make the product an interesting topic for research. In

Lithuania, the use of honey and other bee products, especially propolis, was

mainly investigated for the medicinal purposes, while in terms of food

applications comprehensive studies of honey in Lithuania were not carried out.

Taste and flavour are two of the most important characteristics of honey

being the main indicators for the acceptance of product by the consumer. These

characteristics depend on product chemical composition, volatile aroma

constituents and taste inducing principles. However, volatile composition of

Lithuanian honey from different botanical source was not estimated previously.

Sweet taste generating compounds, carbohydrates were also not analyzed

comprehensively until now, except for routine measurements of glucose, fructose

and saccharose for a standard quality assessment purposes. Therefore, the main

task of this work is to comprehensively characterize volatile compounds and

carbohydrate composition of Lithuanian honeys obtained from various sources

and to determine if there is any dependence between pollen content and the

22

amount of corresponding volatile compounds and/or carbohydrates in the honey.

Such data may facilitate faster characterization of honey botanical source; it may

also provide the information for the identification of authenticity and false

labelling as well as the expected sensory properties and bioactivities.

During the last decade many studies was carried out on the biological activity

of different honeys, especially in the countries of Southern Europe, New

Zealand, and Brazil. The composition of active components in plants depends on

various factors, particularly plant species and climatic conditions. For example,

honey from the blossoms of the manuka bush, a native of New Zealand, because

of it specific antibacterial properties became well-known all over the world and

is called “active manuka honey”. Consequently, it can be reasonably expected

that honey composition and properties from various locations may be different.

In terms of bioactivities Lithuanian honeys were not studied previously.

Therefore, the assessment of such properties remains an interesting and useful

task; the data would assist in more focused application of honey as a possible

functional ingredient of health promoting products and for the control of some

reactions in food processing.

Objective and Tasks of the Work

The main objective of the work was to comprehensively assess volatile and

carbohydrate composition of honey of different botanical origin and its

biological activities and to determine if there is a dependence of volatile

compounds, sugars and some properties on the botanical origin of honey.

The following tasks were raised to achieve the aim of the study:

1. To determine the composition of volatile compounds and carbohydrates

of honey and beebread and to compare it with the composition of honey from

other countries.

2. To evaluate the changes of volatile compounds during the storage of

honey.

3. To evaluate the authenticity of honeys in Lithuanian market by their

carbohydrate composition.

4. To determine the physicochemical properties (electrical conductivity, pH

and free acidity) of honey of different floral origin.

5. To evaluate the biological activity of honey and beebread in model

systems and determine the composition of phenolic fraction, which usually is

related to antioxidant and antibacterial properties.

Scientific Novelty

The following scientific novelty was achieved by fulfilling above listed tasks:

1. Volatile compounds of Lithuanian honey and beebread was characterised

for the first time; several volatile compounds were identified which were not

reported in any honey, previously.

23

2. Detailed carbohydrate composition of Lithuanian honey from different

botanical origin was determined for the first time. Taking into account

peculiarities of carbohydrate composition this data also expands the knowledge

on honey in global aspect.

3. The antibacterial activity of the tested honey samples from Lithuania is

due to the enzymatic formation of hydrogen peroxide; the samples of beebread

possessed residual non-peroxide activity.

4. Lithuanian origin honey and beebread phenolic extracts exhibit radical

scavenging capacity in DPPH and ABTS model systems, which could be used

for the reduction of the formation of heterocyclic amines in thermally treated

meat.

Means and Methodology of the Experimental Work

The combination of standard and modern techniques was used. Volatile

compounds were isolated by solid-phase microextraction and

identified/quantified by gas chromatography-mass spectrometry. The

composition of carbohydrates was determined using gas chromatography with

flame ionization detector after their derivatization. Antibacterial activity of

honey was tested with well-diffusion assay, against food pathogens

Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis. The radical scavenging

capacity of honey and beebread phenolic compounds was measured in model

systems using DPPH• and ABTS

•+ radicals; while phenolic compounds were

extracted on Amberlite XAD-2 resin and analysed on a high performance liquid

chromatograph (HPLC) with UV and MS detectors. Preliminary study on the

formation of heterocyclic amines (HCAs) was performed using HPLC with

fluorescence detector. The majority of experiments were carried out in

Department of Food Technology, Kaunas University of Technology, HCAs were

analysed in Graz University of Technology, Austria; botanical origin of honey

and physicochemical analyses were performed in cooperation with Lithuanian

Institute of Agriculture (Kėdainiai).

Practical Significance

Comprehensive data on honey composition and properties may serve for

honey producers in quality control and more detailed characterisation of their

products. The identification of carbohydrates was used for the evaluation of the

authenticity of the local market honeys. The information on biological activity of

honey may be used in preparation of functional health promoting ingredients and

for the control of food spoilage in food processing.

Content of the Dissertation

After the Introduction, Literature survey (Chapter 1) follows. The studies

about honey, its composition and biological activity performed by Lithuanian

and foreign scientists are surveyed in this chapter.

24

Chapter Material and Methods describes the tested honey samples. Analysis

of botanical composition, the methods used for the determination of volatile

compounds, carbohydrate composition, measurement of electrical conductivity,

pH, free acidity as well as the assessment of antibacterial activity and antioxidant

capacity in the model systems are characterised.

The characterization of honey and beebread volatile compounds, the change

of volatile composition during the storage of honey, the composition of

carbohydrates of honey samples from different botanical origin are resumed in

the Results and Discussion (Chapter 3). The determined antibacterial activity

and mechanism of its action and evaluation of radical scavenging capacity are

described in this chapter as well. The discussion includes comparison of the

experiments results with the data obtained in other studies on honey.

The results are summarised in the Conclusions section, which follows the

main thesis chapter Results and Discussion.

References and the List of Publications are the lasts chapters in the thesis.

The Key Points of the Thesis

1. The volatile compounds vary depending on the botanical source of honey.

There is a difference between honey and beebread aroma compounds. The

volatile compounds change during storage.

2. The carbohydrate composition varies depending on the botanical source

of the honey.

3. Lithuanian honey and beebread exhibit antibacterial activity. The

antibacterial activity of honey depends on bacteria culture. The antibacterial

activity of honey is due to the enzymatic formation of hydrogen peroxide.

4. Honey and beebread of Lithuanian origin possess radical scavenging

activity.

Structure of the Work

The dissertation consists of an Introduction, three chapters, Conclusions, list

of References and list of Publications relevant to the subject of the dissertation.

The dissertation has 115 pages in total, 23 Tables and 29 Figures. The list of

references includes 157 bibliographic sources.

Approbation of Results

The results of the research are published in 3 scientific articles corresponding

to the list of Institute of Science Information (ISI). The results were presented in

7 international scientific conferences (2 proceedings are published) and 4

Lithuanian scientific conferences (4 proceedings are published).

25

CONCLUSIONS

1. All tested honey samples contained the same chemical classes of identified

volatile compounds although their quantitative and qualitative composition

was found different. Unifloral caraway honey was characterised by a high

amount of benzaldehyde (21.4%), which was 2.319.5 times higher than in

the other analysed honeys. One sample of spring rape honey contained high

percentage of p-cymenene (37.9%); while its quantity in the majority of other

samples varied from 0.4% to 2.9%. However, volatile compounds, which

could serve as indicators of floral sources of honey, were not found. Beebread volatile profile differed from honey profiles, particularly by a high

percentage of acetic acid and 1-heptadecene.

2. It was found that the amount of volatile compounds of caraway and white

clover honeys decreased by approximately 70% during 3 months storage

while the decrease was less considerable in some other honeys. Three

unifloral spring rape honey samples showed an increase of the amount of

SPME volatile compounds by 14.7–29.8% after storage. Such changes may

have remarkalble influence on the sensory properties of honey during

storage.

3. The analysis of carbohydrates showed that fructose and glucose were

dominant in the all tested samples; their amount varied from 32.9% to 42.6%.

The ratio of fructose/glucose was below 1 in 22 samples out of 26. The

amount of disaccharides in the tested samples was lower than 2.6%, while

trisaccharides – was up to 0.24%. The correlation coefficient between rape

pollen quantity in honey and glucose was 0.72 (p < 0.05) in monofloral rape

honey.

4. The evaluation of the authenticity of honey samples from the Lithuanian

market by their carbohydrate composition showed that honey was authentic;

the addition of cheap substitutes of sugar was not found. The artificial honey

distingiuished by high amount of saccharose and maltose and low amount of

fructose: these compounds could be the essential markers of the honey

authenticity.

5. Electrical conductivity of the tested samples ranged from 0.27 to 0.89

mS/cm. The electrical conductivity strongly correlated with the content of

willow pollen in unifloral willow honey (R = 0.90, p < 0.05); negative

correlation was observed between spring rape pollen content and electrical

conductivity (R = -0.90, p < 0.05), when rape pollen content in the honey was

77.4% and above. The pH of tested samples varied from 3.94 to 4.09, while

titratable acidity was in the range of 15.17–22.35 mEq/kg. Beebread

distinguished by lower pH (3.82) and higher acidity (47.70 mEq/kg).

Titratable acidity values did not show direct relation with the pH values.

26

6. Antibacterial activity of different Lithuanian honey samples and beebread

was dependent on honey source, its concentration and bacteria culture. The

antibacterial effect was noticed when concentration of honey solution was

higher than 25%. It was found that antibacterial activity of the tested honey

samples was mainly due to the enzymatic formation of hydrogen peroxide.

The samples of beebread exibited non-peroxide antibacterial activity, because

of the action of phytochemical antibacterial compounds.

7. The tested samples scavenged from 36.5% to 96.8% of free radicals used in

the reaction systems. Beebread samples had higher antioxidant activity than

honey. The screening of honey phenolic extracts by HPLC resulted in the

identification of p-coumaric acid, chrysin, kaempferol and apigenin in all

tested samples.

8. It was found that honey and phenolic extracts reduced the formation of 2-

amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]pyridine in thermally treated turkey

breast meat. After the addition of honey the concentration of this compound

decreaced by 1.2 times, while the addition of the honey phenolic compounds

extracts – 4.6–5.8 times.

27

UDK 638.16(043)

SL 344. 2008-08-25. 1,75 leidyb. apsk.1. Tiražas 70 egz. Užsakymas 455.

Išleido leidykla „Technologija”, K. Donelaičio g. 73, 44029 Kaunas

Spausdino leidyklos „Technologija“ spaustuvė, Studentų g. 54, 51424 Kaunas