Hmeljarski bilten (Hop bulletin), 13(2006) strani (pages) 5-12 5 VPLIV SORTE IN LOKACIJE NA VSEBNOST KSANTOHUMOLA V HMELJU Robert HRASTAR1, Milica KAČ2, Iztok Jože KOŠIR3 UDK/UDC 633.791:543.6 (045) izvirni znanstveni članek/original scientific article prispelo/received: 10. 10. 2006 sprejeto/accepted: 24. 11. 2006 IZVLEČEK Hmelj je naravni vir ksantohumola. Posušeni hmeljevi storžki vsebujejo od 0,2 % do 1,1 % ksantohumola, ki se nahaja v lupulinskih žlezah skupaj z alfa- in beta- kislinami ter eteričnimi olji. Namen dela je bil ugotoviti vpliv sorte (Aurora, Bobek, Celeia, Savinjski golding, Magnum) in lokacije (vzhodni in zahodni Žalec, Ptuj, Koroška) na vsebnost ksantohumola v posušenih hmeljnih storžkih. Raziskave so bile opravljene na Inštitutu za hmeljarstvo in pivovarstvo Slovenije v maju 2006. Vsi vzorci hmeljnih storžkov so bili letnik 2005, obrani v tehnološki zrelosti. Vzorcem smo gravimetrično določili delež vlage, KVH vrednost, s HPLC metodo pa vsebnosti ksantohumola ter alfa- in beta-kislin. Rezultati potrjujejo vpliv sorte na vsebnost ksantohumola, medtem ko je vpliv lokacij le neznaten. Od slovenskih kultivarjev po veliki vsebnosti ksantohumola izstopa sorta Aurora (0,38 % v suhi snovi) in z nizkimi vrednostmi sorta Celeia (0,16 % v suhi snovi). Ključne besede: kultivarji hmelja, ksantohumol, alfa-kisline, beta-kisline INFLUENCE OF CULTIVAR AND LOCATION ON THE CONTENT OF XANTHOHUMOL IN HOPS ABSTRACT Hops are a rich natural source of xanthohumol. Dried hop cones contain from 0,2 % to 1,1 % of xanthohumol, which is found in the lupulin glands together with alpha- and beta-acids as well as essential oils. The main purpose of this work was to determine the influence of the cultivar (Aurora, Bobek, Celeia, Savinjski golding, Magnum) and the loacation (Žalec East, Žalec West, Ptuj, Koroška region) on the content of xanthohumol in dried hop cones. The analyses were carried out at the Slovenian Institute for Hop Research and Brewing in May 2006. All samples of hop cones were from 2005, picked in the time of technological maturity. The content of moisture was determined gravimetrically, those of xanthohumol, alpha-acids and beta-acids by HPLC, LCV was also measured. Results confirm the cultivar influence on the xanthohumol content, while the influence of the cultivar is hardly noticeable. Among Slovene cultivars Aurora (0,38 % in dry matter) is the one standing out for its high, while cultivar Celeia (0,16 % in dry matter) for its low xanthohumol content. Key words: hop cultivars, xanthohumol, alpha-acids, beta-acids 1 univ. dipl. inž. živ. tehnol., Inštitut za hmeljarstvo in pivovarstvo Slovenije, Žalskega tabora 2, SI-3310 Žalec e-pošta: robert.hrastar@guest.arnes.si 2 doc., dr. kem. zn., Biotehniška fakulteta , Oddelek za živilstvo, Jamnikarjeva 101, SI-1111 Ljubljana, e-pošta: milica.kac@bf.uni-lj.si 3 dr., Inštitut za hmeljarstvo in pivovarstvo Slovenije, Žalskega tabora 2, SI-3310 Žalec, e-pošta: iztok.kosir@guest.arnes.si 6 Hmeljarski bilten (Hop bulletin), 13(2006) strani (pages) 5-12 1 UVOD Ksantohumol je sekundarni metabolit hmelja. Sodi v skupino prenilflavonoidnih polifenolov. In vitro raziskovanja kažejo, da je potrebnih samo 100 µM prenilflavonoidov, da v kulturi 500.000 tumornih celic zaznamo inhibicijo rasti in citotoksičen vpliv. In vitro laboratorijski testi niso zaznali nobene toksičnosti. Prenilflavonoidi imajo antialergijske in antioksidacijske lastnosti, delujejo proti virusom, bakterijam in glivicam [3]. Svet se vse bolj zaveda prednosti izdelkov, ki blagodejno vplivajo na metabolizem, ki je dandanes podvržen različnim stresom iz okolja. Izdelke s povečano vsebnostjo vitaminov, mineralov, biokultur ipd., uvrščamo med funkcionalne izdelke. Piva, kljub vsebnosti mnogih vitaminov, mineralov in ogljikovih hidratov, zaradi alkohola v to skupino ne moremo uvrščati. Pivovarska industrija ima možnost uvedbe novega izdeleka, ki bi konkuriral skupini funkcionalnih izdelkov. Pivo s povečano vsebostjo ksantohumola to vsekakor je. Ker so alfa-kisline primarna surovina za pivovarstvo, bi lahko na podlagi podatkov o ugodnejšem razmerju med ksantohumolom in alfa-kislinami za hmeljenje piva uporabljali sorte hmelja, ki imajo to razmerje bolj v korist ksantohumola. Znanost neprestano izvaja eksperimente o pozitivnih specifičnih vplivih ksantohumola na metabolizem živega dela sveta. Prenilflavonoidna pot je možna tarča nadaljnjih križanj in biotehnnoloških modifikacij hmelja v smislu povečanja končne vsebnosti ksantohumola [4]. V primeru medicinske potrditve lahko pričakujemo nov pomen hmelja kot prehranskega dodatka ali tudi kot naravnega zdravila, ki preprečuje razvoj rakastih obolenj. Ksantohumol, polifenol iz skupine prenilflavonoidov, je del lupulina hmelja skupaj s hmeljnimi smolami in aromatičnimi snovmi. Vsebnost ksantohumola in njegovo razmerje z alfa-kislinami je odvisno od sorte hmelja, lokacije in rastnih razmer [2]. Namen raziskave je bil pridobiti podatke o vsebnosti ksantohumola v hmeljnih storžkih različnih sort hmelja iz različnih geografskih področij v Sloveniji za leto 2005. Pridobljene rezultate smo vključili v bazo podatkov, ki bi bila pomembna v primeru večjega zanimanja trga za to pomembno antikancerogeno spojino. Baza omogoča večjo preglednost in splošno primerljivost rezultatov o vsebnosti ksantohumola v hmelju v Sloveniji. V Sloveniji pridelan hmelj letnika 2005 smo reprezentativno predstavili z vzorci z različnih lokacij: pet sort (Aurora, Bobek, Celeia, Savinjski golding, Magnum) iz štirih lokacij. 2 MATERIAL IN METODE 2.1 Material Pri določevanju vpliva sorte in lokacije na vsebnost ksantohumola smo analizirali 27 vzorcev hmeljnih storžkov: Aurora (7 vzorcev), Bobek (5 vzorcev), Celeia (5 vzorcev), Savinjski golding (5 vzorcev), Magnum (5 vzorcev). Vzorce smo analizirali iz štirih različnih lokacij: Vzhodni (V) Žalec (Petrovče in Celje), Zahodni (Z) Žalec (Braslovče, Vransko, Šempeter, Prebold in Mozirje), Koroška (Radlje ob Dravi), Ptuj. Pri sorti Bobek ni bilo vzorcev s Koroške, medtem ko pri sorti Celeia vzorcev s Ptuja. Vsi vzorci so bili letnik 2005, obrani v času tehnološke zrelosti. Hmelj letnika 2005 je karaktiriziran z visoko vsebnostjo alfa-kislin. Vzrok temu so bile ugodne vremenske razmere, še posebej pa povečana količina padavin od julija dalje in višje temperature od dolgoletnih povprečij. Hmeljarski bilten (Hop bulletin), 13(2006) strani (pages) 5-12 7 2.2 Metode Analize smo opravili na Inštitutu za hmeljarstvo in pivovarstvo Slovenije v Žalcu po standardnih metodah: - določanje vlage v zračno suhem hmelju po metodi Analytica – EBC 7.2, 1997 [1], - določanje alfa- in beta-kislin po metodi Analytica – EBC 7.7 in ksantohumola - po modificirani metodi Analytica – EBC 7.7 s HPLC [1], - določanje konduktometrične vrednosti hmelja po metodi Analytica – EBC 7.2 [1]. 3 REZULTATI IN DISKUSIJA 3.1 Vsebnost alfa- in beta-kislin ter ksantohumola v vzorcih sort Aurora, Bobek, Celeia, Savinjski golding in Magnum V preglednicah od 1 do 5 so zbrani rezultati analiz, podani na suho snov. Preglednica 1: Pregled preučevanih parametrov za sorto Aurora Table 1: Parameter review for cultivar Aurora vzorec koh (%) n+adh (%) alfa (%) kol (%) n+adl (%) beta (%) ksan (%) KVH (%) V Žalec 1,50 5,28 6,78 1,63 1,60 3,23 0,31 6,48 Koroška 1,92 6,79 8,71 1,93 1,96 3,88 0,42 7,85 Z Žalec 1,80 6,18 7,98 1,71 1,58 3,29 0,44 7,87 Ptuj 1,47 4,85 6,32 1,32 1,37 2,69 0,34 5,39 Ptuj 1,36 4,75 6,11 1,49 1,54 3,03 0,33 5,78 V Žalec 1,77 6,28 8,05 1,65 1,62 3,27 0,42 7,78 Koroška 1,86 6,75 8,61 1,98 2,01 3,98 0,41 8,20 x 1,67 5,84 7,51 1,67 1,67 3,34 0,38 7,05 min 1,36 4,75 6,11 1,32 1,37 2,69 0,31 5,39 max 1,92 6,79 8,71 1,98 2,01 3,98 0,44 8,20 s 0,22 0,87 1,09 0,23 0,23 0,46 0,06 1,14 RSD 13,22 14,88 14,48 13,77 13,87 13,68 14,51 16,20 n 7 7 7 7 7 7 7 7 Preglednica 2: Pregled preučevanih parametrov za sorto Bobek Table 2: Parameter review for cultivar Bobek Vzorec koh (%) n+adh (%) alfa (%) kol (%) n+adl (%) beta (%) ksan (%) KVH (%) V Žalec 0,82 2,28 3,10 1,39 1,34 2,73 0,26 2,58 V Žalec 1,15 2,94 4,09 2,03 2,22 4,25 0,39 3,69 Z Žalec 0,76 1,93 2,69 1,69 2,02 3,71 0,28 2,60 Ptuj 1,09 3,07 4,16 1,67 2,02 3,69 0,31 4,35 V Žalec 0,91 2,40 3,31 1,59 1,87 3,46 0,29 3,10 x 0,95 2,52 3,47 1,68 1,89 3,57 0,31 3,26 min 0,76 1,93 2,69 1,39 1,34 2,73 0,26 2,58 max 1,15 3,07 4,16 2,03 2,22 4,25 0,39 4,35 s 0,17 0,47 0,64 0,23 0,33 0,55 0,05 0,76 RSD 17,82 18,73 18,36 13,77 17,57 15,39 16,29 23,15 n 5 5 5 5 5 5 5 5 8 Hmeljarski bilten (Hop bulletin), 13(2006) strani (pages) 5-12 Preglednica 3: Pregled preučevanih parametrov za sorto Celeia Table 3: Parameter review for cultivar Celeia Vzorec koh (%) n+adh (%) alfa (%) kol (%) n+adl (%) beta (%) ksan (%) KVH (%) V Žalec 0,68 2,00 2,68 1,44 1,15 2,59 0,16 2,73 V Žalec 0,60 1,97 2,56 1,11 0,90 2,01 0,15 2,81 Koroška 0,82 2,73 3,54 1,33 1,06 2,40 0,18 3,73 Z Žalec 0,59 1,83 2,42 1,45 1,14 2,59 0,15 2,74 Z Žalec 0,84 2,82 3,65 1,56 1,44 3,00 0,13 3,60 X 0,71 2,27 2,97 1,38 1,14 2,52 0,15 3,12 min 0,59 1,83 2,42 1,11 0,90 2,01 0,13 2,73 max 0,84 2,82 3,65 1,56 1,44 3,00 0,18 3,73 s 0,12 0,47 0,58 0,17 0,20 0,36 0,02 0,50 RSD 16,65 20,56 19,54 12,26 17,08 14,18 12,18 16,02 n 5 5 5 5 5 5 5 5 Preglednica 4: Pregled preučevanih parametrov za sorto Savinjski golding Table 4: Parameter review for cultivar Savinjski golding vzorec koh (%) n+adh (%) alfa (%) kol (%) n+adl (%) beta (%) ksan (%) KVH (%) Z Žalec 0,77 1,71 2,47 0,90 0,98 1,88 0,23 2,51 Koroška 1,09 2,68 3,76 1,11 1,22 2,33 0,25 3,69 Ptuj 0,79 1,70 2,49 0,96 1,00 1,95 0,21 3,24 V Žalec 0,79 1,83 2,62 0,79 0,84 1,63 0,21 2,75 Z Žalec 0,90 2,11 3,00 0,97 1,07 2,04 0,26 3,10 X 0,87 2,00 2,87 0,95 1,02 1,97 0,23 3,06 min 0,77 1,70 2,47 0,79 0,84 1,63 0,21 2,51 max 1,09 2,68 3,76 1,11 1,22 2,33 0,26 3,69 s 0,13 0,41 0,54 0,11 0,14 0,25 0,03 0,45 RSD 15,21 20,56 18,92 12,07 13,78 12,92 10,70 14,82 n 5 5 5 5 5 5 5 5 Preglednica 5: Pregled preučevanih parametrov za sorto Magnum Table 5: Parameter review for cultivar Magnum vzorec koh (%) n+adh (%) alfa (%) kol (%) n+adl (%) beta (%) ksan (%) KVH (%) Koroška 2,47 6,33 8,81 2,47 2,79 5,26 0,38 7,57 Ptuj 2,57 7,22 9,79 2,41 2,99 5,40 0,29 9,41 Z Žalec 2,34 6,18 8,52 2,63 3,18 5,82 0,30 8,54 V Žalec 2,61 7,33 9,94 2,02 2,43 4,45 0,31 9,64 V Žalec 2,09 6,05 8,14 1,57 1,88 3,45 0,31 8,80 X 2,42 6,62 9,04 2,22 2,65 4,87 0,32 8,79 min 2,09 6,05 8,14 1,57 1,88 3,45 0,29 7,57 max 2,61 7,33 9,94 2,63 3,18 5,82 0,38 9,64 s 0,21 0,60 0,79 0,43 0,51 0,94 0,04 0,82 RSD 8,70 9,12 8,75 19,24 19,37 19,22 11,40 9,28 n 5 5 5 5 5 5 5 5 Legenda: koh – kohumulon, n+adh – n+adhumulon, alfa – alfa-kisline, kol – kolupulon, n+adl – n+adlupulon, beta – beta-kisline, ksan – ksantohumol, KVH – konduktometrična vrednost hmelja, x – povprečje, min – minimum, max – maksimum, s – standardni odklon, RSD – relativni standardni odklon, n – število vzorcev Legend: koh – cohumulon, n+adh – n+adhumulon, alfa – alpha-acids , kol – colupulon, n+adl – n+adlupulon, beta – beta-acids, ksan – xanthohumol, KVH – lead conductance value, x – average, min – minimum, max – maximum, s – standard deviation, RSD – relative standard deviation, n – number of samples Hmeljarski bilten (Hop bulletin), 13(2006) strani (pages) 5-12 9 3.2 Delež ksantohumola (HPLC) Iz slike 1 so razvidni deleži ksantohumola v suhem hmelju različnih sort hmelja glede na loakcijo. Največji povprečni delež ksantohumola v storžkih je imela sorta Aurora (0,38 %), sledili so ji Magnum (0,32 %), Bobek (0,30 %) in Savinjski golding (0,23 %). Najmanjši povprečni delež med vsemi je imela sorta Celeia (0,16 %). Pri sorti Aurora je bil delež ksantohumola največji pri vzorcih iz Z Žalca (0,44 %), sledila sta vzorca s Koroške (0,42%) in V Žalca (0,36 %), tem pa vzorec s Ptuja (0,34 %). Pri sorti Bobek je bil delež ksantohumola vzorcev iz V Žalca 0,31 %, kakor tudi v vzorcu s Ptuja, delež ksantohumola v vzorcu iz Z Žalca pa je bil 0,28 %. Največji delež ksantohumola pri sorti Savinjski golding je imel vzorec s Koroške (0,25 %), sledila sta vzorca iz Z Žalca (0,24 %), vzorec iz V Žalca in vzorec s Ptuja (oba 0,21 %). Največji delež ksantohumola pri sorti Magnum je imel vzorec s Koroške (0,38 %), sledila sta mu vzorca iz V Žalca (0,31 %), vzorec iz Z Žalca (0,30 %) in vzorec s Ptuja (0,29 %). Delež ksantohumola pri sorti Celeia je bil največji pri vzorcu s Koroške (0,18 %), sledila sta mu vzorca iz V Žalca (0,16 %), tem pa vzorca iz Z Žalca (0,14 %). 0,500---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 0,450 .___. 0,400 I 0,350 - I | 0,300 I I I I I ----- 0,250 i------1___. 0,200 I I ___ 0,150 - I I 0,100 - 0,050 Aurora Bobek Savinjski golding Magnum Celeia V Žalec PTUJ KOROŠKA Z Žalec Slika 1: Delež ksantohumola različnih sort hmelja glede na lokacijo Figure 1: Content of xanthohumol in different hop cultivars for different growing areas 3.3 Delež alfa-kislin (HPLC) Slika 2 prikazuje delež alfa-kislin, kar je pomemben podatek v proizvodnji piva. Alfa-kisline so namreč primarna surovina pri izdelavi piva. Največji povprečni delež alfa-kislin je imela sorta Magnum (9,04 %), sledili so ji Aurora (7,71 %), Bobek (3,47 %), Celeia (2,97 %) in Savinjski golding (2,87 %). Glede na rezultate lahko oblikujemo dve skupini. V prvi skupini sta Magnum in Aurora z največjima deležema alfa-kislin (grenčične sorte). Drugo skupino sestavljajo Bobek, Celeia, Savinjski golding (aromatične sorte). Vzorci s Koroške so vsebovali večinoma več alfa-kislin. Med vzorci, kjer so deleži alfa-kislin manjši, bi izpostavili lokacijo Z Žalca, kjer je delež alfa-kislin najmanjši. 10 Hmeljarski bilten (Hop bulletin), 13(2006) strani (pages) 5-12 12,000 10,000 8,000 6,000 4,000 2,000 0,000 Aurora Bobek Savinjski golding Magnum Celeia V Žalec PTUJ KOROŠKA Z Žalec Slika 2: Delež alfa-kislin različnih sort hmelja glede na lokacijo Figure 2: Content of alpha-acids in different hop cultivars for different growing areas 3.4 Konduktometrična vrednost hmelja (KVH-TE) Slika 3 predstavlja vrednost KVH-TE različnih sort hmelja glede na lokacijo. Največjo povprečno vrednost so imeli vzorci sorte Magnum (8,79 %), sledili so ji vzorci sorte Aurora (7,05 %), Bobek (3,26 %), Celeia (3,12 %) in Savinjski golding (3,02 %). Vzorci sorte Magnum in Aurora (grenčične sorte) predstavljajo skupino z največjimi vrednostmi KVH-TE. Vzorci sorte Bobek, Celeia in Savinjski golding (aromatične sorte) predstavljajo drugo skupino z opazno manjšimi vrednostmi KVH-TE. 10,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 Aurora Bobek Savinjski golding Magnum V Žalec PTUJ KOROŠKA Z Žalec Celeia Slika 3: Vrednost KVH-TE različnih sort hmelja glede na lokacijo Figure 3: Lead conductance value (LCV) in different hop cultivars for different growing areas Hmeljarski bilten (Hop bulletin), 13(2006) strani (pages) 5-12 11 3.5 Razmerje med ksantohumolom in alfa-kislinami (HPLC) Razmerje med ksantohumolom in alfa-kislinami različnih sort hmelja glede na lokacijo prikazuje slika 4. Omenjeno razmerje bi lahko v prihodnosti predstavljalo pomemben podatek pri izbiri sorte hmelja, s katerim bomo hmeljili sladico. Najbolj ugodno povprečno razmerje (0,089 g/g) je imela sorta Bobek. Sledili so ji Savinjski golding (0,082 g/g), Celeia (0,053 g/g), Aurora (0,051 g/g) in Magnum z najmanjšim razmerjem (0,035 g/g). Slika 4: Razmerje med ksantohumolom in alfa-kislinami različnih sort hmelja glede na lokacijo Figure 4: Ratio between xanthohumol and alpha-acid content in different hop cultivars for different growing areas 4 ZAKLJUČKI Rezultati analiz kažejo močan vpliv sorte na vsebnost ksantohumola. Največji povprečni delež med sortami ima sorta Aurora (0,38 % v suhi snovi), najmanjši delež pa sorta Celeia (0,16 % v suhi snovi). Lokacija le delno vpliva na delež ksantohumola. Koroška je imela v letu 2005 najbolj ugodne razmere za rast hmelja s povečanim deležem ksantohumola, vendar so razlike med lokacijami majhne. Primerjava vsebnosti ksantohumola in vsebnosti drugih sekundarnih metabolitov, kot smo jih določili s HPLC in KVH-TE, kaže, da vsebujejo sorte, ki vsebujejo več alfa-kislin tudi več ksantohumola, kar nakazuje na podobnost metabolnih poti. 12____________________Hmeljarski bilten (Hop bulletin), 13(2006) strani (pages) 5-12___________________ 5 LITERATURA 1. Analytica - EBC. Nürenberg, European Brewery Convention Analysis Comitte, Verlag Hans Carl, Getränke Fachverlag, 1997, 496 p. 2. Biendl M. Untersuchungen zum Xanthohumol-Gehalt in Hopfen. Hopfen-Rundschau International, 2002/2003 (2002), p. 72 - 75. 3. Miranda C.L., Stevens J.F., Helmrich A., Henderson M.C., Rodriguez R.J., Yang Y.H., Deinzer M.L., Barnes D.W., Buhler D.R. Antiproliferative and cytotoxic effects of prenylated polyphenols from hops (Humulus Lupulus L.) in human cancer cell lines. Food Chemistry and Toxicology, 37 (1999), p. 271 - 285. 4. Stevens J.F., Page J.E. Xanthohumol and related prenylflavonoids from hops and beer: to your good helath! Phytochemistry, 65 (2004), p. 1317 - 1330. ZAHVALA Hvala pridelovalcem hmelja za vzorce, s katerimi smo lahko reprezentativno predstavili hmelj v Sloveniji.