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Cyclic fatty acid monomers of alpha-linolenic acid : isolation and separation of isomers, and effects of structural parameters on their oxidation

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2021
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Les monomères cycliques d'acides gras (CFAM) provenant d'huiles riches en acide alphalinolénique (18:3; ALA) sont constitués de 16 isomères de structures cycliques à 5 et 6 atomes de carbone. Ils se forment lors de traitements thermiques des huiles, comme le raffinage et la friture. Conséquemment, les CFAMs se retrouvent dans l'alimentation humaine. La littérature scientifique rapporte les résultats de travaux sur les effets métaboliques des CFAMs dont le principal est la stéatose hépatique. Les isomères cycliques à 5 et à 6 carbones se forment simultanément lors du chauffage des huiles et l'obtention de l'un ou de l'autre, bien que possible par synthèse totale et par HPLC, est laborieuse et à faibles rendements, ce qui ajoute à la difficulté de la réalisation d'études métaboliques chez l'animal avec une seule de ces deux structures. Dans la première partie des travaux, présentés au chapitre II, nous nous sommes concentrés à mieux isoler les CFAMs de l'huile de lin, suivi d'une séparation supplémentaire en leurs principaux isomères CFAM-5 et CFAM-6 de l'acide linolénique, en utilisant une combinaison de chromatographie sur couche mince argentique, pour le développement de la méthode, et de chromatographie sur colonne, pour la production de fractions. Cinq fractions ont ainsi été récupérées à partir de la chromatographie argentique sur colonne avec le système de solvants hexane-acétate d'éthyleacide acétique dans les proportions volumétriques 120:30:1 . Les isomères des CFAMs de chacune des fractions ont ensuite été identifiés par GC-MS de leurs dérivés esters picolinyles. Les résultats indiquent que la fraction F-1 contient principalement des isomères CFAM-6. Deux isomères non rapportés dans la littérature, provisoirement identifiés comme des CFAM-5 conjugués, étaient aussi présents en faible quantité dans la fraction F-1. Une autre fraction, F-3, contenait des isomères de CFAMs uniquement à cycle de 5 atomes de carbones. Cette fraction comprenait aussi une faible quantité d'isomères de l'acide alpha-linolénique. La fraction intermédiaire F-2 contenait les deux types d'isomères des CFAMs. La littérature scientifique indique que les huiles végétales alimentaires peuvent s'oxyder et qu'elles peuvent causer des effets délétères sur la santé. Cependant, aucun travaux n'a porté sur l'oxydation des CFAM, les CFAM-Ox, ni sur leurs effets métaboliques potentiels. Pourtant, des similitudes structurelles peuvent être attendues entre celles de CFAM-Ox et celles de certaines phytoprostanes (PhytoPs) et isoprostanes (IsoPs), et potentiellement des activités biologiques analogues. Ainsi, l'objectif de la seconde partie des présents travaux, présentés au chapitre III, était d'étudier l'oxydation des CFAMs de l'acide alpha-linolénique. L'oxydation de ces CFAMs di-insaturés a été réalisée sous oxygène à des températures allant de 160 à 200 °C, sur des périodes de 8 heures. Les résultats indiquent qu'environ 60% des CFAM-5 sont oxydés au bout de 2 à 4 h et que leur oxydation se produit de manière significativement plus rapide que celle des CFAM-6, et à une vitesse qui s'approche de celle de l'oxydation de l'acide linoléique, acide gras également di-insaturé. Les différences observées entre les vitesses d'oxydation des CFAM-5 et des CFAM-6 sont probablement dues à la présence de positions bis-allyliques dans les structures CFAM-5, comme il s'en trouve dans l'acide linoléique, contrairement aux CFAM-6 qui contiennent des doubles liaisons isolées, séparées par deux atomes de carbone. Ces résultats suggèrent également que les niveaux rapportés dans la littérature scientifique des CFAMs dans les huiles de friture sont nécessairement sous-estimés car ils ne tiennent pas compte des CFAM-Ox.
Cyclic fatty acid monomers (CFAMs) from oils rich in alpha-linolenic acid (18: 3; ALA) consist of 16 isomers of 5 and 6 carbon ring structures. They are formed during thermal treatments of edible oils, such as refining and frying. Consequently, CFAMs are found in human food. The scientific literature reports the results of work on the metabolic effects of CFAMs, the main one of which is hepatic steatosis. The cyclic isomers of 5 and 6 carbons are formed simultaneously on heating oils and obtaining one or the other, although possible by total synthesis and HPLC, is laborious and in low yields. This contributes to the difficulty of performing metabolic studies in animals with just one of these two structures. In the first part of the work, presented in chapter II, we focused on better isolating the CFAMs from linseed oil, followed by an additional separation into their main isomers CFAM-5 and CFAM-6 of linolenic acid, using a combination of silver ion thin layer chromatography, for the development of the method, and column chromatography, for the production of fractions. Five fractions were thus recovered from silver ion column chromatography with the hexaneethyl acetate-acetic acid solvent system in volumetric proportions 120:30:1. The CFAM isomers of each of the fractions were then identified by GC-MS of their picolinic ester derivatives. The results indicate that fraction F-1 mainly contains CFAM-6 isomers. Two isomers not reported in the literature, tentatively identified as conjugated CFAM-5 isomers, were also present in small amounts in the F-1 fraction. Another fraction, F-3, contained isomers of CFAMs only with a ring of 5 carbon atoms. This fraction also contained a small amount of alpha-linolenic acid isomers. The intermediate fraction F-2 contained both types of CFAMs isomers. The scientific literature indicates that edible vegetable oils can oxidize and can cause deleterious health effects. However, no work has focused on the oxidation of CFAMs and their oxidation products, the CFAM-Ox, or their potential metabolic effects. However, structural similarities can be expected between those of CFAM-Ox and those of certain phytoprostanes (PhytoPs) and isoprostanes (IsoPs), and potentially similar biological activities. Thus, the objective of the second part of this work, presented in Chapter III, was to study the oxidation of CFAMs of alpha-linolenic acid. The oxidation of these diunsaturated CFAMs was carried out under oxygen at temperatures ranging from 160 to 200 °C, over periods of 8 hours. The results indicate that approximately 60% of CFAM-5 are oxidized after 2-4 h and that their oxidation occurs significantly faster than that of CFAM-6, and at a rate that approaches that of linoleic acid, also a di-unsaturated fatty acid. The differences observed between the oxidation rates of CFAM-5 and CFAM-6 are probably due to the presence of bis-allylic positions in CFAM-5 structures, as found in linoleic acid, unlike CFAM-6 which contain isolated double bonds separated by two carbon atoms. These results also suggest that the levels of CFAMs reported in frying oils in the scientific literature are necessarily underestimated because they do not take CFAM-Ox into account.
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