Biotransformation and antioxidant capacity of polyphenol-rich potato extracts after digestion in a computer controlled dynamic human gastrointestinal model

• Main Author: Khairallah, Joelle
• Other Authors: Stan Kubow (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2013
• Subjects: Health Sciences - Nutrition
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=114590

In vitro digestions mimicking gastric and intestinal enzymatic action in a chemical milieu have been used to examine the effects of digestion on polyphenol structure and function. However, most these studies have not accounted for the effects of human colonic bacterial action on polyphenols. The Computer Controlled Dynamic Human Gastrointestinal Model (GI model) is composed of five vessels representing different compartments of the gastrointestinal (GI) tract, the stomach, the small intestine (SI), the ascending colon, transverse colon, and descending colon. The aim of this thesis was to assess the change in polyphenolic profiles and antioxidant capacities of polyphenol-rich 'Onaway' potato extracts (PE) following their enzymatic and microfloral digestion in the vessels of the GI model. The predominant components in the PE were chlorogenic acid (CGA), caffeic acid (CA), ferulic acid (FA), and the flavonoid rutin (RU). A major change in the polyphenolic profile was detected in the colonic vessels after 24 h digestion of the PE as assessed by liquid chromatography mass spectrometry (LC-MS) and high performance liquid chromatography (HPLC). Major biotransformation was seen in the ascending colon vessel, where there was first contact of polyphenols with human colonic microflora showing a mixture of parent compounds and microbial polyphenol metabolites. At 24 h the parent polyphenols, CGA, CA, FA, and RU, were absent in the last 2 colonic vessels coinciding with the appearance of microbial metabolites. Different phenolic profiles were detected among the three colonic vessels with the most abundant microbial metabolites including derivatives of propionic acid, acetic acid, and benzoic acid. Antioxidant capacity assays; ferric reducing antioxidant power (FRAP) and 2,2′-azino-bis-(3-ethylbenzthiazoline sulfonic acid) (ABTS), increased in all vessels of the GI model upon the addition of the PE. A significant increase in FRAP activity (P < 0.05) was detected in colonic vessels after 16 h of fermentation which is likely the time required to produce the microbial metabolites. The ascending colon showed the greatest (P < 0.05) increase in ABTS at 24 h compared to baseline as it contained both the parent compounds and their microbial metabolites. The current study shows that the digestive process involving human colonic bacteria causes major changes in the polyphenolic profile that differ according the colonic region. Microflora play an important role in biotransformation of polyphenols by producing new metabolites that have a relatively high antioxidant activity. === Afin d'étudier l'effet de la digestion sur la structure et la fonction des polyphenols, les études in vitro qui reproduisent les conditions enzymatiques et chimiques de l'estomac et de l'intestin grêle sont utilisées. Malheureusement, la majorité de ces études, ne prennent pas en compte l'effet de la microflore intestinale. Le Modèle gastro-intestinal humain dynamique contrôlé par ordinateur (modèle GI) est composé de cinq récipients/bioréacteurs qui représentent respectivement les compartiments du système digestif humain: l'estomac, l'intestin grêle, le côlon ascendant, le côlon transverse, et le côlon descendant. Le bute de cette thèse était d'évaluer le changement du profil polyphénolique et de la capacité antioxydante des extraits de pommes de terre 'Onaway' riches en polyphénols après leur digestion enzymatique et microbactérienne par la microflore intestinale en utilisant le modèle GI. Les composants prédominants dans les extraits de pommes de terre étaient l'acide chlorogénique (CGA), l'acide caféique (CA), l'acide férulique (FA) et la flavonoïde rutine (RU). Un changement majeur dans le profil polyphénolique a été détecté par chromatographie en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse (LC-MS) et chromatographie liquide haute performance (HPLC) dans les récipients/bioréacteurs du côlon après 24 h de digestion. Les biotransformations majeures ont été détectées dans le récipient/bioréacteur qui représente le côlon ascendant où les polyphénols sont fraichement exposés avec la microflore du colon. Ce récipient est composé d'un mélange de polyphénols parents et ses métabolites microbiens. Apres 24 h, les polyphenol parents, CGA, CA, FA, et RU étaient absents dans les deux dernier récipients/bioréacteurs coloniques. Des profils phénoliques différents ont été détectés parmi les trois récipients du côlon. Les métabolites microbiens les plus abondants étaient des dérivés de l'acide propionique, l'acide acétique et l'acide benzoïque. Le pouvoir de réduction des ions ferriques (FRAP) et l'activité antioxydante par 2, 2'-azino-bis [3-éthylbenzothiazoline-6-sulfonique] (ABTS) ont été augmentés après l'addition des extraits des pommes de terre. Une augmentation significative de l'activité FRAP (P < 0.05) a été détectée dans les récipients coloniques après 16 h de fermentation. Ceci pourrait correspondre au temps requis pour produire les métabolites microbiens. Le côlon ascendant a subi la plus grande (P < 0.05) augmentation en ABTS par rapport au scénario de référence avant l'addition des extraits des pommes de terre car il contenait à la fois les composés parents et de leurs métabolites microbiens. Cette étude montre que lors du processus digestif humain, la microflore intestinale entraîne des changements majeurs dans le profil polyphénolique qui diffèrent selon la région du côlon. La microflore joue un rôle important dans la biotransformation des polyphénols en produisant de nouveaux métabolites qui ont une activité antioxydante élevée.