Plant cell cultures of Capsicum chinense for the production of capsinoids

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202111174061
Title: Plant cell cultures of Capsicum chinense for the production of capsinoids
Author: Kilpiö, Tommi
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Pharmacy
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2021
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202111174061
http://hdl.handle.net/10138/336465
Thesis level: master's thesis
Degree program: Proviisorin koulutusohjelma
Master's Programme in Pharmacy
Utbildningsprogrammet för provisorexamen
Specialisation: Farmaseuttinen biologia
Pharmaceutical biology
Farmaceutisk biologi
Abstract: Kasvisolujen viljelyä voidaan käyttää arvokkaiden sekundaaristen metaboliittien tuotantoon. Aiempien kapsaisinoidien tuotantoon keskittyvien tutkimusten innoittamana tämän tutkielman tavoitteena oli muodostaa Capsicum chinense -lajin soluviljelmiä kapsinoidien tuotantoon. Kapsinoidit ovat poltteettomia kapsaisinoidianalogeja, joilla voi olla terveyshyötyjä. Toinen tavoite oli määrittää Capsicum -suvun kasvien ja soluviljelmien α-solaniinipitoisuus, jotta varmistutaan, ettei toksisia määriä muodostu soluviljelmissä. Poltteettomien Capsicum chinense -lajikkeiden, Trinidad Pimento ja Aji Dulce strain 2, soluviljelmiä muodostettiin, ja näihin viljelmiin syötettiin intermediaatteja, vanilliinia ja vanillyylialkoholia, tehostamaan tuotantoa. Lisäksi muodostettiin äärimmäisen tulisen Trinidad Scorpion -lajikkeen soluviljelmiä, joihin syötettiin vanillyylialkoholia, jotta voitiin selvittää, muodostuuko tuotteena kapsinoideja kapsaisinoidien sijaan. Menetelmä, joka perustui korkean erotuskyvyn nestekromatografiaan (HPLC) UV-detektorilla, validoitiin, jotta voitiin määrittää soluviljelmien ja hedelmien kapsiaattipitoisuudet verrattavaksi keskenään. Jotta voitiin määrittää α-solaniinipitoisuus soluviljelmistä sekä kolmeen eri Capsicum -lajiin kuuluvien lajikkeiden lehdistä ja kukista, validoitiin HPLC-UV -menetelmä myös tätä tarkoitusta varten. Vaikka herkkä ja spesifinen menetelmä saatiin validoitua kapsiaattianalyysia varten, kapsiaattia ei havaittu missään soluviljelmässä. Tulisten lajikkeiden soluviljelmät eivät myöskään tuottaneet havaittavia määriä kapsaisinoideja. Hedelmänäytteiden mittaustulokset olivat yhdenmukaisia aiempien tutkimustulosten kanssa, ja Aji Dulcen hedelmissä oli suurempi kapsiaattipitoisuus verrattuna Trinidad Pimentoon, vaikkakin tulosten luotettavuutta rajoittaa, että Aji Dulcesta saatiin tutkittavaksi vain yksi sisällä kasvatettu hedelmä. Analyyttisessä menetelmässä α-solaniinipitoisuuden määrittämiseksi oli ongelmia sisäisen standardin ja spesifisyyden kanssa. Menetelmää voitiin käyttää arvioimaan karkeasti mahdollisia α-solaniinipitoisuuksia. Vaarallisia määriä ei havaittu yhdessäkään soluviljelmänäytteessä. Vain yhdessä Aji Dulcen nuorista lehdistä koostuneessa näytteessä saattoi olla kaupallisille perunoille asetetun raja-arvon ylittävä määrä α-solaniinia. Rocoto San Pedro Orangen (C. pubescens) ja Aji Omnicolorin (C. baccatum) kukkanäytteiden tuloksista ei voitu tehdä johtopäätöksiä, eikä voida sulkea pois, että niissä voisi olla suuriakin pitoisuuksia α-solaniinia. Tutkielmassa ei selvinnyt, miksi kapsinoideja tai edes kapsaisinoideja ei havaittu soluviljelynäytteissä, mutta voitiin arvella, että kapsinoidit saattavat hajota soluviljelmien ympäristössä tai että lajikkeen tai solulinjan valinta on erittäin tärkeää. Tutkielmasta saatiin lisänäyttöä aiemmille oletuksille, että chilin lehdet ovat turvallisia eikä niissä pitäisi olla huomattavia määriä α-solaniinia.Plant cell culture can be used for the production of valuable secondary metabolites. Inspired by the previous studies focusing on capsaicinoid production, this study aimed for establishing plant cell cultures of Capsicum chinense to produce capsinoids. Capsinoids are non-pungent capsaicinoid analogues with potential health benefits. Another aim of this study was to determine the α-solanine content in Capsicum plants and cell cultures to ensure that no toxic amounts are formed during the cell culture. Cell cultures of non-pungent Capsicum chinense cultivars, Trinidad Pimento and Aji Dulce strain 2, were established, and the cultures were fed with intermediates, vanillin and vanillyl alcohol, to enhance the production. In addition, cell cultures of extremely pungent Trinidad Scorpion cultivar were established and they were fed with vanillyl alcohol to study if this would result in formation of capsinoids instead of capsaicinoids. A high-performance liquid chromatography (HPLC) method with UV detection was validated for determining the capsiate contents of the cell culture samples and fruit samples for comparison. To analyze the α-solanine content of the cell culture samples and leaves and flowers of three cultivars belonging to three different Capsicum species, an HPLC-UV method was validated for this purpose as well. Despite validating a sensitive and specific method for capsiate analysis, no detectable amounts of capsiate were detected in any of the cell culture samples. Cell cultures of pungent cultivars did not produce detectable amounts of capsaicinoids either. Results from analyzing the real fruit samples were in accordance with previous literature reports, and Aji Dulce fruits were found to contain higher amounts of capsiate compared to Trinidad Pimento, although having only one indoor grown Aji Dulce fruit analyzed limits the reliability. The analytical method for determining α-solanine content had problems with internal standard and specificity. This method could be used for making rough estimates about the possible α-solanine content. No hazardous amounts were detected in any of the cell culture samples. Only one sample consisting of Aji Dulce young leaves could contain α-solanine slightly above the limits set for commercial potatoes. Results with flowers of Rocoto San Pedro Orange (C. pubescens) and Aji Omnicolor (C. baccatum) were inconclusive and it couldn’t be ruled out that they might contain large amounts of α-solanine. The reason why capsinoids, or even capsaicinoids, were not detected in the cell culture samples remains unsolved, but it could be speculated that capsinoids might degrade in the cell culture environment or that selection of cultivar or cell line is critical. This study gave further proof to the previous assumptions that chili leaves are safe and should not contain notable amounts of α-solanine.
Subject: capsiate
capsinoids
Capsicum
HPLC
plant cell culture
solanine
validation
kapsiaatti
kapsinoidit
Capsicum
HPLC
kasvisoluviljelmä
solaniini
validointi


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record