Μελέτη δράσης φυσικών αντιοξειδωτικών σε συστήματα τροφίμων και σε ενεργό ή βρώσιμη συσκευασία
Authors: Χουλιτούδη Ευανθία 
Published: March 2023

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάσθηκε η αντιοξειδωτική ικανότητα ορισμένων αρωματικών φυτών. Τα αρωματικά φυτά που μελετήθηκαν ήταν το θυμάρι (Τhymus capitatus), η ρίγανη (Origanum vulgare hirtum), το θρούμπι (Satureja thymbra) και το δεντρολίβανο (Rosmarinus officinalis). Ιδιαίτερα για τη ρίγανη, χρησιμοποιήθηκαν δύο χημειότυποι, ένας πλούσιος σε καρβακρόλη και ένας μεικτός με καρβακρόλη και θυμόλη, ώστε να εντοπιστούν τυχόν διαφορές. Για την παραλαβή και ταυτοποίηση των αντιοξειδωτικών συστατικών έγιναν διαδοχικές εκχυλίσεις των φυτών με οξικό αιθυλεστέρα και αιθανόλη. Στη ρίγανη μικτού χημειότυπου και στο δεντρολίβανο έγινε παραλαβή των φαινολικών τους συστατικών και απευθείας με αιθανόλη προκειμένου να εκτιμηθεί η δράση του εκχυλίσματος και επομένως η δυνατότητα παραλαβής αντιοξειδωτικών απ΄ευθείας με μία εκχύλιση. Τα φυτά πριν την εκχύλιση ξηράνθηκαν σε θερμοκρασία δωματίου και υποβλήθηκαν σε υδροατμοαπόσταξη για την απομάκρυνση των αιθερίων ελαίων. Στόχος ήταν η εκμετάλλευση της αποσμημένης φυτόμαζας, καθώς είναι πηγή φαινολικών ενώσεων αλλά αποτελεί παραπροϊόν της βιομηχανίας παρασκευής αιθέριων ελαίων. Οι διαλύτες που χρησιμοποιήθηκαν για την εκχύλιση των αντιοξειδωτικών συστατικών επιλέχθηκαν ώστε να είναι ασφαλείς για τρόφιμα και να παραλάβουν χωριστά τα πολικά και τα μη πολικά συστατικών των φυτών. Τα εκχυλίσματα αναλύθηκαν με υγρή χρωματογραφία.Tα εκχυλίσματα αιθανόλης, εκχυλίζουν τα πιο πολικά φαινολικά συστατικά, όπως το ροσμαρινικό οξύ και τους γλυκοζίτες των φλαβονοειδών. Αντίστοιχα τα εκχυλίσματα του οξικού αιθυλεστέρα είναι πλούσια σε λιγότερο πολικά φαινολικά συστατικά όπως οι αγλυκόνες των φλαβονοειδών. Το ροσμαρινικό οξύ ανιχνεύθηκε σε όλα τα εκχυλίσματα που εξετάστηκαν. Η περιεκτικότητά του, ωστόσο, διαφοροποιείται σημαντικά, με το θρούμπι να εμφανίζει τη μέγιστη σύσταση στο αιθανολικό του εκχύλισμα (129.11 mg/g ξηρού εκχυλίσματος), ακολουθούμενο από το αιθανολικό και πάλι εκχύλισμα της ρίγανης πλούσιας σε καρβακρόλη (116.17 mg/g ξηρού εκχυλίσματος). Τα υπόλοιπα εκχυλίσματα βρέθηκε να έχουν χαμηλότερες τιμές ροσμαρινικού οξέος, με τη μικρότερη να εντοπίζεται στο εκχύλισμα οξικού αιθυλεστέρα από το θυμάρι (12.98 mg/g ξηρού εκχυλίσματος). Γενικά, παρατηρείται για το κάθε αρωματικό φυτό πως τα αιθανολικά του εκχυλίσματα είναι πιο πλούσια σε ροσμαρινικό οξύ από τα αντίστοιχα του οξικού αιθυλεστέρα. Ένα άλλο συστατικό που ανιχνεύτηκε στα αρωματικά φυτά που εξετάστηκαν ήταν η καρβακρόλη και το ισομερές της, η θυμόλη. Οι ενώσεις αυτές αποτελούν συστατικά των αιθέριων ελαίων των αρωματικών φυτών, αλλά η φυτόμαζα που παραμένει ως απόβλητο μετά την απομόνωση των αιθέριων ελαίων, και χρησιμοποιήθηκε για την παρασκευή των εκχυλισμάτων της παρούσας διδακτορικής διατριβής, φαίνεται πως περιέχει αρκετά σημαντικές ποσότητες των δύο αυτών ουσιών. Συνεπώς, ο οξικός αιθυλεστέρας και η αιθανόλη εκχυλίζουν τις εναπομένουσες ποσότητες των δύο αυτών ουσιών από την απελαιωμένη φυτόμαζα. Συγκεκριμένα, η καρβακρόλη ανιχνεύθηκε στα εκχυλίσματα οξικού αιθυλεστέρα, με το θυμάρι να διαθέτει τη μεγαλύτερη σύσταση (176.34 mg/g ξηρού εκχυλίσματος) και το θρούμπι τη μικρότερη (16.99 mg/g ξηρού εκχυλίσματος). Το ολικό αιθανολικό εκχύλισμα τη ρίγανης του μικτού χημειότυπου παρουσίασε επίσης χαμηλή τιμή (25.45 mg/g ξηρού εκχυλίσματος). Από την άλλη μεριά, η ρίγανη μικτού χημειότυπου, όπως αποδεικνύει και το όνομά της, περιείχε και θυμόλη.Μερικά ακόμα φλαβονοειδή, όπως ταξιφολίνη, διυδροκαμπφερόλη, εριοδικτυόλη και ναρινγκενίνη, ανιχνεύθηκαν σε μικρές ποσότητες στα εκχυλίσματα οξικού αιθυλεστέρα των αρωματικών φυτών και ταυτοποιήθηκαν με βάση τα τα αντίστοιχα πρότυπα αναφοράς. Σημειώνεται πως το θρούμπι εμφάνισε αθροιστικά τη μεγαλύτερη περιεκτικότητα ως προς αυτήν την κατηγορία των ενώσεων, ενώ το θυμάρι τη χαμηλότερη.Το ροσμαρινικό οξύ ήταν το κύριο φαινολικό οξύ σε όλα τα εκχυλίσματα από θρούμπι, ακολουθούμενο από το σαλβιανολικό οξύ Α και το λιθοσπερμικό οξύ. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός πως το σαλβιανολικό οξύ Α αποτελεί συστατικό μόνο του αρωματικού φυτού S. thymbra. Τέλος, το καφεϊκό οξύ ανιχνεύθηκε σε μικρές ποσότητες στο υδατικό και το αιθανολικό εκχύλισμα.Τα παρασκευασθέντα εκχυλίσματα ενσωματώθηκαν σε έλαια, ώστε να ερευνηθεί η ικανότητά τους ως προς την παρεμπόδιση της οξείδωσης. Τα έλαια που χρησιμοποιήθηκαν ήταν αραβοσιτέλαιο και φοινικέλαιο. Πιο συγκεκριμένα, για το αραβοσιτέλαιο εξετάστηκαν όλα τα εκχυλίσματα του μικτού χημειότυπου της ρίγανης (οξικού αιθυλεστέρα, αιθανολικό και ολικό αιθανολικό εκχύλισμα) ώστε να συγκριθούν μεταξύ τους. Η πορεία της οξείδωσης του καθαρού αραβοσιτέλαιου και των εμπλουτισμένων ελαίων παρακολουθήθηκε στους 70 ⁰C με τον προσδιορισμό του αριθμού υπεροξειδίων και των συζυγών διενίων και τριενίων. Παρατηρήθηκε αύξηση των πρωτογενών αυτών προϊόντων οξείδωσης όλων των δειγμάτων ελαίου, για χρονικό διάστημα περίπου 20 ημερών. Τα αιθανολικά εκχυλίσματα δεν φαίνεται να ήταν αποτελεσματικά, καθώς η πορεία οξείδωσης των εμπλουτισμένων με αυτά δειγμάτων, με βάση τη μέτρηση του αριθμού υπεροξειδίων, σχεδόν συμπίπτει με εκείνη του καθαρού αραβοσιτέλαιου. Η συμπεριφορά τους αυτή πιθανώς οφείλεται στην αδυναμία των αιθανολικών εκχυλισμάτων για καλή ενσωμάτωσή τους στο έλαιο. Συγκεκριμένα, τα πολικά συστατικά που περιέχουν δεν διαλύονται εύκολα σε έλαια, και γενικά σε υψηλής λιποπεριεκτικότητας τρόφιμα, σε τόσο ικανοποιητικό βαθμό όσο οι μη πολικές ενώσεις.Το εκχύλισμα οξικού αιθυλεστέρα της ρίγανης παρείχε καλύτερη αντιοξειδωτική δράση. Κατάφερε να επιμηκύνει το χρόνο επώασης του εμπλουτισμένου ελαίου κατά 1.5 περίπου ημέρες σε σύγκριση με το καθαρό έλαιο. Όσον αφορά στην περίοδο επιταχυνόμενης οξείδωσης, ο αριθμός υπεροξειδίων των δειγμάτων ελαίου αυξάνεται σχεδόν γραμμικά με το χρόνο, ακολουθώντας κινητική ψευδο-μηδενικής τάξης. Για το λόγο αυτό, προσδιορίσθηκε η εξίσωση της ευθείας που προσεγγίζει πιο ικανοποιητικά τη συμπεριφορά του κάθε ελαίου κατά την περιόδο της επιταγχυνόμενης οξείδωσής τους. Οι τιμές της σταθεράς του ρυθμού αύξησης του αριθμού υπεροξειδίων (k) των εμπλουτισμένων ελαιοδιαλυμάτων δεν παρουσιάζουν σημαντικές διαφορές από την αντίστοιχη τιμή του καθαρού ελαίου, γεγονός που αποδεικνύει ότι τα εκχυλίσματα δεν ήταν ικανά να εμποδίσουν σε μεγάλο βαθμό την παραγωγή πρωτογενών προϊόντων οξείδωσης. Συγκεκριμένα, το μη εμπλουτισμένο αραβοσιτέλαιο εμφανίζει ρυθμό οξείδωσης ίσο με (7.50 ± 0.16) days-1, ενώ το έλαιο που περιέχει το εκχύλισμα οξικού αιθυλεστέρα, το οποίο έδειξε έναν από τους μικρότερους ρυθμούς οξείδωσης, παρουσιάζει αντίστοιχη τιμή ίση με (7.27 ± 0.04) days-1. Η αύξηση του ρυθμού παραγωγής των συζυγών διενίων φαίνεται να είναι παρόμοια με εκείνη του αριθμού υπεροξειδίων, επιβεβαιώνοντας τα συμπεράσματα που προαναφέρθηκαν.Επιπλέον, στο αραβοσιτέλαιο μελετήθηκαν τα εκχυλίσματα οξικού αιθυλεστέρα από θυμάρι και από ρίγανη πλούσια σε καρβακρόλη, με σκοπό να κριθεί η αποτελεσματικότητα τους έναντι της οξείδωσης του ελαίου. Οι σταθερές του ρυθμού επιταχυνόμενης οξείδωσης (k) των εμπλουτισμένων ελαιοδιαλυμάτων δεν παρουσίασαν σημαντικές διαφορές από την αντίστοιχη τιμή του καθαρού ελαίου, γεγονός που αποδεικνύει ότι τα εκχυλίσματα δεν ήταν ικανά να εμποδίσουν σε μεγάλο βαθμό την παραγωγή πρωτογενών προϊόντων οξείδωσης.Όσον αφορά στο φοινικέλαιο, εξετάστηκε η δράση των εκχυλισμάτων οξικού αιθυλεστέρα των ίδιων φυτών (θυμαριού και των δύο χημειότυπων της ρίγανης) για να παρατηρηθούν τυχόν διαφορές ή ομοιότητες στην αντιοξειδωτική τους δράση σε μία άλλη λιπαρή ύλη, αλλά και της Satureja thymbra (θρούμπι). Όλα τα εκχυλίσματα παρεμπόδισαν την οξείδωση του φοινικέλαιου, πολύ πιο ικανοποιητικά από ότι του αραβοσιτέλαιου, τόσο παρατείνοντας το χρόνο επώασής του όσο και μειώνοντας το ρυθμό αύξησης των υπεροξειδίων, κατά την περίοδο της επιταχυνόμενης οξείδωσής του. H σύγκριση της αντιοξειδωτικής δράσης των εκχυλισμάτων κατά την περίοδο επιταχυνόμενης οξείδωσης προσδιορίστηκε με την παράμετρο Προστασίας (P), η οποία εκφράζει την % μείωση της σταθεράς σχηματισμού υδροϋπεροξειδίων, ως προς τη σταθερά του καθαρού ελαίου. Συγκρίνοντας τις τιμές Προστασίας (P) συμπεραίνεται πως τα εκχυλίσματα του φυτού Satureja thymbra και της ρίγανης μικτού χημειότυπου παρουσίασαν την καλύτερη προστασία έναντι της οξείδωσης, ενώ και τα άλλα εκχυλίσματα έδειξαν ικανοποιητική αντιοξειδωτική προστασία, μειώνοντας το ρυθμό οξείδωσης κατά ≥ 30%.Στη συνέχεια, επιλέγοντας το φοινικέλαιο, στο οποίο εμφανίστηκε η καλύτερη αντιοξειδωτική δράση των εκχυλισμάτων και διακρίνοντας το θρούμπι (S. thymbra) που προσέφερε θετικά αποτελέσματα στις προηγούμενες δοκιμές οξείδωσης, μελετήθηκε η επίδραση των εκχυλισμάτων του στην οξείδωση γαλακτωμάτων τύπου έλαιο σε νερό. Χρησιμοποιήθηκαν το υδατικό εκχύλισμα που προέκυψε μετά την υδροατμοαπόσταξη του φυτού, το εκχύλισμα του οξικού αιθυλεστέρα και το αιθανολικό του εκχύλισμα. Tόσο το υδατικό, όσο και το αιθανολικό εκχύλισμα του αρωματικού φυτού μείωσαν τον ρυθμό αύξησης των πρωτογενών προϊόντων οξείδωσης στα γαλακτώματα σε σύγκριση με τα μη εμπλουτισμένα γαλακτώματα. Το γαλάκτωμα με το εκχύλισμα του οξικού αιθυλεστέρα του φυτού παρουσίασε παρόμοιο ρυθμό αύξησης των υδροϋπεροξειδίων με το γαλάκτωμα χωρίς πρόσθετο. Τα δευτερογενή προϊόντα οξείδωσης των εμπλουτισμένων γαλακτωμάτων με το εκχύλισμα οξικού αιθυλεστέρα και το αιθανολικό εκχύλισμα από θρούμπι, όπως και του γαλακτώματος χωρίς πρόσθετο, όπως προσδιορίστηκαν με τη μέθοδο του αριθμού της p-ανισιδίνης, παρέμειναν χαμηλά σε όλη τη διάρκεια της οξείδωσης και εμφάνισαν μία τάση αύξησης μετά από περίπου 20 ημέρες αποθήκευσης στους 70 ⁰C. Εξαίρεση αποτέλεσε το γαλάκτωμα με το υδατικό εκχύλισμα του φυτού, για το οποίο παρατηρήθηκε αύξηση του ρυθμού παραγωγής δευτερογενών προϊόντων οξείδωσης. Ακολούθως, παρασκευάστηκαν γαλακτώματα στα οποία χρησιμοποιήθηκε το ηλιέλαιο ως λιπαρή ύλη, το οποίο είναι από τα συνηθέστερα έλαια που χρησιμοποιούνται σε ευρέως καταναλισκόμενα γαλακτώματα, όπως μαγιονέζα και σάλτσες για σαλάτα. Στα γαλακτώματα προστέθηκαν εκχυλίσματα οξικού αιθυλεστέρα και αιθανόλης από το θρούμπι, ενώ το υδατικό εκχύλισμα του φυτού δεν χρησιμοποιήθηκε καθώς δεν έδειξε καλή δράση στις προηγούμενες δοκιμές οξείδωσης των γαλακτωμάτων φοινικέλαιου. Επίσης προστέθηκαν οι πρότυπες φαινολικές ενώσεις, κερκετίνη και ροσμαρινικό οξύ, ώστε να συσχετισθεί η δράση των εκχυλισμάτων με τα συστατικά τους. Στόχος της παρούσας έρευνας ήταν, επιπλέον της αντιοξειδωτικής προστασίας των γαλακτωμάτων, να προσδιορισθεί τόσο για τις πρότυπες ενώσεις όσο και για τις δραστικές ενώσεις που εντοπίζονται στα εκχυλίσματα η διάρκεια ζωής μετά τον εγκλεισμό στα γαλακτώματα ώστε να εξακριβωθεί αν ο εμπλουτισμός οδηγεί δυνητικά σε διατήρηση των λειτουργικών προϊόντων. Η οξείδωση των γαλακτωμάτων μελετήθηκε σε τρεις θερμοκρασίες, 5, 25 και 40 ⁰C, ώστε να ελεγχθεί η υποβάθμισή τους σε θερμοκρασία ψυγείου, περιβάλλοντος και σε καταπόνηση λόγω κακής χρήσης. Μέσω της εξίσωσης του Arrhenius μελετήθηκε η εξάρτηση του ρυθμού οξείδωσής τους από τη θερμοκρασία.Όλα τα αντιοξειδωτικά πρόσθετα μείωσαν το ρυθμό σχηματισμού υδροϋπεροξειδίων, με το αιθανολικό εκχύλισμα να παρέχει την υψηλότερη προστασία, ακολουθούμενο από την καθαρή κερκετίνη, το εκχύλισμα του οξικού αιθυλεστέρα και το ροσμαρινικό οξύ. Καμία σημαντική διαφορά μεταξύ των δειγμάτων με διαφορετικά φαινολικά πρόσθετα δεν παρατηρήθηκε στους 5 C, ενώ σε υψηλότερες θερμοκρασίες τα εμπλουτισμένα δείγματα με το αιθανολικό εκχύλισμα ή την κερκετίνη παρουσίασαν χαμηλότερους ρυθμούς οξείδωσης από εκείνα με το εκχύλισμα του οξικού αιθυλεστέρα ή το ροσμαρινικό οξύ. Συγκρίνοντας τις δύο καθαρές ενώσεις, φαίνεται ότι η κερκετίνη, προσέφερε σημαντικά υψηλότερη προστασία από το ροσμαρινικό οξύ, το οποίο μπορεί να αποδοθεί στην υψηλότερη πολικότητα του οξέος, σύμφωνα με το πολικό παράδοξο. Το ροσμαρινικό οξύ, ως πολική ένωση, κατανέμεται κατά προτίμηση στην υδατική φάση και δεν μπορεί να προστατεύσει το έλαιο από αντιδράσεις οξείδωσης, που λαμβάνουν χώρα κυρίως στη διεπιφάνεια του γαλακτώματος, σε αντίθεση με την κερκετίνη που μπορεί να εντοπιστεί τόσο στην υδατική και τη λιπαρή φάση του γαλακτώματος όσο και στη διεπιφάνεια των σταγονιδίων. To εκχύλισμα του οξικού αιθυλεστέρα είναι πλούσιο σε μη πολικές ενώσεις, όπως τα φλαβονοειδή και οι αγλυκόνες των φλαβονοειδών, οι οποίες είναι ευδιάλυτες στο έλαιο του γαλακτώματος. Επομένως, είναι πιθανό οι ενώσεις αυτές να εντοπίζονται στο εσωτερικό των σταγονιδίων της διεσπαρμένης φάσης των γαλακτωμάτων και όχι στη διεπιφάνεια αυτών. Οι ελεύθερες ρίζες δημιουργούνται στη διεπιφάνεια των σταγονιδίων του γαλακτώματος και συνεπώς τα φαινολικά συστατικά του εκχυλίσματος του οξικού αιθυλεστέρα δεν είναι ικανά να προστατέψουν το έλαιο του γαλακτώματος από την οξείδωση στον ίδιο βαθμό με το εκχύλισμα της αιθανόλης. Αντιθέτως, το αιθανολικό εκχύλισμα του φυτού, το οποίο είναι πλούσιο σε πιο πολικά φαινολικά συστατικά, όπως φαινολικά οξέα και γλυκοζίτες των φλαβονοειδών, που εντοπίζονται στη διεπιφάνεια του γαλακτώματος, ήταν αποτελεσματικό στη μείωση του ρυθμού αύξησης των πρωτογενών προϊόντων οξείδωσης.Η αύξηση της θερμοκρασίας είχε μεγαλύτερη επίδραση στο ρυθμό οξείδωσης των γαλακτωμάτων ηλιέλαιου με το καθαρό ροσμαρινικό οξύ και με το εκχύλισμα του οξικού αιθυλεστέρα. Η χαμηλότερη επίδραση από τη θερμοκρασία παρατηρήθηκε για τα δείγματα με την κερκετίνη και με το αιθανολικό εκχύλισμα. Όλα τα αντιοξειδωτικά πρόσθετα που εξετάστηκαν προστάτευσαν αποτελεσματικά τα γαλακτώματα στους 5 ⁰C, ενώ φαίνεται πως οι παράγοντες προστασίας (P) μειώθηκαν σημαντικά με αύξηση της θερμοκρασίας, ειδικά στην περίπτωση της προσθήκης του ροσμαρινικού οξέος. Προστασία (P) της τάξης του 50% επιτεύχθηκε με την προσθήκη του αιθανολικού εκχυλίσματος και της κερκετίνης ακόμα και στους 40 ⁰C.Τα αποτελέσματα από τη μέτρηση των ολικών φαινολικών συστατικών (TPC) των γαλακτωμάτων υποδεικνύουν την ταχύτερη απώλεια φαινολικών ενώσεων στο γαλάκτωμα που έχει υποστεί επεξεργασία με το εκχύλισμα οξικού αιθυλεστέρα, η οποία συμπίπτει με τους υψηλότερους ρυθμούς οξείδωσης του γαλακτώματος αυτού. Επιπλέον, η επίδραση της θερμοκρασίας στη μείωση του ολικού φαινολικού περιεχομένου ήταν πιο έντονη στα γαλακτώματα που είχαν εμπλουτισθεί με το εκχύλισμα του οξικού αιθυλεστέρα σε σύγκριση με εκείνα με το αιθανολικό εκχύλισμα, και οι υπολογισμένες τιμές ενέργειας ενεργοποίησης, σύμφωνα με την εξίσωση Arrhenius, ήταν 27.20 kJ/mol και 19.30 kJ/mol, αντίστοιχα. Ανάλυση των φαινολικών συστατικών με υγρή χρωματογραφία αποκάλυψε ότι το ροσμαρινικό οξύ ήταν το κύριο συστατικό που μειώθηκε στα γαλακτώματα που περιείχαν και τα δύο εκχυλίσματα ακολουθώντας κινητική πρώτης τάξης και επομένως ο ρυθμός κατανάλωσής του εξαρτάται κυρίως από τη συγκέντρωση. Eπομένως ο ρυθμός μείωσης του ροσμαρινικού οξέος είναι πολύ μεγαλύτερος στο γαλάκτωμα που περιέχει αιθανολικό εκχύλισμα σε σύγκριση με το γαλάκτωμα που περιέχει εκχύλισμα οξικού αιθυλεστέρα. Η μεταβολή της συγκέντρωσης της κερκετίνης στα γαλακτώματα που εμπλουτίστηκαν με αυτή την πρότυπη ουσία, εξετάστηκε επίσης με υγρή χρωματογραφία. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η κερκετίνη μειώθηκε σε σημαντικό ποσοστό σε σύγκριση με τα φλαβονοειδή του αρωματικού φυτού S. thymbra. Η προσαρμογή των δεδομένων της υπολειπόμενης κερκετίνης ακολούθησε κινητική πρώτης τάξης και οι ρυθμοί μείωσης ανήλθαν σε 0.006, 0.010 και 0.014 days-1, στους 5, 25 και 40 ⁰C, αντίστοιχα. Αξιοσημείωτο είναι ότι οι ρυθμοί μείωσης της κερκετίνης είναι μία τάξη μεγέθους χαμηλότεροι από εκείνους του ροσμαρινικού οξέος. Στην πραγματικότητα η κερκετίνη είναι ένα από τα πιο ενεργά φλαβονοειδή αντιοξειδωτικά, λόγω της δομής της, και κατά συνέπεια μέρος της οξειδώνεται κατά την αποθήκευση των γαλακτωμάτων, προσφέροντας υψηλή αντιοξειδωτική προστασία.Στη συνέχεια, η μελέτη της παρούσας διδακτορικής διατριβής στράφηκε στη δράση των φυσικών αντιοξειδωτικών κατά την προσθήκη τους σε εδώδιμες μεμβράνες για την επικάλυψη φιλέτων τσιπούρας. Η τσιπούρα είναι ψάρι υψηλής εμπορικής αξίας με υψηλή περιεκτικότητα σε πολυακόρεστα λιπαρά οξέα. Ως πηγές φυσικών αντιοξειδωτικών χρησιμοποιήθηκαν τα εκχυλίσματα του φυτού S. thymbra (αιθανολικό και οξικού αιθυλεστέρα), ώστε να κριθεί η αποτελεσματικότητά τους κατά πρώτον, στην τεχνολογία των επικαλυπτικών και κατά δεύτερον, στην αλληλεπίδρασή τους με ένα πιο σύνθετο τρόφιμο. Επιπροσθέτως, διερευνήθηκε η καταλληλότητα και του αιθέριου ελαίου της S. thymbra, καθώς τα κλάσματα αυτά των αρωματικών φυτών διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην παρεμπόδιση της μικροβιακής ανάπτυξης και είναι ενδιαφέρον να διερευνηθεί η πιθανή παρεμπόδιση της οξείδωσης. Συγκεκριμένα, παρασκευάστηκαν 3 σειρές δειγμάτων, στις οποίες η επικαλυπτική μεμβράνη από καρβοξυ-μεθυλο-κυτταρίνη (CMC) περιείχε ένα από τα παραπάνω κλάσματα σε συγκέντρωση 500 mg GAE/L διαλύματος επικαλυπτικού. Επίσης, παρασκευάστηκαν άλλες 2 σειρές δειγμάτων εκ των οποίων η μία περιείχε συνδυασμό του αιθέριου ελαίου (2% v/v) με το αιθανολικό εκχύλισμα και η άλλη συνδυασμό αιθέριου ελαίου (2% v/v) με το εκχύλισμα οξικού αιθυλεστέρα. Όλα τα δείγματα αποθηκεύτηκαν σε θάλαμο σταθερής θερμοκρασίας στους 0 ⁰C, για την παρακολούθηση της πορείας οξείδωσής τους. Οι τιμές του αριθμού υδροϋπεροξειδίων των δειγμάτων που είχαν επικαλυφθεί με CMC χωρίς κάποιο αντιοξειδωτικό πρόσθετο ήταν χαμηλότερες από εκείνες των δειγμάτων χωρίς επικάλυψη από τις πρώτες δειγματοληψίες, υποδεικνύοντας ότι η ίδια η βρώσιμη επικάλυψη προσέφερε κάποια προστασία από την οξείδωση. Το εκχύλισμα οξικού αιθυλεστέρα της S. thymbra δεν εμφάνισε σημαντική αντιοξειδωτική δράση, σε αντίθεση με το αιθανολικό εκχύλισμα που ήταν πολύ αποτελεσματικό στην επιβράδυνση της παραγωγής πρωτογενών προϊόντων οξείδωσης. Η ενσωμάτωση του αιθέριου ελαίου στη βρώσιμη επικάλυψη επιβράδυνε σημαντικά τη αύξηση του αριθμού των υδροϋπεροξειδίων.Mία άλλη πηγή φυσικών αντιοξειδωτικών που μελετήθηκε στην παρούσα διατριβή αποτέλεσε το φυτό Rosmarinus officinalis (δεντρολίβανο), το οποίο είναι γνωστό για τις αντιοξειδωτικές ιδιότητές του και αποτελεί αναγνωρισμένο από την ευρωπαϊκή ένωση φυσικό αντιοξειδωτικό. Εκχυλίσματα με διαφορετικές συγκεντρώσεις αιθανολικού εκχυλίσματος από δεντρολίβανο ενσωματώθηκαν σε εδώδιμη επικαλυπτική μεμβράνη για την αντιοξειδωτική προστασία φιλέτων από καπνιστό χέλι, ώστε να κριθεί η αποτελεσματικότητά του τόσο στην τεχνολογία των εδώδιμων επικαλυπτικών, όσο και στην αλληλεπίδρασή του με τα τρόφιμα. Eπίσης, διερευνήθηκε η καταλληλότητα του αιθέριου ελαίου του R. officinalis (0.2% v/v) στην πιθανή παρεμπόδιση της οξείδωσης σε δείγματα στα οποία είχε ενσωματωθεί αιθέριο έλαιο στο επικαλυπτικό. Καθώς η ενσωμάτωση του εκχυλίσματος οξικού αιθυλεστέρα από θρούμπι στο διάλυμα βρώσιμης επικάλυψης CMC δεν εμφάνισε αντιοξειδωτική δράση, σε αυτές τις δοκιμές οξείδωσης των καπνιστών ιχθυηρών επιλέχθηκε να χρησιμοποιηθεί μόνο το αιθανολικό εκχύλισμα δεντρολίβανου. Παρασκευάστηκαν τρεις σειρές δειγμάτων στις οποίες η επικαλυπτική μεμβράνη περιείχε αιθανολικό εκχύλισμα δενδρολίβανου σε διαφορετικές συγκεντρώσεις 200, 500 και 800 mg GAE / L διαλύματος επικαλυπτικού, ώστε να βρεθεί η βέλτιστη συγκέντρωση για την αντιοξειδωτική προστασία των ιχθυηρών. Επιπρόσθετα, παρασκευάστηκαν άλλες δύο σειρές δειγμάτων εκ των οποίων η μία περιείχε συνδυασμό του αιθέριου ελαίου με το αιθανολικό εκχύλισμα και η άλλη περιείχε μόνο αιθέριο έλαιο. Παρατηρήθηκε ότι αύξηση της συγκέντρωσης του αιθανολικού εκχυλίσματος είχε ως αποτέλεσμα μείωση της συσσώρευσης υδροϋπεροξειδίων και συζυγών διενίων, με την καλύτερη αντιοξειδωτική προστασία να προσφέρει η επικάλυψη με την υψηλότερη συγκέντρωση, 800 mg GAE / L διαλύματος επικαλυπτικού. Η προσθήκη αιθέριου ελαίου από δεντρολίβανο σε διάλυμα εδώδιμου επικαλυπτικού, και ακόμη περισσότερο ο συνδυασμός του με το αιθανολικό εκχύλισμα ανέστειλε αποτελεσματικά το σχηματισμό πρωτογενών προϊόντων οξείδωσης. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι τόσο η προσθήκη του αιθέριου ελαίου όσο και ο συνδυασμός της προσθήκης του αιθέριου ελαίου με το αιθανολικό εκχύλισμα προστάτευσε τα καπνιστά ιχθυηρά έναντι της δημιουργίας δευτερογενών προϊόντων οξείδωσης σε μεγαλύτερο βαθμό από την προσθήκη μόνο του αιθανολικού εκχυλίσματος στην χαμηλότερη συγκέντρωση.Σε συνέχεια των πειραμάτων της παρούσας διδακτορικής διατριβής μελετήθηκε η επίδραση των εκχυλισμάτων από θρούμπι στην οξειδωτική σταθερότητα τηγανισμένων chips πατάτας, κατά την προσθήκη τους στο έλαιο τηγανίσματος, στο τηγανισμένο προϊόν ή στο υλικό συσκευασίας. Το έλαιο του τηγανίσματος ήταν το φοινικέλαιο και συνολικά παρασκευάστηκαν 5 σειρές δειγμάτων chips. Η πρώτη σειρά αφορούσε πατάτες, οι οποίες τηγανίστηκαν σε εμπλουτισμένο φοινικέλαιο με εκχύλισμα οξικού αιθυλεστέρα από το φυτό θρούμπι. Το ίδιο εκχύλισμα, καθώς και το αιθανολικό εκχύλισμα ενσωματώθηκαν στην επιφάνεια των chips που τηγανίστηκαν σε καθαρό φοινικέλαιο ή προστέθηκαν στο υλικό συσκευασίας των chips. Η προσθήκη των εκχυλισμάτων απευθείας στην επιφάνεια των τηγανισμένων chips και στο έλαιο του τηγανίσματος μείωσαν τον ρυθμό αύξησης των υδροϋπεροξειδίων σε σύγκριση με τα δείγματα χωρίς κάποιο πρόσθετο. Το εκχύλισμα οξικού αιθυλεστέρα που προστέθηκε στο έλαιο του τηγανίσματος, παρουσίασε αντιοξειδωτική δράση καλύτερη από το ίδιο εκχύλισμα όταν αυτό ψεκάστηκε στην επιφάνεια του τροφίμου, αλλά παραπλήσια με το εκχύλισμα αιθανόλης που ενσωματώθηκε στο προϊόν με τη διεργασία του ψεκασμού. Η επικάλυψη των αντιοξειδωτικών στο υλικό συσκευασίας είχε ως αποτέλεσμα την βραδύτερη αύξηση των πρωτογενών προϊόντων οξείδωσης και επομένως την υψηλότερη προστασία του προϊόντος.Εφόσον η προσθήκη στο υλικό συσκευασίας προσέφερε την καλύτερη αντιοξειδωτική προστασία, μελετήθηκε περαιτέρω η ενεργός συσκευασία σε chips πατάτας χρησιμοποιώντας ως αντιοξειδωτικά τα φυσικά εκχυλίσματα του αποξηραμένου φυτού S. thymbra. Ακολούθησε η ενσωμάτωση των εκχυλισμάτων στο υλικό της συσκευασίας ως επίστρωση σε τρεις διαφορετικές συγκεντρώσεις και για τα δύο εκχυλίσματα, 100, 200, 300 mg GAE/m2. Διαπιστώθηκε πως η ενεργός συσκευασία ήταν αποτελεσματική για όλες τις συγκεντρώσεις του αιθανολικού εκχυλίσματος με βέλτιστη προστασία από την συγκέντρωση 300 mg GAE/m2 που αύξησε τον χρόνο επώασης σχεδόν κατά 20 ημέρες και μείωσε τον ρυθμό παραγωγής υπεροξειδίων κατά 78.4%. Το εκχύλισμα του οξικού αιθυλεστέρα προστάτευσε και αυτό σε ικανοποιητικό βαθμό τα chips από τον ταγγισμό μόνο για τις συγκεντρώσεις 100 και 200 mg GAE/m2 καθώς η συγκέντρωση 300 mg GAE/m2 παρουσίασε προοξειδωτική δράση αυξάνοντας τον ρυθμό παραγωγής των υπεροξειδίων κατά 7.44% στο στάδιο επιταχυνόμενης οξείδωσης και μειώνοντας τον χρόνο επώασης σχεδόν κατά 10 ημέρες. Η προοξειδωτική δράση που παρατηρήθηκε για τη συγκέντρωση των 300 mg GAE/m2 για το εκχύλισμα του οξικού αιθυλεστέρα μπορεί να αποδοθεί σε προοξειδωτικές ιδιότητες των φλαβονοειδών που φαίνεται να εξαρτώνται από τη συγκέντρωση. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως υπήρχε έντονη διάχυση προς τα chips κυρίως από το εκχύλισμα του οξικού αιθυλεστέρα που αποδίδεται στην άπολη φύση και των δύο. Mετά από 55 ημέρες αποθήκευσης, το άθροισμα των ολικών φαινολικών συστατικών της συσκευασίας και των chips παρουσίασε πάνω από 50% κατανάλωση αυτών για όλα τα δείγματα.Συμπερασματικά, τα αρωματικά φυτά της οικογένειας Lamiaceae συνιστούν πηγές φυσικών αντιοξειδωτικών και είναι ικανά να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής των λιπαρών τροφίμων, παρεμποδίζοντας την οξείδωση τους. Εκχυλίσματα οξικού αιθυλεστέρα από θρούμπι, θυμάρι και δύο χημειότυπους της ρίγανης, αποδείχθηκαν ικανά στην προστασία φοινικέλαιου. Παρατηρήθηκε ότι η σειρά δραστικότητάς τους δεν ήταν ανάλογη του ολικού φαινολικού περιεχομένου τους, αλλά εξαρτήθηκε από τη σύστασή τους στις επιμέρους κατηγορίες φαινολικών συστατικών. Αυξανόμενης της περιεκτικότητας σε φαινολικά οξέα και λοιπά φλαβονοειδή βελτιωνόταν η αντιοξειδωτική ικανότητα των εκχυλισμάτων, ενώ υψηλές τιμές μονοφαινολών, και κυρίως καρβακρόλης, είχαν αντίθετα αποτελέσματα. Η ενσωμάτωση εκχυλισμάτων οξικού αιθυλεστέρα των αρωματικών φυτών σε αραβοσιτέλαιο δεν προσέφερε σημαντική αντιοξειδωτική προστασία, αποδεικνύοντας πως το είδος της λιπαρής ύλης διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην ικανότητα δράσης των αντιοξειδωτικών. Η προσθήκη αιθανολικών εκχυλισμάτων στο αραβοσιτέλαιο έδειξε ακόμα χειρότερη συμπεριφορά, καθώς επιβεβαιώθηκε η δυσκολία της διάλυσης των πολικών συστατικών τους σε υψηλής λιπαρότητας προϊόντα.Εκχυλίσματα του φυτού S. thymbra μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον εμπλουτισμό γαλακτωμάτων ο/w με πολυφαινόλες, και ως εκ τούτου να αναβαθμιστεί το διατροφικό τους προφίλ. Η περιεκτικότητα σε φαινολικά συστατικά των γαλακτωμάτων μειώνεται κατά την αποθήκευσή τους, κυρίως λόγω της μείωσης της συγκέντρωσης του ροσμαρινικού οξέος. Εκτός από τον εμπλουτισμό των γαλακτωμάτων σε φαινολικές ενώσεις, τα εκχυλίσματα προσφέρουν προστασία έναντι της οξείδωσης. Σε θερμοκρασίες ψύξης (5 ⁰C) τα εκχυλίσματα μείωσαν τον ρυθμό οξείδωσης κατά 75-80%. Οι υψηλότερες θερμοκρασίες αποθήκευσης επιτάχυναν την οξείδωση των γαλακτωμάτων και είχαν ως αποτέλεσμα χαμηλότερους παράγοντες προστασίας και μεγαλύτερη απώλεια φαινολικών ενώσεων.Με βάση τα αποτελέσματα της επικάλυψης ιχθύων με εμπλουτισμένες εδώδιμες μεμβράνες αποδείχθηκε η αποδοτικότητα αυτής της μεθόδου στην προστασία των συγκεκριμένων τροφίμων ως προς την οξείδωση. Αν και η απλή μεμβράνη CMC παρείχε χαμηλότερες τιμές πρωτογενών προϊόντων οξείδωσης, η προσθήκη σε αυτή αιθανολικού εκχυλίσματος από θρούμπι παρεμπόδισε την οξείδωση του τροφίμου σε μεγαλύτερο βαθμό. Το εκχύλισμα οξικού αιθυλεστέρα από θρούμπι δεν ήταν ικανό να προσδώσει αντίστοιχη δράση σε ιχθυηρά. Το αποτέλεσμα αυτό δείχνει πως τα άπολα φλαβονοειδή συστατικά ενώ είναι κατάλληλα για τρόφιμα με υψηλό περιεχόμενο σε λιπαρά, δεν πρέπει πιθανώς να προτιμώνται σε προϊόντα που περιέχουν σε μεγάλο βαθμό υδατικά συστατικά. Το αιθέριο έλαιο του φυτού αποδείχθηκε ισχυρό αντιοξειδωτικό, παρέχοντας παρόμοια δράση με εκείνη του αιθανολικού εκχυλίσματος.Σε ότι αφορά την επικάλυψη των ιχθυηρών και την αποθήκευσή τους στους 4 ºC, τα διαγράμματα αύξησης των πρωτογενών (αριθμός υπεροξειδίων, PV) και δευτερογενών προϊόντων οξείδωσης (αριθμός p-ανισιδίνης, p-AV), έδειξαν ότι το αιθανολικό εκχύλισμα δενδρολίβανου, με το οποίο εμπλουτίστηκε το εδώδιμο επικαλυπτικό CMC, προσέφερε προστασία στα δείγματα από την οξείδωση. Μικρή σχετικά προστασία στην οξείδωση προσέφεραν οι μη εμπλουτισμένες μεμβράνες CMC, και αυτές που είχαν εμπλουτιστεί με αιθέριο έλαιο. Με αύξηση της συγκέντρωσης του αιθανολικού εκχυλίσματος στο διάλυμα της εδώδιμης επικάλυψης παρατηρήθηκε αύξηση της αντιοξειδωτικής προστασίας.Η προσθήκη εκχυλισμάτων από το αρωματικό φυτό S. thymbra στο υλικό συσκευασίας, έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ενεργού συσκευασίας, η οποία είναι ικανή να καθυστερήσει σε μεγαλύτερο βαθμό την οξειδωτική υποβάθμιση τηγανισμένων chips πατάτας, σε σύγκριση με την προσθήκη των ίδιων εκχυλισμάτων στο έλαιο του τηγανίσματος ή απευθείας πάνω στο τηγανισμένο προϊόν. Οι αντιοξειδωτικές ιδιότητες των εκχυλισμάτων εξαρτώνται από τη συγκέντρωσή τους στο υλικό συσκευασίας. Σε υψηλές συγκεντρώσεις μπορεί να παρατηρηθούν προοξειδωτικά φαινόμενα όταν η συγκέντρωση των φλαβονοειδών υπερβαίνει ορισμένα επίπεδα.