Μελέτη της επίδρασης του παλλόμενου ηλεκτρικού πεδίου στην παραγωγή ποτών
Authors: Ντουρτόγλου Γεώργιος 
Published: September 2023

Στόχος της διατριβής αυτής είναι να διερευνήσει αν η ηλεκτροδιαπερατότητα που προκαλεί η τεχνική της PEF στα μικροβιακά, φυτικά ή και ζωικά κύτταρα είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί για την εκχύλιση. Μέχρι στιγμής η τεχνική της PEF χρησιμοποιούνταν κυρίαρχα για την αποστείρωση ή γενικά τη διάσπαση του κυττάρου. Με τη χρήση της PEF επιδιώκεται η απομόνωση σημαντικών ενώσεων από διάφορους ιστούς, οι οποίες υπό άλλες συνθήκες θα απαιτούσαν μεγαλύτερους χρόνους και μεγαλύτερη ενέργεια για να απομονωθούν ή θα καταστρέφονταν. Είναι προφανές ότι δεν θα μπορούσε να μελετηθεί το σύνολο των ενώσεων που επηρεάζονται από την PEF. Έτσι, σημαντικές ενώσεις θα θεωρήσουμε τις αρωματικές ενώσεις που εκχυλίζονται στα ποτά κατά τη ζύμωση από το περιβάλλον τους, όπως π.χ. από το ξύλο βαρελιού ή από τους μικροοργανισμούς που συμμετέχουν στη ζύμωση ή από πρόσθεση φυτικών ιστών που παραδοσιακά χρησιμοποιούνται στα ποτά, όπως ο λυκίσκος στον ζύθο. Θα θεωρήσουμε ακόμα τις φαινολικές ουσίες που έχουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για την ανθρώπινη υγεία όπως κατεχίνες, τανίνες, ανθοκυανίνες οι οποίες συναντώνται στα υποπροϊόντα της οινοποιίας, όπως τα στέμφυλα και οι βόστρυχοι. Τέλος, θα μελετηθούν ευεργετικές για τον άνθρωπο ουσίες που πρόσφατα μπήκαν στην ανθρώπινη διατροφή, όπως τα φαινολικά των φύλλων της ελιάς. Σκοπός ήταν να αποδειχθεί ότι η νέα αυτή τεχνική μπορεί να συγκαταλεχθεί ανάμεσα στις κλασικές τεχνικές εκχύλισης και απομόνωσης ουσιών είτε από φυτικούς ιστούς είτε από ζυμωμένα τρόφιμα και ποτά είτε από βιοτεχνολογικές διεργασίες. Επίσης, ότι μπορεί να αυξήσει τις αποδόσεις των εκχυλίσεων με έναν τρόπο ήπιο και μη καταστροφικό. Εν κατακλείδι, θα μπορούσαμε να συνοψίσουμε ότι η τεχνική αυτή αποτελεί μια νέα τεχνική απομόνωσης που μπορεί να προστεθεί στις βιομηχανικές πρακτικές. Επίσης, ένας δευτερεύων σκοπός ήταν να δειχθεί ότι η τεχνική αυτή μπορεί να εφαρμοστεί με έναν νέο εξοπλισμό τεχνολογικά, πιο απλό, χωρίς να απαιτούνται ιδιαίτερα ηλεκτρικά πεδία και συνεπώς, λιγότερο απαιτητικό, ενεργειακά. Η τεχνική του παλλόμενου ηλεκτρικού πεδίου όπως θα αναλυθεί στην παρούσα διατριβή χωρίζεται σε τμήματα, ηλεκτρικά, μηχανικά και αναλυτικά, πάντα με στόχο την εκχύλιση μεταβολιτών. Επίσης μέσα από αυτό τον διαχωρισμό επιτεύχθηκε και η ελαχιστοποίηση των αναγκών στα επιμέρους τμήματα της δημιουργίας του πεδίου, έτσι ώστε να μπουν οι βάσεις για να μπορεί να κατασκευαστεί και να χρησιμεύσει στη βιομηχανία.xii Η ηλεκτρική πλευρά χωρίζεται με τη σειρά της σε 3 διαφορετικές ενότητες: 1) Σχεδιασμός κυκλωμάτων που μπορούν να παράγουν ηλεκτρικούς παλμούς από 1000V έως 5000V για παλμική εκχύλιση με τη χρήση ηλεκτρικού πεδίου. 2) Κατασκευή μικροτεχνικού ηλεκτροδίου που διευκολύνει την εκχύλιση. 3) Διεξαγωγή εκχυλίσεων για να αποδειχθεί ότι το κύκλωμα και το ηλεκτρόδιο είναι σε λειτουργία. Το σχεδιασμένο ηλεκτρόδιο κατέχει καθοριστικό ρολό στην αποτελεσματικότητα της εκχύλισης κατά την εκτέλεση της διαδικασίας. Επομένως, η επιλογή υλικού και ο σχεδιασμός είναι κομβικής σημασίας για τη μετέπειτα πορεία. Από πλευράς εκχύλισης φυτικών ιστών, η διατριβή αυτή ξεκίνησε από τον λυκίσκο καιτη χρήση του στην μπύρα. Στον λυκίσκο μελετήθηκε η εκχυλισιμότητα από το φυτικό υλικό του, των πικρικών α- και β- οξέων, όπως η χουμουλόνη και η λουπουλόνη, καθώς και τα πτητικά αρωματικά, όπως το καρυοφυλλένιο και τα λοιπά τερπενικά. Η μελέτη έδειξε ότι το ΠΗΠ μπορεί να βελτιώσει την εκχυλισιμότητα των α-οξέων έως και 20%,ενώ συνέβαλε στην αύξηση του καρυοφυλλένιου και των τερπενίων της τάξης του 6%. Μελετώντας πάντα την μπύρα, η μελέτη επεκτάθηκε και σε ενώσεις που προέρχονται από βιοχημικά μονοπάτια με βιομετατροπές, όπως τα φαινολικά αρώματα, η 4-βινυλγουαικόλη (4-VG), ένα παράγωγο του φερουλικού οξέος και παράγωγα του ξύλου,όπως η βανιλίνη, η συρινγκαλδεύδη, η λακτόνη δρυός και η φουρφουράλη σε πρότυπα διαλύματα. Η χρήση του ΠΗΠ οδήγησε σε αύξηση των πτητικών κατά 234% μετά την εκχύλιση σε σχέση με τα δείγματα που δεν είχαν υποστεί επεξεργασία με ΠΗΠ. Η τεχνική της PEF μελετήθηκε για εκχυλίσεις σε διαδικασίες μετά-ζυμωτικές και επεκτάθηκε σε υποπροϊόντα με σημαντικό περιεχόμενο σε βιοενεργές ουσίες, όπως οι βόστρυχοι, τα φύλλα της ελιάς, το φασκόμηλο και η αγριοκαστανιά. Από τα φύλλα της ελιάς εκχυλίστηκε o ρουτινοζίτης της κουερκετίνης και της απιγενίνης, ο γλυκοζίτης στις θέσεις 7 και 3 της λουτεολίνης και η ολεοπαίνη. Η βέλτιστη συμβολή του ΠΗΠ στην ικανότητα εκχύλισης ολικών πολυφαινολών βρέθηκε στο 38% με 117% για συγκεκριμένους μεταβολίτες. Τέλος, στην αγριοκαστανιά μελετήθηκε η επίδραση στην εκχύλιση του νεο χλωρογενικού οξέος (Νeochlorogenic acid) της καμφερόλης και των γλυκοζιτών της, της κουερκετίνης και του γαλακτοζίτη της. Υπό βέλτιστες συνθήκες,σύμφωνα με τα αποτελέσματα, μπορούν να εξαχθούν έως και 33% περισσότερες φαινολικές ενώσεις σε σχέση με τα μη επεξεργασμένα δείγματα.