Αξιοποίηση παραπροϊόντων επεξεργασίας ροδάκινου για την ανάκτηση συστατικών υψηλής προστιθέμενης αξίας
Creators: name: Δροσάκη, Αικατερίνη – Μαρία Δημητρίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: Ροδάκινο
Αξιοποίηση παραπροϊόντων (πυρήνας – φλοιός)
Βιοδραστικές ενώσεις (φαινολικά – καροτενοειδή)
Peach
Valorization of by-products (seed-peel)
Bioactive compounds (phenolic – carotenoids)

description: Τα παραπροϊόντα της επεξεργασίας του ροδάκινου καταλαμβάνουν ένα σημαντικό όγκο αποβλήτων της παγκόσμιας βιομηχανίας επεξεργασίας φρούτων και λαχανικών και αποτελούν ένα μείζων περιβαλλοντικό ζήτημα. Βέβαια, την ίδια στιγμή εμφανίζουν και υψηλά επίπεδα βιοδραστικών ενώσεων, όπως τα φαινολικά συστατικά και τα καροτενοειδή. Στο πλαίσιο αυτό, τα τελευταία χρόνια, το ερευνητικό ενδιαφέρον έχει στραφεί σε προσπάθειες διαχείρισής τους, αλλά και στην περαιτέρω επεξεργασία τους, στοχεύοντας στην ανάκτηση των πολύτιμων ενώσεων που απαντώνται σε αυτά. Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος για την επίτευξη αυτού του σκοπού είναι η εκχύλιση. Η παρούσα διατριβή, ακολουθώντας μία ολιστική προσέγγιση, χρησιμοποιεί δύο από τα κύρια παραπροϊόντα της επεξεργασίας του ροδάκινου, τον πυρήνα και το φλοιό, για την ανάκτηση βιοδραστικών ενώσεων. Αρχικά, στον πυρήνα του ροδάκινου πραγματοποιείται εκχύλιση του ελαίου με τη μέθοδο των άμεσων υπερήχων και διαλύτη το εξάνιο. Οι λειτουργικές παράμετροι που μελετώνται είναι η θερμοκρασία, που κυμαίνεται από 20 έως 64°C, η ένταση παλμού των υπερήχων, από 30 έως 60%, και η αναλογία διαλύτη/αποβλήτου (σκόνη πυρήνα), από 8 έως 24 mL/g. Ο χρόνος εκχύλισης ορίστηκε ύστερα από προπειράματα, στα 35 min και η διάρκεια παλμού/μεσοδιάστημα μεταξύ των παλμών 2/1. Η απόδοση της εκχύλισης κυμάνθηκε από 0,11 έως και 19,1% (σε ξηρή βάση), με τη μέγιστη τιμή της να εντοπίζεται στις μέσες συνθήκες του πειραματικού σχεδιασμού, σε θερμοκρασία 42,5°C, αναλογία διαλύτη/σκόνης πυρήνα 16 mL/g και ένταση παλμού 45%. Συγχρόνως, η απόδοση της εκχύλισης των υπερήχων συγκρίνεται με την αντίστοιχη δύο συμβατικών μεθόδων, της κλασικής ανάδευσης (21,6%) και της μεθόδου Soxhlet (21,9%). Τέλος, το εκχυλιζόμενο έλαιο χαρακτηρίζεται ως προς το φαινολικό περιεχόμενό του, την αντιοξειδωτική του ικανότητα και το προφίλ των λιπαρών οξέων του. Όσον αφορά το φλοιό του ροδάκινου, πρώτα λαμβάνει χώρα η ανάκτηση φαινολικών συστατικών μέσω της εκχύλισης άμεσων υπερήχων, αφού προηγουμένως έχει πραγματοποιηθεί ενζυμική προκατεργασία. Μελετάται η επίδραση διαφόρων λειτουργικών παραμέτρων της ενζυμικής προκατεργασίας στην επιτευχθείσα απόδοση, του χρόνου προκατεργασίας (60-240 min), της αναλογίας νερού/αποβλήτου (2-6 mL/g), της συγκέντρωσης του ενζύμου (2-4% ξηρή βάση) και του είδους του ενζύμου, δηλαδή της αναλογίας κυτταρινάσης–πηκτινάσης (εκφρασμένο ως ποσοστό πηκτινάσης, 0-100%). Για την παραλαβή του φαινολικού περιεχομένου, αξιοποιήθηκε διάλυμα υδατικής αιθανόλης στους 35οC, με ένταση παλμών 50% και χρόνο εκχύλισης 17 min. Η απόδοση της εκχύλισης κυμαίνεται από 0,412 έως 2,934 mg ισοδύναμου γαλλικού οξέος/g σκόνης φλοιού, ενώ η βέλτιστη τιμή της εντοπίζεται σε χρόνο προκατεργασίας 150 min, αναλογία νερού/αποβλήτου 4 mL/g, συγκέντρωση του ενζύμου 3% και είδος του ενζύμου 50% πηκτινάση. Παράλληλα, στο υπόλειμμα της προαναφερόμενης εκχύλισης, μελετάται η παραλαβή καροτενοειδών με τη χρήση ως διαλυτών δύο διαφορετικών φυτικών ελαίων, του σογιέλαιου και του ρυζέλαιου. Οι λειτουργικές παράμετροι που λαμβάνονται υπόψη είναι η θερμοκρασία, που κυμαίνεται από 20 έως 60°C, η ένταση παλμού των υπερήχων, από 20 έως 80%, και η αναλογία αποβλήτου (σκόνη φλοιού)/διαλύτη, από 1/10 έως 3/10 g/mL. Ο χρόνος εκχύλισης ορίστηκε ύστερα από προπειράματα, στα 50 min και η διάρκεια παλμού/μεσοδιάστημα μεταξύ των παλμών 2/1. Στην πρώτη περίπτωση, κατά την εφαρμογή του σογιέλαιου, η απόδοση κυμαίνεται από 0,16 έως 0,66 mg καροτενοειδών ανά 100 g ξηρού φλοιού, με τις βέλτιστες συνθήκες να είναι θερμοκρασία 52oC, ένταση παλμών 68% και αναλογία αποβλήτου/διαλύτη 2,6/10 g/mL. Στο σημείο αυτό, κρίνεται σκόπιμο να αναφερθεί πως οι ίδιες βέλτιστες συνθήκες εντοπίζονται και στη βέλτιστη απόδοση εκχύλισης καροτενοειδών με διαλύτη το ρυζέλαιο. Ωστόσο, στην προκειμένη περίπτωση, η απόδοση παίρνει τιμές από 0,02 έως 0,59 mg καροτενοειδών ανά 100 g ξηρού φλοιού. Ταυτόχρονα, πραγματοποιείται και σύγκριση με την κλασική μέθοδο ανάδευσης με διαλύτη μείγμα εξανίου:ισοπροπανόλης (0,67 mg καροτενοειδών ανά 100 g ξηρού φλοιού). Τέλος, τα εμπλουτισμένα έλαια χαρακτηρίζονται ως προς τα ποιοτικά χαρακτηριστικά τους (βαθμός οξύτητας, αριθμός υπεροξειδίων και συζευγμένων διενίων) και το προφίλ των λιπαρών τους οξέων.
description: Peach processing by-products account for a significant volume of waste from the global fruit and vegetable processing industry and are a major environmental issue. Of course, at the same time they also show high levels of bioactive compounds, such as phenolic components and carotenoids. In this context, in recent years, research interest has turned to their management efforts, but also to their further processing, aiming at the recovery of the valuable compounds found in them. The most commonly used method to achieve this is extraction. This thesis, following a holistic approach, uses two of the main by-products of peach processing, the seed and the peel, to recover bioactive compounds.First, the oil is extracted from the peach core using direct ultrasound and hexane as a solvent. The operational parameters studied are temperature, ranging from 20 to 64°C, ultrasound pulse intensity, from 30 to 60%, and solvent/waste (core powder) ratio, from 8 to 24 mL/g. The extraction time was set after preliminary experiments at 35 min and the pulse duration/pulse interval 2/1. The extraction yield ranged from 0.11 to 19.1% (dry basis), with its maximum value found at the average conditions of the experimental design, at a temperature of 42.5°C, at a solvent/powder ratio of 16 g mL/g and the pulse intensity 45%. At the same time, the efficiency of the ultrasonic extraction is compared with that of two conventional methods, classical stirring (21.6 %) and the Soxhlet method (21.9 %). Finally, the extracted oil is characterized in terms of its phenolic content, its antioxidant capacity and its fatty acid profile.Regarding the peach peel, first the recovery of phenolic components takes place through direct ultrasonic extraction, after enzymatic pretreatment has previously been carried out. The effect of the functional parameters of the enzyme pretreatment on the achieved performance is based on the effect of the pretreatment time (60-240 min), the water/waste ratio (2-6 mL/g), the enzyme concentration (2-4% dry basis) and in the type of enzyme, i.e. the cellulase – pectinase ratio (expressed as pectinase percentage, 0-100%). To obtain the phenolic content, an aqueous ethanol solution was used at 35°C, with a pulse intensity of 50% and an extraction time of 17 min. The extraction yield ranges from 0.412 to 2.934 mg gallic acid equivalent/g bark powder, while its optimum value is found at a pretreatment time of 150 min, a water/waste ratio of 4 mL/g, an enzyme concentration of 3% and an enzyme species of 50%.At the same time, in the residue of the aforementioned extraction, the reception of carotenoids is studied using two different edible oils, soybean oil and rice oil, as solvents. The operational parameters considered are temperature, ranging from 20 to 60°C, ultrasonic pulse intensity, from 20 to 80%, and waste (bark powder)/solvent ratio, from 1/10 to 3/10 g/mL. The extraction time was set after preliminary experiments at 50 min and the pulse duration/pulse interval 2/1.In the first case, when applying soybean oil, the yield ranges from 0.16 to 0.66 mg of carotenoids per 100 g of dry bark, with the optimal conditions showing a temperature of 52oC, a pulse intensity of 68% and a waste/solvent ratio of 2.6/ 10 g/mL. At this point, it is appropriate to mention that the same optimal conditions are found in the optimal extraction performance of carotenoids with rice oil as a solvent. However, in this case the yield takes values from 0.2 to 0.59 mg of carotenoids per 100 g of dry bark. At the same time, a comparison is made with the classical stirring method with a hexane:isopropanol mixture solvent (0.67 mg of carotenoids per 100 g of dry bark). Finally, the enriched oils are characterized in terms of their quality characteristics (acidity value, peroxides, conjugated dienes) and their fatty acid profile.