Βιοτεχνολογική αξιοποίηση και παράγωγη προϊόντων υψηλής προστιθεμένης άξιας από το ιπποφαές (Hippophae rhamnoides L.) και τα παραπροϊόντα οινοποίησης
Creators: name: Μοσχονά, Αλεξάνδρα Σ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2016
Subjects: Φαινολικά
Βιολογικές δράσεις
Παραπροϊόντα οινοποίησης
Καρπός ιπποφαούς
Phenolics
Biological activities
Wine wastes
Seabuckthorn berries

description: Οι φαινολικές ενώσεις, λόγω των ευεργετικών επιδράσεών τους στην ανθρώπινη υγεία, εμφανίζουν ιδιαίτερο ερευνητικό ενδιαφέρον. Παράλληλα, υπάρχει ένα αυξανόμενο ενδιαφέρον για την εκμετάλλευση των αποβλήτων της οινοποίησης, καθώς αυτά μπορούν να αποτελέσουν εναλλακτικές πηγές για την απομόνωση φαινολικών. Το ιπποφαές επίσης, είναι γνωστό για την πληθώρα ευεργετικών συστατικών που εμφανίζει, μεταξύ των οποίων και τα φαινολικά. Με βάση τα παραπάνω, αρχικά πραγματοποιήθηκε προσδιορισμός των φαινολικών του αποξηραμένου καρπού του ιπποφαούς και των αποβλήτων οινοποίησης (ερυθρά και λευκά στέμφυλα, λευκή οινολάσπη). Μελετήθηκε η εκχύλιση σε θερμοστατούμενο λουτρό υπερήχων, με διάφορους διαλύτες, και ακολούθησε βελτιστοποίηση της διαδικασίας, με τη μεθοδολογία των επιφανειών απόκρισης (RSM). Σκοπό αποτέλεσε η παραλαβή της μέγιστης ποσότητας φαινολικών, με τη μέγιστη αντιοξειδωτική δράση. Για την εκλεκτική παραλαβή των φαινολικών από τα εκχυλίσματα, αρχικά μελετήθηκε η μέθοδος της προσρόφησης με διαδοχική εκρόφηση. Τα προσροφητικά υλικά που επιλέχθηκαν ήταν οι ρητίνες (XAD-2, -7 και -16), ο ενεργοποιημένος άνθρακας, η στάχτη, το άγαρ, ο ζεόλιθος και το οξείδιο του αργιλίου (αλουμίνα). Μελετήθηκε η προσροφητική τους ικανότητα σε φαινολικά χωρίς επεξεργασία και έπειτα από κατάλληλη κατεργασία. Τα καλύτερα αποτελέσματα επιτεύχθηκαν με τη χρήση των κατεργασμένων ζεόλιθου και αλουμίνας. Για τη βελτιστοποίηση της προσρόφησης, μελετήθηκε η επίδραση του pH (2.0-10.0), της συγκέντρωσης του προσροφητικού υλικού (5-50 g υλικού/L εκχυλίσματος), αλλά και του χρόνου (0-120 min) στην προσρόφηση και στην ανάκτηση των φαινολικών. Ακολούθησε η διαδικασία της εκρόφησης με τη χρήση διαφόρων διαλυμάτων, όπως το υδροχλωρικό οξύ, το κιτρικό οξύ, η αιθανόλη 95% και τέλος, το υδροξείδιο του νατρίου. Μελετήθηκε επίσης ο εγκλεισμός των φαινολικών σε συστήματα αλγινικού ασβεστίου, αλγινικού ασβεστίου και πολυαιθυλενογλυκόλης και τέλος, αλγινικού ασβεστίου και χιτοζάνης, με τα υψηλότερα ποσοστά εγκλεισμού (55-95,8%) να επιτυγχάνονται με του τελευταίου. Για την αποδέσμευση των φαινολικών μελετήθηκαν διάφορα διαλύματα, όπως αιθανόλη 70% (στους 25 οC και 40 οC), με απλή ανάδευση και σε λουτρό υπερήχων, κιτρικό νάτριο και τέλος, υδροχλωρικό οξύ. Έγινε επίσης, κινητική μελέτη της αποδέσμευσης, από την οποία προέκυψε ότι η καλύτερη ανάκτηση φαινολικών επιτεύχθηκε με το υδροχλωρικό οξύ (έως 45%) στις πρώτες 6 ώρες. Σε όλες τις περιπτώσεις έγινε ταυτοποίηση των φαινολικών ενώσεων που περιέχονται τόσο στα αρχικά εκχυλίσματα, όσο και στα διάφορα κλάσματα που παραλήφθηκαν από τις διαδικασίες εκλεκτικής απομόνωσης. Η ανάλυση πραγματοποιήθηκε με υγρή χρωματογραφία υψηλή απόδοσης (HPLC) και με φασματομετρία μαζών (LC-ESI-MS/MS). Σημαντικό μέρος της διατριβής αποτέλεσε επίσης η μελέτη της βιολογικής δράσης, τόσο των αρχικών εκχυλισμάτων, όσο και των κύριων ανακτηθέντων συστατικών από αυτά. Μελετήθηκαν αρχικά η αντιοξειδωτική δράση, ενάντια στις οξειδωτικές ρίζες DPPH και ABTS, και η αντιβακτηριακή δράση ενάντια σε κατά Gram θετικά και αρνητικά στελέχη. Συγκεκριμένα, μελετήθηκαν τα Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis και Bacillus cereus. Μελετηθήκαν επιπλέον η αντιαιμοπεταλιακή και η αντιφλεγμονώδης δράση, σε πειράματα in vitro, όλων των δειγμάτων. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η επίδραση στη συγκολλητικότητα των αιμοπεταλίων του ανθρώπου, η οποία προκλήθηκε με κολλαγόνο και διφωσφορική αδενοσίνη και τέλος, η αναστολή της δραστικότητας των ενζύμων κυκλοοξυγενάση-1 και κυκλοοξυγενάση-2. Από την αξιολόγηση των βιολογικών δράσεων προέκυψαν ενδιαφέροντα συμπεράσματα και προοπτική αξιοποίησης των φαινολικών, ως προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας, σε βιομηχανίες τροφίμων και φαρμάκων.
description: Phenolic compounds are natural compounds found in most vegetables and fruits. They represent a wide family of high-added value molecules, mainly known for their biological activities. In the last years, there is a growing interest in the exploitation of winemaking wastes, as these can provide alternative sources for the isolation of phenolics. Furthermore, seabuckthorn (Hippophae rhamnoides L.), is known as one of the most important fruit that contains several beneficial ingredients, including polyphenols. Based on the above, the determination of the total phenolic content of wine wastes and of seabuckthorn berries was firstly attempted. Grape marc and lees, from red and white vinification, and seabuckthorn berries were extracted, using several solvents, in a sonicator bath. Optimization of solvent extraction method was attempted using Response Surface Methodology (RSM), where the simultaneous effect of three independent variables (pH value, solid to solvent ratio, temperature) was investigated to maximize the recovery of phenolics and their antioxidant activity. The method of adsorption, with subsequent desorption, and the method of encapsulation are preferred, as quick and low-cost techniques for the isolation of phenolic compounds. The adsorption of phenolics from extracts was carried out using different organic and inorganic materials, namely, resins XAD-2, XAD-7 and XAD-16, activated carbon, ash, agar, zeolite and aluminum oxide. These materials were studied for the adsorptive capacity in phenolics without and after treatment. In case of zeolite and aluminum oxide, with whom the best results were achieved, the effect of different pH (2.0-10.0), different adsorbent concentration (5-50 g/L extract) and also the effect of contact time (0-120 min) were examined. Desorption experiments, for the recovery of phenolics, were conducted with various solutions and the effect of contact time was also examined here (0-120 min). Furthermore, encapsulation experiments of phenolic compounds were carried out in three different systems (calcium alginate, calcium alginate and polyethylene glycol, calcium alginate and chitosan) and the entrapment efficiency was calculated. The highest efficiencies were achieved by using calcium alginate and chitosan. Also, studies of phenolics release in various solutions were conducted and the kinetic study of their release was estimated. In all cases, identification of phenolics contained in the initial extracts and in fractions obtained from the selective separation methods, was performed with HPLC and LC-ESI-MS/MS. Moreover, experiments were carried out for the evaluation of biological activities, both for the initial extracts, but also for the primary phenolics identified and recovered from all extracts. First of all, the antiradical activity against DPPH and ABTS, and the antibacterial activity against Gram positive and negative strains were determined. Specifically, the bacteria tested were Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis and Bacillus cereus. In addition, the ability of initial extracts, but also of their isolated phenolics to inhibit human platelet aggregation induced by collagen and ADP, were examined. Finally, inhibition activity of the cyclooxygenase enzymes 1 and 2 took place. The evaluation of the biological activities tested revealed interesting results. Therefore, the perspective of phenolics utilization, as high value-added products, may have several applications in food and pharmaceutical industries.