Μικροενθυλάκωση φαινολικών ενώσεων από στερεά απόβλητα απόσταξης ρίγανης: Βελτιστοποίηση διεργασίας, μελέτη της βιοπροσβασιμότητας και της αντιοξειδωτικής δράσης μέσω in vitro προσομοίωσης πέψης
Creators: name: Χαμηλάκη, Μαρία Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Απόβλητα ρίγανης
Μικροενθυλάκωση
Προσομοίωση πέψης
Oregano waste
Microencapsulation
Stimulated digestion

description: Η βιομηχανία τροφίμων και η χημική βιομηχανία αναζητά βιοδραστικές ενώσεις φυσικής προέλευσης προκειμένου να τις ενσωματώσουν σε νέα προϊόντα που θα ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις του σύγχρονου καταναλωτή για προϊόντα υψηλής διατροφικής αξίας και καθαρής ετικέτας. Τα αρωματικά και φαρμακευτικά φυτά αποτελούν εξαιρετικές πηγές φυτοχημικών ενώσεων, παρουσιάζοντας πληθώρα δράσεων και εφαρμογών. Ένα από τα βασικότερα προβλήματα της επεξεργασίας των παραπάνω φυτών είναι οι μεγάλες ροές στερεών αποβλήτων (βιομάζα) που προκύπτουν από την παραγωγή αιθέριων ελαίων, τα οποία χρήζουν διαχείρισης. Η υπολειπόμενη βιομάζα από την υδροαπόσταξη της ρίγανης έχει χαρακτηριστεί ως πλούσια πηγή φαινολικών ενώσεων, παρουσιάζοντας πολλές ευκαιρίες για περαιτέρω αξιοποίησή της από τη βιομηχανία. Η εγγενής όμως ευαισθησία των πολυφαινολών στις περιβαλλοντικές συνθήκες όσο και τις συνθήκες πέψης, καθιστούν τις ενώσεις αυτές ασταθής και με χαμηλή βιοδιαθεσιμότητα. Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτέλεσε η μικροενθυλάκωση με ξήρανση με ψεκασμό του φαινολικού εκχυλίσματος από τη βιομάζα υδροαπόσταξης ρίγανης και η μελέτη επίδρασης της in vitro γαστρεντερικής πέψης στην απελευθέρωση και σταθερότητα των ενθυλακωμένων φαινολικών συστατικών. Ένα μίγμα πρωτεΐνης ορού γάλακτος και μαλτοδεξτρίνης επιλέχθηκε ως μέσο ενθυλάκωσης. Πραγματοποιήθηκε βελτιστοποίηση της διεργασίας ενθυλάκωσης με χρήση της μεθοδολογία επιφάνειας απόκρισης (Response Surface Methodology, RSM), από την οποία προέκυψαν είκοσι (20) πειράματα ξήρανσης με ψεκασμό για διαφορετικές θερμοκρασίες εισόδου αέρα ξήρανσης και συγκεντρώσεις των υλικών τοιχώματος ενθυλάκωσης, που αποτέλεσαν και τους παράγοντες του εδροκεντρωμένου κεντρικού σύνθετου σχεδιασμού (Face-Centered Central Composite Design) που χρησιμοποιήθηκε. Μελετήθηκε, επίσης, το προφίλ απελευθέρωσης των μικροενθυλακωμένων φαινολικών ενώσεων, η βιοδιαθεσιμότητά τους κατά την εντερική πέψη και η σταθερότητά τους κατά την αποθήκευση σε επιταχυνόμενες συνθήκες. Τα αποτελέσματα έδειξαν καλή προσαρμοστικότητα μεταξύ των πειραματικών και των προβλεπόμενων τιμών των μοντέλων. Η ανάλυση διακύμανσης (ANOVA) έδειξε ότι το είδος του μέσου ενθυλάκωσης και η μεταξύ τους αναλογία επηρέασαν σημαντικά τις αποκρίσεις της απόδοσης και αποτελεσματικότητας της ενθυλάκωσης, ενώ η θερμοκρασία εισόδου αέρα είχε μικρή επίδραση (p &gt; 0,05). Οι συνθήκες ξήρανσης με ψεκασμό του φαινολικού εκχυλίσματος σε θερμοκρασία αέρα εισόδου T=190ο C, η συγκέντρωση μαλτοδεξτρίνης (MD) 16,11% (w/v) και η συγκέντρωση πρωτεΐνης ορού γάλακτος (WP) 7,91% (w/v), επιλέχθηκαν ως βέλτιστες λόγω της ταυτόχρονης θετικής επίδρασης στην απόδοση σε στερεά (76,12%) και στην αποτελεσματικότητα μικροενθυλάκωσης (88,72%), οι οποίες καθορίστηκαν ως μεταβλητές απόκρισης. Τα μικροσωματίδια χαρακτηρίστηκαν ως προς τις φυσικοχημικές τους ιδιότητες και αξιολογήθηκαν για την συμβολή τους στην απελευθέρωση, τη βιοπροσβασιμότητα και την αντιοξειδωτική ικανότητα των πολυφαινολών κατά την προσομοίωση πέψης στον γαστρεντερικό σωλήνα. Η in vitro μελέτη πέψης έδειξε ότι τα ενθυλακωμένα με ψεκασμό μικροσωματίδια χρησιμοποιώντας συνδυαστικά πρωτεΐνη ορού γάλακτος και μαλτοδεξτρίνη ως υλικά τοιχώματος, μπορούν να αναχαιτίσουν αποτελεσματικά την ταχεία απελευθέρωση και αποικοδόμηση των φαινολών κατά την πέψη, επιτυγχάνοντας βιοδιαθεσιμότητα των πολυφαινολών 90% στην εντερική φάση συγκριτικά με το μη ενθυλακωμένο εκχύλισμα. Τα αποτελέσματα της έρευνας αυτής ενθαρρύνουν τη χρήση ενθυλάκωσης των φαινολικών ενώσεων των αποβλήτων απόσταξης ρίγανης σε πρωτεϊνικό φορέα με μαλτοδεξτρίνη και την αξιοποίησή τους ως φυσικό συντηρητικό και λειτουργικό συστατικό με βελτιωμένη βιοπροσβασιμότητα.
description: The food and chemical industry are looking for bioactive compounds of natural origin to meet the demands of the modern consumer for products of high nutritional value and clean label. Aromatic and medicinal plants are excellent sources of such products, presenting a multitude of actions and applications. Their essential oil is the most utilized by the industry compound. However, its production leads to large volumes of solid waste (residual biomass), which need to be managed. The residual biomass from the hydrodistillation of oregano has been found to be a rich source of phenolic compounds, presenting many opportunities for further utilization by the industry. However, the inherent sensitivity of polyphenols to environmental and digestion conditions renders these compounds unstable and with low bioavailability. The aim of the present thesis was to microencapsulate the phenolic extract from oregano biomass by spray drying and to study the effect of in vitro gastrointestinal digestion on the release and stability of encapsulated phenolic components. A mixture of whey protein and maltodextrin was selected as the encapsulation medium. Optimization of the encapsulation process was carried out using Response Surface Methodology (RSM), which resulted in twenty (20) spray drying experiments for different drying air inlet temperatures and concentrations of the encapsulation medium, which were the factors of the Face-Centered Central Composite Design used. Response variables were the inlet temperature (Tin), the maltodextrin (MD) concentration and the whey protein (WP) concentration. The release profile of microencapsulated phenolic compounds, their bioavailability during intestinal digestion and their stability during storage under accelerated conditions were also studied. The results showed good correlation between the experimental and predicted model values. Analysis of variance (ANOVA) showed that the type of coating agent and the ratio between them significantly affected the responses of encapsulation performance and efficiency, while air inlet temperature had little effect (p &lt; 0.05). Drying conditions of spray drying of phenolic extract at an inlet temperature of T = 190°C, maltodextrin (MD) concentration 16.11% (w/v) and whey protein (WP) concentration 7.91% (w/v) were selected as optimal due to the simultaneous positive effect in yield (76.12%) and microencapsulation efficiency (88.72%). The microparticles were characterized in terms of physicochemical properties and evaluated for their contribution to the release, bioaccessibility and antioxidant capacity of polyphenols during simulated digestion in the gastrointestinal tract. The in vitro digestion study showed that the spray-dried encapsulated microparticles using a combination of whey protein and maltodextrin as wall materials can effectively inhibit the rapid release and degradation of phenols during digestion, achieving 90% bioavailability of polyphenols in the intestinal phase compared to the non-encapsulated extract. The results of this study suggest that the encapsulation of oregano distilled biomass phenolic compounds in a protein carrier with maltodextrin could be an effective way of oregano waste valorization expanding their potential use as functional ingredient and natural preservative.