Πολυφαινολικά συστατικά υποπροϊόντων οινοποίησης: ανάκτηση και αξιολόγησή τους ως πρόσθετα σε μοντέλα τροφίμων

Abstract

Due to the generation of large quantities of winery by-products and the simultaneous increasing demand for environmentally friendly production, wine industries have started to adopt the idea of integrated waste management approach, for example through their utilization as fertilizers, feeds, etc. The present thesis examined the potential use of extracts obtained from bioorganic materials, mainly seeds and stems, as natural antioxidants in fats, due to their polyphenolic composition e.g. flavonols, stilbenens, monomeric and oligomeric flavanols. The purpose of this thesis was to study:1. The optimum extraction conditions in relation to the extraction time, the ethanol/water ratio, and the pH of the solvent. The extracts were assessed by determining TP, TFl, TFn, PC, as well as antioxidant activity indeces AAR and PR. Qualitative polyphenolic analysis was performed by HPLC and LC/MS. 2. The pro-oxidant and antioxidant action of the extracts on fatty material (lecithin liposome) was studied by measuring CD value in both extracts and standard antioxidants.3. The possible interactions between the antioxidants present in the extracts and those usuallyfound in foods (ascorbic acid; α-tocopherol). The results of this study showed that: The optimization of phenolic extracts from plant material may vary substantially, even for the same tissue originating from different varieties. For example, the extracts of flavanols required solvent system with 60% ethanol, in contrast to flavones which required 40% ethanol. The values of pH also influenced the extractability. as the extraction of flavanols and proanthocyanidins was optimum at pH values between 2-3,· while extractability of flavones was optimum at pH 4.5-6. The optimum extraction times for TFn and TFl were 1-3.5 and 1-5 hours, respectively. The antioxidant activity of the extracts is mainly determined by the concentrations of oligomeric flavanols and proanthocyanidins. Depending on the pH of the solvent, the action of extracts can change from antioxidant to prooxidant. Stems’ extracts presented a higher stability due to the presence of the more lipophilic flavones. The assessment of the mixture effects when the extracts were combined with ascorbic acid (AA) and α-tocopherol (α-Tcp) with a simple linear regression analysis is not sufficient, therefore the response surface methodology might be a valuable statistical tool of binarymixtures of antioxidants. In all combinations tested it was found that an antagonism is manifested, presumably as a result of AA and α-Tcp regeneration by the extract polyphenols.

Με αφορμή την αυξανόμενη παραγωγή υποπροϊόντων οινοποιείου και την ταυτόχρονη αυξανόμενη ζήτηση για παραγωγή φιλική προς το περιβάλλον δημιουργήθηκε η ιδέα για την εκμετάλλευση των υποπροϊόντων με διάφορους τρόπους, υπό μορφή οργανικών λιπασμάτων, ζωοτροφών κ.τ.λ. Στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής μελετήθηκε η πιθανή χρήση εκχυλισμάτων των βιοοργανικών υποπροϊόντων οινοποιίας, κυρίως γιγάρτων και βοστρύχων, ως φυσικών αντιοξειδωτικών σε λιπαρές ύλες λόγω της περιεκτικότητάς τους σε βιοδραστικά μικροσυστατικά, όπως φλαβονόλες, στιλβένια, μονομερείς και ολιγομερείς φλαβανόλες που παρουσιάζονται σε άλλα υποπροϊόντα. Ο σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν να μελετηθούν: 1. Οι βέλτιστες συνθήκες εκχύλισης υποπροϊόντων οινοποιίας σε συνάρτηση με το χρόνο εκχύλισης, την αναλογία αιθανόλης : νερού στο εκχυλιστικό μέσο και το pH του διαλύτη. Τα εκχυλίσματα αυτά αξιολογήθηκαν με προσδιορισμό ολικών πολυφαινολών (TP), ολικών φλαβανολών (TFl), ολικών φλαβονών (TFn), και προανθοκυανιδινών (PC), ενώ μετρήθηκε και η αντιοξειδωτική τους δράση με την μέθοδο δέσμευσης της ελεύθερης ρίζας DPPH (AAR) και με την μέθοδο FRAP (PR). Τέλος έγινε ποιοτικός προσδιορισμός πολυφαινολικών συστατικών με υγρή χρωματογραφία (HPLC) και υγρή χρωματογραφία συζευγμένη με φασματογράφο μάζας (LC/MS). 2. Η δράση των εκχυλισμάτων (προοξειδωτική ή αντιοξειδωτική) όταν εφαρμόζονται σε μοντέλο λιπαρής ύλης (λιποσώματα λεκιθίνης) μέσω προσδιορισμού συζυγών διενίων (CD value) παρουσία τόσο των εκχυλισμάτων όσο και πρότυπων αντιοξειδωτικών ουσιών. 3. Η πιθανή αλληλεπίδραση μεταξύ των αντιοξειδωτικών που υπάρχουν στα εκχυλίσματα και αυτών που ευρίσκονται κυρίως στα τρόφιμα, όπως ασκορβικό οξύ και α-τοκοφερόλη σε διαφορετικές συγκεντρώσεις και διαφορετικά pH μέσω μέτρησης των AAR και PR. Από την επεξεργασία των αποτελεσμάτων βρέθηκε ότι: 1. Οι παράγοντες που επηρεάζουν την βελτιστοποίηση της εκχυλισιμότητας των φαινολικών συστατικών από φυτικούς ιστούς, ποικίλλουν ακόμα και όταν πρόκειται για τnν ίδια κατηγορία ιστού που προέρχεται από διαφορετικές ποικιλίες, χωρίς να μπορεί να προσδιοριστεί ένα μοντέλο εκχύλισης γενικής χρήσης που να παρουσιάζει τις βέλτιστες συνθήκες εκχύλισης. Η εκχύλιση των φλαβανολών απαιτεί υψηλή περιεκτικότητα αιθανόλης (60%), σε αντίθεση με τις φλαβόνες που απαιτούν χαμηλότερο ποσοστό αιθανόλης (40%), ενώ όσον αφορά τις προανθοκυανιδίνες περιεκτικότητες αιθανόλης μεταξύ 44% και 53% θεωρούνται περισσότερο ικανοποιητικές σύμφωνα με τον πειραματικό σχεδιασμό. Σε σχέση με το pH, η εκχύλιση των φλαβανολών και των προανθοκυανιδινών ήταν πιο αποτελεσματική σε τιμές pH 2,0-3,0, ενώ οι φλαβόνες εκχυλίστηκαν καλύτερα σε τιμές pH 4,5-6,0. Ο βέλτιστος χρόνος εκχύλισης των ολικών φλαβανολών και των ολικών φλαβονών ήταν 1-3,5 και 1-5 ώρες, αντιστοίχως.2. Οι ενώσεις που καθορίζουν σε σημαντικό βαθμό την αντιοξειδωτική ικανότητα των παραγόμενων εκχυλισμάτων είναι οι ολιγομερείς φλαβανόλες και οι προανθοκυανιδίνες (πολυμερείς φλαβανόλες).3. Ανάλογα με το pH τα εκχυλίσματα μπορούν να μετατραπούν από αντιοξειδωτικά σε προοξειδωτικά, με τα εκχυλίσματα των βοστρύχων να παρουσιάζουν μεγαλύτερη σταθερότητα, πιθανώς λόγω της ύπαρξης των φλαβονών οι οποίες ίσως είναι περισσότερο προστατευτικές στην αυτοξείδωση, ως αποτέλεσμα του περισσότερο λιπόφιλου χαρακτήρα τους. 4. Τέλος μια πρώτη προσέγγιση που έγινε με τα εκχυλίσματα των βοστρύχων και τις αντιοξειδωτικές ουσίες ασκορβικό οξύ και α-τοκοφερόλη παρατηρήθηκε ανταγωνισμός σε όλες τις περιπτώσεις, η αιτία του φαινομένου θα πρέπει όμως να μελετηθεί εκτενέστερα.