Διατροφική ανάλυση φύλλων του δένδρου Moringa oleifera L.(καλλιεργούμενο για πρώτη φορά στην Ελλάδα) και εκτίμηση της αντιοξειδωτικής ικανότητας εκχυλισμάτων και μικρογαλακτωμάτων (νανοτεχνολογία) τους σε συνδυασμό με ποικιλίες πιπεριάς (Capsicum annuum L.)

Abstract

Μ. oleifera L. tree and, especially, its leaves are extensively studied worldwide during the last years due to their significant properties for human health. For the first time, Moringa oleifera L., a tree of tropical origin, was cultivated in Greece and Europe in a typical Mediterranean climate, as a possible future alternative crop. Under the certain temperate climate conditions, the chemical analysis and nutritional value of its leaves, and their herbal tea, were the subject of the first part of this study. In the second part of this study, extracts from M. oleifera L. leaves, green pepper fruits (Cαpsicum annuum L. var. Raico) and red pepper fruits (Cαpsicum annuum L. var. 8108) and their combinations between leaf and fruit extracts (50:50 w/w) were studied for antioxidant activity. Encapsulations using nanotechnology methods (microemulsions) were developed from these extracts as a way to develop more stable and efficient delivery systems. In freeze dried M. oleifera L. leaf samples, protein and aminoacid, total phenol and certain flavonols, fatty acid profile, ash and inorganic elements, dietary fiber, carbohydrates, carotenoids and vitamins C and E content were determined. Herbal tea’s antioxidant capacity was also determined. Based on the internationally accepted Daily Reference Intake standards for humans M. oleifera L. leaves from temperate origin are a very important source for human nutrition including significant amounts of protein and aminoacids (53.8% essential aminoacids), ω-3 fatty acids, inorganic elements, dietary fiber, vitamins C and E, carotenoids (lutein, β-carotene, zeaxanthin), total phenols and flavonols (myricetin, quercetin, kaempherol). When M. oleifera L. leaves of Greek origin are compared with known food stuffs, the M. oleifera L. leaves contain 2.5 times more Κ from bananas, 2.5 times more vitamin Α from carrots, 6.3 times more vitamin C from oranges, 15.3 times more Ca than milk, 1.7 times more protein from eggs, 4.2 times more vitamin Ε (α-tocopherol) from almonds and 14 times more Fe from spinach. The herbal tea contained high amounts of phenols and flavonols such as myricetin, quercetin and kaempherol, thus it can be a significant antioxidant content tea. Ethanol was used to acquire green and red pepper fruit and M. οleifera L. leaf extracts with different methods. The best extraction protocol was with ultrasonic bath at 45 °C for 30 min. M. οleifera L. leaf extract showed the highest total carotenoid content, followed by the red pepper extract with intermediate values and the green pepper extract with the lowest total carotenoid content. Thereafter, these extracts were studied alone or in combinations of pepper extract with M. oleifera L. (50/50, w/w). All these extracts were used for various analyses except of Differential Scanning Calorimetry (DSC). In particular, for the evaluation of all samples’ antioxidant activity with DSC, ethanol (the solvent) was evaporated under vacuum using a rotary evaporator (at 30 °C) and the solid face was used for oxidation stability analysis. From the extract encapsulation, the developed microemulsions (MEs) from Μ. οleifera L. had the highest carotenoid encapsulation percentage, followed by the red pepper / Μ. οleifera L. MEs, the red pepper MEs, the green pepper / Μ. οleifera L. MEs, with the lowest carotenoid encapsulation percentage in green pepper MEs. All MEs showed very high stability under various tests (thermal stress, centrifugation, turbidity, precipitate appearance, changes in optical density). MEs dispersion size was found in the range of 10-95 nm, showing that the prepared emulsions are microemulsions. Oxidation stability evaluations with DSC showed that the highest stability was found with M. oleifera L. leaf extracts, followed by the red pepper / Μ. οleifera L., the green pepper / Μ. οleifera L., the red pepper extract, while the lowest stability was found in green pepper extract. The MEs showed higher oxidation stability and higher antioxidant activity than the respective extracts in all cases. Thus, MEs development with the above protocol resulted in high nutritional value and stability extracts, with the MEs developed from Μ. oleifera L. leaves alone or in combination with pepper fruit to be promising material for further studies as food components.

Το δένδρο Μ. oleifera L., και ιδιαίτερα τα φύλλα του, παρουσιάζει έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον, όπως αποδεικνύεται από τον αυξημένο αριθμό των βιβλιογραφικών αναφορών τα τελευταία χρόνια. Για πρώτη φορά το δέντρο Moringa oleifera L., ένα αμιγώς τροπικό φυτό, καλλιεργήθηκε στον ελλαδικό και ευρωπαϊκό χώρο σε τυπικά μεσογειακό κλίμα, γεγονός πρωτοποριακό για τα ελληνικά ερευνητικά δεδομένα, με πιθανό σκοπό τη μελλοντική χρήση του ως εναλλακτική καλλιέργεια. Στις συγκεκριμένες συνθήκες, η ανάλυση του προφίλ της χημικής σύστασης και της διατροφικής αξίας των φύλλων του δέντρου, καθώς και του αφεψήματος που προκύπτει από τα φύλλα, αποτέλεσαν το αντικείμενο μελέτης του πρώτου τμήματος της παρούσας εργασίας. Στο δεύτερο τμήμα της μελέτης μελετήθηκαν εκχυλίσματα φύλλων M. oleifera L. και καρπών πράσινης Cαpsicum annuum L. var. Raico και κόκκινης πιπεριάς Cαpsicum annuum L. var. 8108, με σκοπό τη διερεύνηση της αντιοξειδωτικής δράσης των εκχυλισμάτων τους, ξεχωριστά αλλά και σε συνδυασμό. Με στόχο τη βελτίωση της δράσης αυτής, έγινε εγκλωβισμός των εκχυλισμάτων με νανοτεχνολογικές μεθόδους (μικρογαλακτώματα) με σκοπό την ανάπτυξη πιο σταθερών και αποδοτικών συστημάτων διασποράς. Μετά από κατάλληλη προετοιμασία (ξήρανση υπό εξάχνωση) των δειγμάτων προσδιορίστηκε η περιεκτικότητα των φύλλων M. oleifera L. σε πρωτεΐνες και αμινοξέα, σε ολικά φαινολικά και ορισμένες φλαβονόλες, το προφίλ λιπαρών οξέων, το ποσοστό της τέφρας και των ανόργανων στοιχείων, το ποσοστό των διαιτητικών ινών και των υδατανθράκων, η περιεκτικότητα σε ορισμένα καροτενοειδή σε βιταμίνες C και E. Ταυτόχρονα, πραγματοποιήθηκε σύγκριση της περιεκτικότητας στα παραπάνω σε σχέση με τις διεθνείς οδηγίες για την απαιτούμενη ημερήσια πρόσληψη στην ανθρώπινη διατροφή (Daily Reference Intake). Τέλος, πραγματοποιήθηκε η παρασκευή αφεψήματος από φύλλα M. oleifera L., καθώς και η εκτίμηση της αντιοξειδωτικής του δράσης. Τα φύλλα του δένδρου M. oleifera L. αποτελούν σημαντική πηγή πρωτεΐνης και απαραίτητων αμινοξέων (το 53,8% του συνόλου) για τον ανθρώπινο οργανισμό, περιέχουν σημαντική ποσότητα ω-3 λιπαρών οξέων, όχι όμως και ω-6, περιέχουν σημαντικές ποσότητες ανόργανων μακροστοιχείων, διαιτητικών ινών, βιταμινών C και Ε, καροτενοειδών (λουτεΐνη, β-καροτένιο, ζεαξανθίνη), ολικών φαινολών και φλαβονολών (μυριστίνη, κερσετίνη, καμφερόλη). Επομένως, τα φύλλα του δέντρου M. οleifera L. που καλλιεργήθηκε στην περιοχή της Καρδίτσας (Ελλάδα) αποτελούν ένα τρόφιμο με ιδιαίτερα υψηλή διατροφική αξία, και συγκρίνοντας με γνωστές πηγές θρεπτικών για τον άνθρωπο, περιέχουν 2,5 φορές περισσότερο Κ από τις μπανάνες, 2,5 φορές περισσότερη βιταμίνη Α από τα καρότα, 6,3 φορές περισσότερη βιταμίνη C από τα πορτοκάλια, 15,3 φορές περισσότερο Ca από το γάλα, 1,7 φορές περισσότερη πρωτεΐνη από τα αυγά, 4,2 φορές μεγαλύτερη βιταμίνη Ε (α-τοκοφερόλη) από τα αμύγδαλα και 14 φορές περισσότερο Fe από το σπανάκι. Το αφέψημα που παράχθηκε από τα αποξηραμένα φύλλα του δέντρου M. οleifera L. είχε υψηλή περιεκτικότητα σε φαινόλες και φλαβονόλες όπως η μυρισετίνη, η κερσετίνη και η καμφερόλη, οπότε μπορεί να θεωρηθεί ως μια σημαντική πηγή φυσικών αντιοξειδωτικών. Εκχυλίσματα καρπών πράσινης και κόκκινης πιπεριάς, καθώς και φύλλων του φυτού M. οleifera L., ελήφθησαν με αιθανόλη ως εκχυλιστικό μέσο και διάφορες μεθόδους. Το αποτελεσματικότερο πρωτόκολλο εκχύλισης που επιλέχθηκε ήταν σε λουτρό υπερήχων στους 45 °C για 30 min. Το εκχύλισμα των φύλλων του φυτού M. οleifera L. παρουσίασε την υψηλότερη περιεκτικότητα σε ολικά καροτενοειδή (TCDs), το εκχύλισμα της κόκκινης πιπεριάς είχε ενδιάμεσες τιμές και αυτό της πράσινης πιπεριάς τη χαμηλότερη περιεκτικότητα. Περαιτέρω, μελετήθηκαν εκχυλίσματα καρπών πιπεριάς και φύλλων M. oleifera L. χωριστά και συνδυασμοί εκχυλισμάτων πιπεριάς με M. oleifera L. (50/50, w/w). Τα εκχυλίσματα (δείγματα) χρησιμοποιήθηκαν για όλους τους προσδιορισμούς εκτός από τη μέθοδο Θερμιδομετρίας Διαφορικής Σάρωσης (DSC). Συγκεκριμένα, για τον προσδιορισμό της αντιοξειδωτικής δραστικότητας των δειγμάτων χρησιμοποιώντας τη DSC, η αιθανόλη (διαλύτης) εξατμίστηκε υπό κενό χρησιμοποιώντας έναν περιστροφικό εξατμιστήρα (στους 30 °C) και τα στερεά υπολείμματα που προέκυψαν υποβλήθηκαν σε ανάλυση σχετικά με την αντίστασή τους στην οξείδωση. Από την ενθυλάκωση των εκχυλισμάτων και τη δημιουργία μικρογαλακτωμάτων (MEs) διαπιστώθηκε πως το υψηλότερο ποσοστό εγκλωβισμού των καροτενοειδών παρατηρήθηκε στα Μ. οleifera L. MEs, ακολούθησαν τα MEs του μίγματος κόκκινη πιπεριά /Μ. οleifera L., τα MEs της κόκκινης πιπεριάς, τα MEs του μίγματος πράσινη πιπεριά /M. οleifera L., και, τέλος, το χαμηλότερο επίπεδο εγκλωβισμού παρατηρήθηκε στα MEs της πράσινης πιπεριάς. Τα ΜΕs δεν εμφάνισαν κάποια αστάθεια μετά από ποικίλες δοκιμές (θερμικού στρες, φυγοκέντρησης, θολερότητας, εμφάνιση ιζήματος, μετρήσεις οπτικής πυκνότητας). Το μέγεθος των σωματιδίων των διασπορών προσδιορίστηκε στην περιοχή 10-95 nm, επομένως πρόκειται για μικρογαλακτώματα. Η οξειδωτική σταθερότητα (αντίσταση στην οξείδωση) με Διαφορική Θερμιδομετρία Σάρωσης έδειξε ότι τη μεγαλύτερη αντίσταση στην οξείδωση παρουσίασε το εκχύλισμα των φύλλων M. oleifera, ακολουθούμενο από το εκχύλισμα του μίγματος κόκκινη πιπεριά /M. oleifera L., το εκχύλισμα του μίγματος πράσινη πιπεριά /Μ. oleifera L., το εκχύλισμα των καρπών της κόκκινης πιπεριάς, και, τέλος, τη μικρότερη αντίσταση στην οξείδωση παρουσίασε το εκχύλισμα των καρπών της πράσινης πιπεριάς. Τα ΜΕs σε όλες τις περιπτώσεις εμφάνισαν υψηλότερη αντίσταση στην οξείδωση συγκριτικά με τα αντίστοιχα εκχυλίσματα, ενώ η ενθυλάκωση των εκχυλισμάτων στα MEs αύξησε σημαντικά την αντιοξειδωτική τους δράση σε όλες τις περιπτώσεις. Επομένως, η δημιουργία ΜΕs δημιούργησε υψηλής διατροφικής αξίας και σταθερότητας εκχυλίσματα, ιδιαίτερα αυτά των φύλλων Μ. oleifera L. και τα μίγματα αυτών με καρπούς πιπεριάς, για περαιτέρω μελέτη τους ως συστατικά σε τρόφιμα.