Έλεγχος ποιότητας και αξιοποίηση του πλούσιου σε ενώσεις με αντιοξειδωτική και αντιμικροβιακή δράση αιθερίου ελαίου της δάφνης (Laurus nobilis, L) στη βιομηχανία της επιτραπέζιας ελιάς

Abstract

The present PhD thesis is comprised of three subsections. Section A is devoted to the quality control of the essential oil (EO) of the bay leaf. In Section B the activity of the two phenylpropenes, methyleugenol and eugenol, were investigated using the DPPH• radical assay for their possible contribution to the preservative properties of the EO. In Section C the bay laurel EO together with other ones from the Greek flora were incorporated into virgin olive oil (VOO) and then the flavored VOO was used to preserve reduced salt green table oils cv. Chalkidiki. Section A. The last years, non-targeted fingerprinting by Fourier-transform infrared (FT-IR) spectroscopy has gained popularity as an alternative to classical gas chromatography GC-based methods because it may allow fast, green, non-destructive and cost-effective assessment of quality of EOs from single plant species. As the relevant studies for Laurus nobilis L. (bay laurel) EO are limited, it was aimed at exploring the diagnostic potential of FT-IR fingerprinting for the identification of its botanical integrity. A reference spectroscopic dataset of 97 bay laurel EOs containing meaningful information about the intra-species variation was developed via PCA. This dataset was used to train a one-class model via soft independent modelling class analogy (SIMCA). The model was challenged against commercial bay laurel and non-bay laurel EOs of non-traceable production history. Overall, the diagnostic importance of spectral bands at 3.060, 1.380–1.360, 1.150 and 1.138 cm−1 was assessed using GC-FID-MS data. The findings support the introduction of FT-IR as a green analytical technique in the quality control of these often mislabeled and/or adulterated precious products. Continuous evaluation of the model performance against newly acquired authentic EOs from all producing regions is needed to ensure validity over time. Section B. Considering the higher concentration of methyleugenol compared to that of eugenol in the bay laurel essential oil and the limited experimental evidence on its radical scavenging activity, pure compounds as well as chemically characterized (GC-MS, GC-FID) bay laurel EOs were examined using the DPPH• scavenging assay. Pearson correlation analysis and partial-least square regression (PLS-R) indicated the positive contribution to the activity of bay laurel EOs of both compounds. Based on the above findings, methyleugenol and eugenol may exert some preservative properties through radical scavenging mechanism, via allyl hydrogen atom donation or/and phenyl hydrogen atom donation. Nevertheless, probably other are the major routes for being active preservatives in food and beverages. Section C. Reformulation of products fermented in brine is a challenging area of research. Continuing the efforts toward the establishment of table olives as a healthy food for all population groups, it was aimed at examining whether VOO flavored with EOs can be used as a preservation means for reduced salt Spanish style green table olives (cv. Chalkidiki). Response surface methodology was applied to organize experimentation and assess data. As independent factors, concentrations of the EOs used (bay laurel, lemon balm and oregano) and time of storage under vacuum were set. Microbiological parameters (pathogens and fermentation-related microbes), color and firmness attributes were used as responses. Models indicated that each EO exerted a preservative role to maintain microbiological quality of reduced salt table olives. Concurrently, appearance attributes of the latter were retained at desirable values. Oregano EO had a profound role against pathogens. Lemon balm and bay laurel EOs were found to be important for yeast population control. The results are promising toward the use of flavored VOO as a preservation means for tailor-made reduced salt table olives, a practice that may enhance local industry innovative activity in a practical and effective way. Sensory evaluation of the product pointed out the need for consumer education for the pros of the new product.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποτελείται από τρεις ενότητες. Η Ενότητα Α είναι αφιερωμένη στον ποιοτικό έλεγχο του αιθερίου ελαίου (ΑΕ) φύλλων δάφνης. Στην Ενότητα Β, διερευνήθηκε η δραστικότητα της μεθυλοευγενόλης και της ευγενόλης, που είναι φαινυλοπροπενικά παράγωγα, ως προς την πιθανή συνεισφορά τους στις αντιοξειδωτικές ιδιότητες του εν λόγω ΑΕ με χρησιμοποίηση της δοκιμής της DPPH•. Στην Ενότητα Γ, το ΑΕ της δάφνης μαζί με άλλα, από φυτά της ελληνικής χλωρίδας, ενσωματώθηκαν σε παρθένο ελαιόλαδο (VOO) και στη συνέχεια το αρωματισμένο VOO χρησιμοποιήθηκε για τη συντήρηση πράσινης επιτραπέζιας ελιάς ποικιλίας Χαλκιδική με μειωμένη περιεκτικότητα σε Na. Ενότητα Α. Τα τελευταία χρόνια, η μη στοχευμένη (untargeted) προσέγγιση για την εξεύρεση του “αποτυπώματος” φυτικών εκχυλισμάτων με χρήση της φασματοσκοπίας μετασχηματισμού Fourier (FT-IR) γίνεται ολοένα και πιο δημοφιλής. Θεωρείται εναλλακτικός τρόπος των κλασσικών μεθόδων που βασίζονται στην αέρια χρωματογραφία, επειδή επιτρέπει τη γρήγορη, πράσινη, μη καταστροφική και οικονομικά αποδοτική αξιολόγηση της ποιότητας των ΑΕ από μεμονωμένα φυτικά είδη. Δεδομένου ότι οι σχετικές μελέτες για το ΑΕ του φυτού Laurus nobilis L. (δάφνη) είναι περιορισμένες, κρίθηκε σκόπιμη η διερεύνηση της διαγνωστικής ικανότητας του “FT-IR αποτυπώματός” του προκειμένου να αξιολογηθεί η βοτανική προέλευση αυτού. Στο πλαίσιο αυτό, αξιοποιήθηκε ένα σύνολο φασματοσκοπικών δεδομένων αναφοράς ΑΕ δάφνης (n = 97), που περιλάμβανε σημαντικές πληροφορίες σχετικά με την υπάρχουσα ενδο-ειδική διακύμανση. Τα δεδομένα υποβλήθηκαν σε προεπεξεργασία και PCA. Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκαν, με σκοπό την εξαγωγή ενός μοντέλου μίας τάξης μέσω της μεθοδολογίας soft independent modelling class analogy (SIMCA). Η επικύρωση του μοντέλου πραγματοποιήθηκε με μία σειρά εμπορικών ΑΕ δάφνης και άλλων ΑΕ, με άγνωστο ιστορικό παραγωγής. Η διαγνωστική αξία των φασματικών ζωνών στα 3.060, 1.380-1.360, 1.150 και 1.138 cm-1 αξιολογήθηκε με χρησιμοποίηση GC-FID και GC-MS δεδομένων. Τα ευρήματα υποστηρίζουν τη θεώρηση της FT-IR τεχνικής ως μίας πράσινης αναλυτικής τεχνικής για τον ποιοτικό έλεγχο αυτών των πολύτιμων προϊόντων που η ταυτότητά τους παραποιείται συχνά ή που νοθεύονται. Η συνεχής αξιολόγηση της απόδοσης του μοντέλου μέσω της απόκτησης νέων αυθεντικών ΑΕ δάφνης από διάφορες περιοχές κρίνεται απαραίτητη για τη διασφάλιση της εγκυρότητάς του στο χρόνο. Ενότητα Β. Λαμβάνοντας υπόψη: (α) την υψηλότερη συγκέντρωση της μεθυλοευγενόλης σε σύγκριση με αυτή της ευγενόλης στο ΑΕ δάφνης και (β) τα περιορισμένα πειραματικά δεδομένα για την ικανότητα δέσμευσης ελευθέρων ριζών από αυτό, πρότυπες σχετικές ενώσεις και αεριοχρωματογραφικώς χαρακτηρισμένα (GC-MS, GC-FID) ΑΕ δάφνης εξετάστηκαν ως προς την ικανότητά τους να δεσμεύουν τη DPPH•. Οι στατιστικές προσεγγίσεις που εφαρμόστηκαν, συντελεστής συσχέτισης Pearson (Pearson correlation) και πολυμεταβλητή ανάλυση παλινδρόμησης μερικών ελαχίστων τετραγώνων (PLS-R), ανέδειξαν τη θετική συνεισφορά και των δύο ενώσεων στη δραστικότητα του ΑΕ. Με βάση τα παραπάνω ευρήματα, η μεθυλοευγενόλη και η ευγενόλη ενδέχεται να εμφανίζουν αντιοξειδωτική δράση μέσω μηχανισμού δέσμευσης ελευθέρων ριζών λόγω απόδοσης αλλυλικού ατόμου υδρογόνου ή/και απόδοσης υδρογόνου της -ΟΗ ομάδας. Παρ 'όλα αυτά, είναι πιθανό άλλες να είναι οι κύριες οδοί για την εκδήλωση της αντιοξειδωτικής δράσης του συγκεκριμένου ΑΕ στα τρόφιμα και τα ποτά. Ενότητα Γ. Η αναδιαμόρφωση των διεργασιών για την παραγωγή ζυμούμενων προϊόντων σε άλμη είναι ένα πεδίο έρευνας με προκλήσεις. Στην κατεύθυνση της προσπάθειας για την καθιέρωση της επιτραπέζιας ελιάς ως υγιεινό τρόφιμο για όλες τις πληθυσμιακές ομάδες, κρίθηκε σκόπιμη η μελέτη της πιθανής αξιοποίησης αρωματισμένου με ΑΕ VOO, ως μέσο συντήρησης της πράσινης επιτραπέζιας ελιάς ποικιλίας Χαλκιδική, που έχει υποστεί μείωση της περιεκτικότητας σε Na. Για το σχεδιασμό του πειράματος και την αξιολόγηση των πειραματικών δεδομένων, αξιοποιήθηκε η μεθοδολογία επιφάνειας-απόκρισης. Ως ανεξάρτητες μεταβλητές ορίστηκαν οι συγκεντρώσεις των ΑΕ που χρησιμοποιήθηκαν (δάφνης, μελισσόχορτου, ρίγανης) και ο χρόνος αποθήκευσης σε συσκευασία υπό κενό. Μικροβιολογικές παράμετροι (πληθυσμός παθογόνων μικροοργανισμών και μικροοργανισμών που σχετίζονται με τη ζύμωση), παράμετροι χρώματος και η υφή της ελιάς, χρησίμευσαν ως εξαρτημένες μεταβλητές (αποκρίσεις). Τα μοντέλα που προέκυψαν έδειξαν ότι κάθε ΑΕ άσκησε στοχευμένη αντιμικροβιακή δράση για τη διατήρηση της μικροβιολογικής σταθερότητας του προϊόντος με μειωμένη αλατοπεριεκτικότητα. Ταυτόχρονα, τα σχετικά με την εμφάνιση χαρακτηριστικά φάνηκαν να διατηρούνται σε επιθυμητές τιμές. Το ΑΕ ρίγανης έδρασε ενάντια στα παθογόνα μικρόβια. Τα ΑΕ μελισσόχορτου και δάφνης βρέθηκαν να επιδρούν στον πληθυσμό των ζυμών. Τα αποτελέσματα είναι ελπιδοφόρα για τη χρήση του αρωματισμένου VOO ως μέσο συντήρησης στην παραγωγή εξατομικευμένων συσκευασιών επιτραπέζιας ελιάς με μειωμένη περιεκτικότητα σε Na, μια πρακτική που μπορεί να ενισχύσει την καινοτόμο δραστηριότητα της τοπικής βιομηχανίας με αποτελεσματικό τρόπο. Η οργανοληπτική αξιολόγηση του προϊόντος έδειξε την ανάγκη εκπαίδευσης των καταναλωτών ως προς τα πλεονεκτήματα του νέου προϊόντος.