Study of the composition, antioxidant and antimicrobial properties of selected foods and beverages

Abstract

In recent years, the escalating global concern about life-threatening severe diseases, antibiotic resistance, and the risk from artificial additives in food products have shifted the attention of researchers towards natural sources of bioactive compounds that possess potential antioxidant and antimicrobial activity. Among the natural sources of plant origin, fruit and fruit juices are considered favorable and rich sources of phytochemicals, which show diverse medicinal properties and potential health benefits attributed to their antioxidant activity and antimicrobial properties. Phenolic acids, anthocyanins, flavonoids, and epicatechin are some of the bioactive compounds naturally present in fruit juices that have been related to having a positive effect against various cancerous diseases, cardiovascular diseases and other degenerative illnesses such as Alzheimer's. The fruits under investigation in this study, such as pomegranate, apple, plum, blueberry, sweet cherry and quince, represent a diverse and complex matrix of bioactive compounds. In this context, this study embarks on comprehensive research to determine the chemical composition of the selected fruit juice samples through modern instrumental analysis such as LC-MS/MS Orbitrap, GC-FID, GC-MS/MS and LC-ESI-MS/MS. In addition, in vitro methods such as total phenolic content, total flavonoid content and free radical scavenging activity measurement against 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) were employed to determine potential antioxidant activity. In the subsequent study, through rigorous experimentation, we seek to screen the potential inhibitory effect on the growth of a panel of representative microorganisms such as Bacillus pumilus, Serratia plymuthica and Escherichia coli. The dataset of this research work, followed by careful statistical data work, reveals the strong correlation between the chemical composition, antioxidant activity and antimicrobial properties of the selected samples. In conclusion, this work aspires not only to elucidate the individual contribution of each fruit juice, which is significantly different for each type of fruit, but also to draw comparisons between their properties, giving hints of potential synergistic effects.

Τα τελευταία χρόνια, η αυξανόμενη ανησυχία παγκοσμίως για τις σοβαρές ασθένειες, την ανθεκτικότητα των μικροβίων στα αντιβιοτικά και τον κίνδυνο από τα τεχνητά πρόσθετα στα τρόφιμα έχει μετατοπίσει την προσοχή των ερευνητών προς φυσικές πηγές βιοδραστικών ενώσεων που διαθέτουν δυνητική αντιοξειδωτική και αντιμικροβιακή δράση. Από τις φυσικές πηγές φυτικής προέλευσης, τα φρούτα και οι φρουτοχυμοί θεωρούνται ευνοϊκές και πλούσιες πηγές φυτοχημικών και επιδεικνύουν διάφορες φαρμακευτικές ιδιότητες και δυνητικά οφέλη στην υγεία που αποδίδονται στην αντιοξειδωτική τους δράση και στις αντιμικροβιακές τους ιδιότητες. Τα φαινολικά οξέα, οι ανθοκυανίνες, τα φλαβονοειδή και η επικατεχίνη είναι μερικές από τις βιοδραστικές ενώσεις που περιέχονται φυσικά στους φρουτοχυμούς και σχετίζονται με θετική επίδραση σε διάφορους καρκίνους, στα καρδιαγγειακά νοσήματα και σε άλλες εκφυλιστικές ασθένειες, όπως η νόσος Alzheimer. Τα φρούτα που εξετάζονται στην παρούσα μελέτη, όπως το ρόδι, το μήλο, το δαμάσκηνο, το μύρτιλο, το γλυκό κεράσι και το κυδώνι, αντιπροσωπεύουν ένα ποικίλο και πολύπλοκο υπόστρωμα βιοδραστικών ενώσεων. Σε αυτό το πλαίσιο, η μελέτη αυτή αποτελεί μια ολοκληρωμένη έρευνα με σκοπό τον προσδιορισμό της χημικής σύνθεσης των επιλεγμένων δειγμάτων φρουτοχυμού μέσω σύγχρονων μεθόδων ανάλυσης, όπως LC-MS/MS Orbitrap, GC-FID, GC-MS/MS, LC-ESI-MS/MS. Επιπροσθέτως, για τον προσδιορισμό της πιθανής αντιοξειδωτικής ικανότητας εφαρμόστηκαν in vitro μέθοδοι όπως η TPC (προσδιορισμός ολικών φαινολικών ενώσεων), η TFC (προσδιορισμός ολικών φλαβονοειδών) και η μέθοδος DPPH, που προσδιορίζει την ικανότητα ενός αντιοξειδωτικού να δεσμεύει την ελεύθερη ρίζα DPPH (2,2-διφαινυλο-1-πικρυλ-υδραζυλιο). Στη συνέχεια της μελέτης, μέσω κατάλληλων πειραματικών μεθόδων, εξετάστηκε η πιθανή ανασταλτική επίδραση στην ανάπτυξη μιας σειράς αντιπροσωπευτικών μικροοργανισμών, όπως ο Bacillus pumilus, ο Serratia plymuthica και ο Escherichia coli. Το σύνολο των δεδομένων αυτής της έρευνας, ακολουθούμενο από προσεκτική στατιστική επεξεργασία αυτών, αποκαλύπτει την ισχυρή συσχέτιση μεταξύ της χημικής σύστασης, της αντιοξειδωτικής δράσης και των αντιμικροβιακών ιδιοτήτων των επιλεγμένων δειγμάτων. Συμπερασματικά, η παρούσα μελέτη φιλοδοξεί όχι μόνο να αποσαφηνίσει την ατομική συνεισφορά κάθε χυμού φρούτου, η οποία είναι σημαντικά διαφορετική για κάθε είδος φρούτου, αλλά και να προβεί σε συγκρίσεις μεταξύ των ιδιοτήτων τους, υποδεικνύοντας πιθανές συνεργιστικές επιδράσεις.