Μελέτη της χημικής σύστασης και των φαρμακολογικών ιδιοτήτων του ελαιόλαδου και των επιτραπέζιων ελιών υπό διάφορες συνθήκες παραγωγής και συντήρησης

Abstract

The olive tree is one of the oldest cultivated species in Greece and the broader Mediterranean region, with enduring significance for both diet and economy. Today, olive cultivation has expanded to five continents with Mediterranean-like climates, which reflects its wide geographical spread. The two main products derived from the olive fruit – olive oil and table olives—hold a prominent place in modern research due to their bioactive properties. Olive oil, the product of mechanical processing without chemical treatments, is regarded as one of the most important plant-based oils. Table olives, by contrast, are complex fermented or processed products whose composition varies significantly depending on the processing method and varietal traits. Over recent decades, increasing scientific attention has focused on the phenolic compounds of olive-derived products, which appear to play a pivotal role in their health-promoting properties. While initial studies emphasized the lipid composition of olive oil, the phenolic fraction is now considered central. A similar interest in research has emerged for the phenolic content of table olives, particularly in light of processing- and fermentation-induced transformations. Within the framework of this thesis, the main objective was to elucidate the factors affecting the stability of phenolic compounds during storage and to evaluate strategies that maintain or enhance the health protective properties of the final products. The interdisciplinary design of the study combined chemical, genetic and pharmacological approaches to better understand and preserve their biological activity. The research began with a systematic evaluation of the phenolic and oxidative stability of olive oil over time. Experimental storage trials demonstrated the gradual degradation of secoiridoids and highlighted the critical role of the lipid matrix— in particular the percentage of monounsaturated fatty acids (MUFA)— in the protection of phenolic components. Subsequently, secoiridoid degradation products were isolated and structurally characterized, occurring via hydrolysis and oxidation. Their identification shed light on key degradation pathways and provided new insights into the stability and biological relevance of the resulting compounds. The study of the lipid profile of olive oils from varieties of known genetic identity, using NMR spectroscopy and statistical methods of multivariate approach, revealed the genetic background as a determinant of the lipid composition of the samples. The genotyping of both Greek and foreign cultivars using SSR markers highlighted the genetic diversity of the species and supported the contribution of genotype in shaping the lipid profile. The inclusion of ancient Greek olive trees in the study revealed genetic similarities with modern cultivars of unique profiles, underscoring the value of preserving genetic diversity for the production of high-quality olive products. In the field of table olives, research was extended towards the utilization of the bioactive components of the Kalamata variety, with the formulation of an experimental extract of phenolic character into a nutritional supplement. The selection of the starting material was based on a systematic analysis of 133 samples using quantitative NMR spectroscopy, with the aim of identifying varieties and production batches with increased phenolic load and enhanced stability. Pharmacological evaluation was performed in 48 volunteers with mild hypercholesterolemia, recording changes in markers related to cardiovascular health. The results highlighted the potential to exploit the health-protective properties of this formulation in real-life settings. Overall, this thesis adopts a multi-level approach to the study of the olive, combining data from chemical composition, genetic correlation of varieties and processing conditions.

Το δέντρο της ελιάς αποτελεί μία από τις αρχαιότερες καλλιέργειες στον ελλαδικό χώρο και την ευρύτερη περιοχή της Μεσογείου, με διαχρονική σημασία τόσο για τη διατροφή όσο και για την οικονομία. Σήμερα, η καλλιέργεια της ελιάς έχει επεκταθεί σε πέντε ηπείρους, σε περιοχές με παρόμοιο κλίμα, γεγονός που αποτυπώνει την ευρεία γεωγραφική της διάδοση. Τα προϊόντα που προκύπτουν από τον ελαιόκαρπο –το ελαιόλαδο και η επιτραπέζια ελιά – αποτελούν βασικά στοιχεία στο πλαίσιο της διατροφής και αντικείμενο εντατικής επιστημονικής μελέτης. Το ελαιόλαδο, προϊόν μηχανικής επεξεργασίας του καρπού χωρίς χρήση χημικών μέσων, θεωρείται ένα από τα σημαντικότερα φυτικά έλαια. Η επιτραπέζια ελιά, από την άλλη, αποτελεί ένα σύνθετο τρόφιμο, του οποίου η σύσταση μεταβάλλεται ουσιωδώς ανάλογα με τον τύπο επεξεργασίας και τις ποικιλιακές ιδιαιτερότητες. Κατά τις τελευταίες δεκαετίες, το επιστημονικό ενδιαφέρον έχει στραφεί στη μελέτη των φαινολικών συστατικών των προϊόντων της ελιάς, τα οποία φαίνεται να διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στις υγειοπροστατευτικές τους ιδιότητες. Ενώ αρχικά η προσοχή επικεντρωνόταν στη λιπιδική σύσταση του ελαιολάδου, σήμερα το φαινολικό του κλάσμα αποτελεί το επίκεντρο πολλών μελετών. Αντίστοιχο ενδιαφέρον έχει αναδυθεί και για τη φαινολική σύσταση της επιτραπέζιας ελιάς, ιδίως λόγω των χημικών μεταβολών που προκαλούνται κατά την επεξεργασία και ζύμωση. Στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής, βασικός στόχος ήταν η διαλεύκανση των παραγόντων που επιδρούν στη σταθερότητα των φαινολικών ενώσεων κατά την αποθήκευση, καθώς και η αξιολόγηση στρατηγικών που διατηρούν ή και ενισχύουν τις υγειοπροστατευτικές ιδιότητες των τελικών προϊόντων. Ο διεπιστημονικός σχεδιασμός της μελέτης συνέδεσε χημικές, γενετικές και φαρμακολογικές προσεγγίσεις, με σκοπό την πληρέστερη κατανόηση και διατήρηση της βιολογικής τους δραστικότητας. Η ερευνητική πορεία ξεκίνησε με τη συστηματική αξιολόγηση της φαινολικής και οξειδωτικής σταθερότητας του ελαιολάδου σε βάθος χρόνου. Πειραματικά τεστ αποθήκευσης ανέδειξαν τη σταδιακή αποδόμηση των σεκοϊριδοειδών και υπογράμμισαν τον κρίσιμο ρόλο της λιπιδικής μήτρας – ιδίως του ποσοστού μονοακόρεστων λιπαρών οξέων (MUFA – στην προστασία των φαινολικών συστατικών. Στη συνέχεια, απομονώθηκαν και ταυτοποιήθηκαν προϊόντα αποδόμησης των σεκοϊριδοειδών, τα οποία προέκυψαν μέσω υδρόλυσης και οξείδωσης. Η ανάλυση αυτών των παραγώγων διαφώτισε κρίσιμες πτυχές του μηχανισμού αποδόμησης και προσέφερε νέα δεδομένα για τη σταθερότητα και τη βιολογική αξία των δευτερογενών μεταβολιτών. Η μελέτη του λιπιδικού προφίλ ελαιολάδων από ποικιλίες γνωστής γενετικής ταυτότητας, με χρήση φασματοσκοπίας NMR και στατιστικών μεθόδων πολυπαραγοντικής προσέγγισης, ανέδειξε το γενετικό υπόβαθρο ως καθοριστική συνιστώσα της λιπιδικής σύστασης των δειγμάτων. Η γονοτυπική ανάλυση ελληνικών και ξένων ποικιλιών με μικροδορυφορικούς δείκτες (SSRs) ανέδειξε τη γενετική ποικιλομορφία του είδους, και υποστήριξε τη συμβολή του γονοτύπου στη διαμόρφωση του λιπιδικού προφίλ. Η γονοτύπηση υπεραιωνόβιων ελαιόδεντρων του Ελλαδικού χώρου αποκάλυψε ομοιότητες με σύγχρονες ποικιλίες μοναδικού χαρακτήρα, επιβεβαιώνοντας τη σημασία της διατήρησης της γενετικής ποικιλομορφίας για τη βιώσιμη παραγωγή προϊόντων υψηλής ποιότητας. Στο πεδίο της επιτραπέζιας ελιάς, η έρευνα επεκτάθηκε προς την κατεύθυνση της αξιοποίησης των βιοδραστικών συστατικών της ποικιλίας Καλαμών, με τη διαμόρφωση ενός πειραματικού εκχυλίσματος φαινολικού χαρακτήρα και τη μορφοποίησή του σε διατροφικό συμπλήρωμα. Η επιλογή της πρώτης ύλης βασίστηκε σε συστηματική ανάλυση 133 δειγμάτων με χρήση ποσοτικής φασματοσκοπίας NMR, με στόχο τον εντοπισμό ποικιλιών και παρτίδων παραγωγής με αυξημένο φαινολικό φορτίο και ενισχυμένη σταθερότητα. Η φαρμακολογική αξιολόγηση πραγματοποιήθηκε σε 48 εθελοντές με ήπιας μορφής υπερχοληστερολαιμία, καταγράφοντας μεταβολές σε δείκτες που σχετίζονται με την καρδιαγγειακή υγεία. Τα αποτελέσματα ανέδειξαν τη δυνατότητα αξιοποίησης των υγειοπροστατευτικών χαρακτηριστικών του μορφοποιημένου εκχυλίσματος σε πραγματικές συνθήκες λήψης. Συνολικά, η παρούσα διατριβή υιοθετεί μια πολυεπίπεδη προσέγγιση στη μελέτη της ελιάς, συνδυάζοντας δεδομένα από τη χημική σύσταση, τη γενετική συσχέτιση των ποικιλιών και τις συνθήκες επεξεργασίας.