Αξιολόγηση του περιεχομένου φυτικών τροφίμων της Μεσογείου σε βιοδραστικά μικροσυστατικά

Abstract

Consumption of fruits and vegetables on a daily basis is known to provide various health benefits. Fruits, along with dried fruits, have been consumed since antiquity, with relevant evidence found in Homer's epics as well as in the Bible and the Koran. Dried fruits are considered concentrated nutrient sources due to the fruit moisture loss during drying. Fruits and vegetables are rich sources of macronutrients, mainly carbohydrates, and microconstituents essential for health promotion. Phenolic compounds constitute a significant class of bioactive microconstituents, found exclusively in plants and their products; they are plant secondary metabolites, produced to protect plant material from exogenous and other factors. Epidemiological studies, as well as studies in animal models and humans, support the hypothesis that phenolic compounds dietary intake provides health benefits; Phenolic compounds may exert antioxidant, antimicrobial, anti-inflammatory, and anticancer activity. In this context, phenolic compound intake has been linked to the prevention of diabetes, cardiovascular diseases, and various other degenerative diseases. There is a plethora of literature data referring to phenolic compounds found in fruits, vegetables, herbs, nuts, etc. The majority of the studies focus on the free phenolic fraction of the plant material. However, plant foods also contain phenolic compounds that are not recovered by common extraction methods; These constitute the bound phenolics fraction, which is entrapped in the food matrix or forms covalent bonds with cell wall macromolecules. To enable their recovery, hydrolysis is performed using chemical or physicochemical procedures. Bound phenolic compounds constitute the largest fraction of plant phenolic material. Bound phenolic compounds reach the large intestine almost intact, resulting in significant biological activity in this environment and the gastrointestinal tract. This work aimed to determine the free and bound phenolic content of prominent Mediterranean fruits, including grapes, and their dried counterparts, such as raisins and figs. Among the core components of this work was the study of Corinthian currants obtained from different cultivation areas. Free phenolic compound analysis highlighted the prevalence of caftaric acid (10.59 ± 2.19 mg/100 g) and miquelianin (5.41 ± 2.15 mg/100 g), while procyanidins B1 and B2 were identified for the first time in this product. Among anthocyanins, peonidin-3-O-glucoside predominated quantitatively, reaching 12.99 ± 8.67 mg/100 g in the Achaia region. Bound phenolic compounds were recovered using an optimized procedure that involved the sequential acid-alkaline hydrolysis; this method was proven effective, and released high levels of p-hydroxybenzoic acid (up to 6.18 ± 0.73 mg/100 g), protocatechuic acid (1.82 ± 0.45 mg/100 g), and caffeic acid (1.39 ± 0.74 mg/100 g). With respect to fresh fruits, a multi-year study (2021–2024) of Apyrena grapes was performed. Harvest year 2023 showed the maximum accumulation of phenolics in Apyrena grapes, with caftaric acid reaching 8.15 ± 1.36 mg/100 g DW. An optimized hydrolysis method (Method A; sequential acid-alkaline hydrolysis with 2.0 M HCl, 80°C, 120 min, followed by 2 M NaOH) significantly outperformed the reverse sequence, yielding 5.77 ± 0.40 mg/100 g DW of p-hydroxybenzoic acid, 2.20 ± 0.36 mg/100 g DW of caftaric acid and 1.51 ± 0.06 mg/100 g DW of protocatechuic acid. Additionally, the distribution of phenolic compounds in the mesocarp (flesh) and exocarp (skin) of the same variety was investigated, showing clear specific phenolic accumulation; hydroxycinnamic acids were mainly located in the mesocarp (caftaric up to 18.7 mg/100 g), while flavonols, stilbenes, and anthocyanins accumulated almost exclusively in the exocarp. The effect of sun-drying on fruit phenolic content revealed some qualitative changes. In Apyrena grapes, a drastic reduction in flavan-3-ols and anthocyanins was observed, as well as degradation of trans-resveratrol, with a simultaneous increase in simple phenolic acids, possibly due to thermal release. In Sultanina, the total phenolic content doubled from 125 mg GAE/100 g DW to 275 mg GAE/100 g DW after drying. Furthermore, for the fruits under study a suspect screening approach was applied, aiming for the detection and potential quantification – in the most accurate way possible – of phenolic compounds for which commercial standards are not available; for this purpose, phenolic compound libraries, primarily containing compounds found in the specific foods, were constructed. Through this strategy, more than 50 new compounds were identified with a mass accuracy of < 5 ppm, such as malvidin 3-O-(6''-p-coumaroyl-glucoside) and fertaric acid, expanding their metabolic profile.Moreover, the phenolic content of fig (Ficus carica L.) was studied, using samples of Greek (Kymi, Taxiarhis, Kalamata) and Turkey origin. Greek samples excelled in total phenolic content (up to 127 mg GAE/100 g), with rutin being the dominant flavonol (1.56 mg/100 g). Among anthocyanins, cyanidin-3-O-rutinoside showed regional variations, with the highest content found in the region of Taxiarhis (69.56 ± 4.85 mg/100 g). Sun drying of Kymi figs revealed a decrease in cyanidin-3-O-rutinoside (from 79.82 to 10.38 mg/100 g). More than 50 phenolic compounds were identified in fresh and dried figs after applying suspect screening.This work highlights that determining exclusively free phenols leads to a significant underestimation of the true antioxidant load of the fruits, confirming that bound phenolic compounds constitute an important, yet often overlooked, fraction with potential benefits for the health of the lower gastrointestinal tract. The combined use of suitable extraction solvents, development of hydrolysis protocols, and advanced mass spectrometry techniques provides, for the first time, a complete mapping of the phenolic content of the fruits under study, essential for evaluating the biological value of fresh fruits and their dried products, such as raisins and figs.

Η κατανάλωση φρούτων και λαχανικών σε ημερήσια βάση είναι γνωστό πως προσδίδει πολλαπλά οφέλη για την υγεία. Τα φρούτα αλλά και τα αποξηραμένα φρούτα καταναλώνονται από την αρχαιότητα ενώ υπάρχουν σχετικές ενδείξεις τόσο στα έπη του Ομήρου όσο και στη Βίβλο και το Κοράνι. Τα αποξηραμένα φρούτα θεωρούνται συμπυκνωμένες πηγές θρεπτικών συστατικών λόγω της απώλειας υγρασίας του φρούτου κατά την ξήρανση. Σε κάθε περίπτωση, τα φρούτα και τα λαχανικά αποτελούν πλούσιες πηγές μακροσυστατικών - κυρίως υδατανθράκων- αλλά και μικροσυστατικών, απαραίτητων για την υγεία. Μια σημαντική κατηγορία βιοδραστικών μικροσυστατικών είναι οι φαινολικές ενώσεις που εντοπίζονται αποκλειστικά στα φυτά και τα προϊόντα τους. Οι φαινολικές ενώσεις είναι δευτερογενείς μεταβολίτες που παράγονται από τα φυτά με στόχο την προστασία τους από εξωγενείς και άλλους παράγοντες. Επιδημιολογικές μελέτες αλλά και μελέτες σε ζώα που χρησιμοποιούνται ως μοντέλα και ανθρώπους υποστηρίζουν ότι η διαιτητική πρόσληψη φαινολικών ενώσεων παρέχει πλεονεκτήματα για την υγεία του ανθρώπου. Ειδικότερα, οι φαινολικές ενώσεις φαίνεται πως, μεταξύ άλλων, μπορούν να επιδεικνύουν αντιοξειδωτική, αντιμικροβιακή, αντιφλεγμονώδη και αντικαρκινική δράση και στο πλαίσιο αυτό, και στο πλαίσιο αυτό η κατανάλωσή τους έχει συνδεθεί με την πρόληψη του διαβήτη, των καρδιαγγειακών παθήσεων και άλλων εκφυλιστικών ασθενειών. Στην βιβλιογραφία υπάρχει πληθώρα μελετών που αναφέρονται στις φαινολικές ενώσεις που εντοπίζονται σε φρούτα, λαχανικά, βότανα, ξηρούς καρπούς κλπ. Η πλειονότητα των μελετών αυτών εστιάζει στο κλάσμα των ελεύθερων φαινολών. Ωστόσο, στα τρόφιμα απαντώνται επίσης φαινολικές ενώσεις που δεν παραλαμβάνονται με τις κοινές μεθόδους εκχύλισης. Πρόκειται για το κλάσμα των δεσμευμένων φαινολών, οι οποίες βρίσκονται εγκλεισμένες σε κυτταρικές δομές ή σχηματίζουν ομοιοπολικούς δεσμούς με μακρομόρια του κυτταρικού τοιχώματος. Η παραλαβή τους απαιτεί υδρόλυση με χρήση χημικών ή φυσικοχημικών μεθόδων. Οι δεσμευμένες φαινολικές ενώσεις αποτελούν το πλουσιότερο κλάσμα φαινολών σε ένα φυτικό προϊόν. Μάλιστα, μετά την κατανάλωση ενός φυτικού τροφίμου, οι δεσμευμένες φαινολικές ενώσεις φθάνουν, μέσω της διαδικασίας της πέψης, σχεδόν άθικτες στο παχύ έντερο, πιθανόν εκδηλώνοντας σημαντική βιολογική δράση στο περιβάλλον αυτό. Η εργασία αυτή, έθεσε ως στόχο τον προσδιορισμό των ελεύθερων και των δεσμευμένων φαινολικών ενώσεων σημαντικών φρούτων της Μεσογείου, όπως είναι το σταφύλι, καθώς και αποξηραμένων φρούτων, όπως η σταφίδα και τα σύκα. Ένας από τους βασικούς πυλώνες της εργασίας ήταν η μελέτη της Κορινθιακής σταφίδας από διαφορετικές καλλιεργητικές περιοχές. Η ανάλυση των ελεύθερων φαινολών ανέδειξε την επικράτηση του καφταρικού οξέος (10,59 ± 2,19 mg/100 g) και της μικελιανίνης (5,41 ± 2,15 mg/100 g), ενώ στο προϊόν ταυτοποιήθηκαν για πρώτη φορά οι προκυανιδίνες Β1 και Β2. Μεταξύ των ανθοκυανών, η γλυκοπεονιδίνη υπερείχε ποσοτικά, φθάνοντας τα 12,99 ± 8,67 mg/100 g στην περιοχή της Αχαΐας. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στην παραλαβή των δεσμευμένων φαινολών, όπου η διαδοχική όξινη-αλκαλική υδρόλυση αναδείχθηκε ως η πλέον αποτελεσματική, επιτρέποντας τον προσδιορισμό υψηλού περιεχομένου p-υδροξυβενζοϊκού οξέος (έως 6,18 ± 0,73 mg/100 g), πρωτοκατεχικού οξέος (1,82 ± 0,45 mg/100 g) και καφεϊκού οξέος (1,39 ± 0,74 mg/100 g).Ακόμη, έλαβε χώρα μια πολυετής μελέτη (2021–2024) του νωπού σταφυλιού της ποικιλίας Apyrena. Διαπιστώθηκε ότι το έτος 2023 παρουσίασε τη μέγιστη συσσώρευση φαινολικών ενώσεων, με το καφταρικό οξύ να φθάνει τα 8,15 ± 1,36 mg/100 g ξηρού βάρους (DW). Η βελτιστοποιημένη μέθοδος υδρόλυσης (διαδοχική όξινη - αλκαλική υδρόλυση: 2,0 M HCl, 80°C, 120 min και εν συνεχεία 2 M NaOH) υπερίσχυσε της αντίστροφης διαδικασίας, αποδίδοντας κυρίως p-υδροξυβενζοϊκό οξύ (5,77 ± 0,40 mg/100 g DW), ακολουθούμενο από το καφταρικό οξύ (2,20 ± 0,36 mg/100 g DW) και το πρωτοκατεχικό οξύ (1,51 ± 0,06 mg/100 g DW). Έγινε επίσης, διερεύνηση της κατανομής των φαινολικών ενώσεων στο ενδοκάρπιο και εξωκάρπιο της ίδιας ποικιλίας. Η κατανομή των φαινολικών ενώσεων παρουσίασε σαφή εξειδίκευση, καθώς τα υδροξυκιναμμωμικά οξέα εντοπίστηκαν κυρίως στο ενδοκάρπιο (καφταρικό οξύ έως 18,7 mg/100 g DW), ενώ οι φλαβονόλες, τα στιλβένια και οι ανθοκυάνες βρέθηκαν να συσσωρεύονται σχεδόν αποκλειστικά στο εξωκάρπιο. Η μελέτη της επίδρασης της φυσικής αποξήρανσης στον ήλιο ανέδειξε ποιοτικές μεταβολές στα προϊόντα. Στην ποικιλία Apyrena παρατηρήθηκε δραστική μείωση του περιεχομένου φλαβαν-3-ολών και ανθοκυανών, καθώς και υποβάθμιση της trans-ρεσβερατρόλης, με ταυτόχρονη αύξηση του περιεχομένου απλών φαινολικών οξέων, πιθανόν λόγω αποδέσμευσης εξαιτίας θερμικής διάσπασης δεσμών. Στη Σουλτανίνα, το ολικό φαινολικό περιεχόμενο διπλασιάστηκε (από 125 mg GAE/100 g DW σε 275 mg GAE/100 g DW) μετά την αποξήρανση. Επιπλέον, με στόχο την ανίχνευση φυτοχημικών των οποίων τα πρότυπα δεν διατίθενται εμπορικά, κατασκευάστηκαν βιβλιοθήκες με φαινολικές ενώσεις που εντοπίζονται κατά βάση στα υπό μελέτη τρόφιμα και διεξάχθηκε μεθοδολογική προσέγγιση ταυτοποίησης «ύποπτων» στόχων (suspect screening). Μέσω της στρατηγικής αυτής, στο σταφύλι και την σταφίδα ταυτοποιήθηκαν περισσότερες από 50 νέες ενώσεις, με ακρίβεια μάζας < 5 ppm, όπως ο 3-O-(6''-p-κουμαροϋλο-γλυκοζίτης) της μαλβιδίνης και το φερταρικό οξύ, διευρύνοντας το μεταβολικό προφίλ των προϊόντων αυτών. Τέλος, εξετάστηκε το ξηρό σύκο (Ficus carica L.) μελετώντας δείγματα από την Ελλάδα (Κύμη, Ταξιάρχης, Καλαμάτα) και την Τουρκία. Τα ελληνικά δείγματα υπερείχαν σε ολικό φαινολικό φορτίο (έως 127 mg GAE/100 g), με τη ρουτίνη να αποτελεί την κύρια φλαβονόλη (1,56 mg/100 g). Στην περίπτωση των ανθοκυανών, ο 3-O-ρουτινοζίτης της κυανιδίνης παρουσίασε διακυμάνσεις αναλόγως της περιοχής καλλιέργειας, με το υψηλότερο περιεχόμενο να εντοπίζεται στον Ταξιάρχη (69,56 ± 4,85 mg/100 g). Κατά τη σύγκριση νωπού και ξηρού σύκου Κύμης παρουσιάστηκε μείωση του περιεχομένου 3-O-ρουτινοζίτη της κυανιδίνης από 79,82 σε 10,38 mg/100 g, ως αποτέλεσμα πιθανής φωτοαποικοδόμησης κατά την έκθεση στο ηλιακό φώς. Στα νωπά και ξηρά σύκα ταυτοποιήθηκαν περισσότερες από 30 φαινολικές ενώσεις με την τεχνική της ανάλυσης υπόπτων ενώσεων. Συνοψίζοντας, τα αποτελέσματα της διατριβής καταδεικνύουν ότι ο προσδιορισμός αποκλειστικά των ελεύθερων φαινολών υποεκτιμά το πραγματικό αντιοξειδωτικό φορτίο των καρπών, επιβεβαιώνοντας ότι οι δεσμευμένες φαινολικές ενώσεις αποτελούν ένα σημαντικό, αλλά συχνά παραλειπόμενο, κλάσμα με δυνητικά οφέλη για την υγεία του κατώτερου γαστρεντερικού σωλήνα. Η συνδυαστική χρήση κατάλληλων διαλυτών εκχύλισης, ανάπτυξης πρωτοκόλλων υδρόλυσης και προηγμένων τεχνικών φασματομετρίας μάζας παρείχε για πρώτη φορά μια αναλυτική χαρτογράφηση του φαινολικού περιεχομένου του σταφυλιού των ποικιλιών Apyrena και Sultanina και των αντίστοιχων αποξηραμένων αναλόγων τους καθώς και του νωπού και ξηρού σύκου, απαραίτητη για την αξιολόγηση της βιολογικής αξίας τους.