Επίδραση μεθόδων τεχνητής γήρανσης στο προφίλ των δευτερογενών μεταβολιτών του saffron

Abstract

Το saffron είναι το μπαχαρικό που παράγεται από τα κόκκινα αποξηραμένα στίγματα του άνθους του φυτού Crocus sativus L. Στην Ελλάδα καλλιεργείται στη δυτική περιφέρεια της Μακεδονίας, στο Νομό Κοζάνης. Λόγω της χημικής του σύστασης, είναι ένα από τα λίγα μπαχαρικά που καταφέρνει να συνδυάσει χρώμα, γεύση και άρωμα, γεγονός που το καθιστά ένα δημοφιλές πρόσθετο τροφίμων στην παγκόσμια αγορά. Οι οργανοληπτικές αυτές ιδιότητες οφείλονται στις κροκίνες, στην πικροκροκίνη και στη σαφρανάλη αντίστοιχα και αποτελούν τους βασικούς δευτερογενείς μεταβολίτες του saffron, που ανάλογα με τη συγκέντρωσή τους στα στίγματα, καθορίζεται και η ποιότητα του. Υπάρχουν διάφοροι εξωγενείς παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν τη συγκέντρωση των βασικών δευτερογενών μεταβολιτών, τόσο κατά τη διάρκεια της καλλιέργειας του φυτού, όσο και κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας και αποθήκευσης του saffron. Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή επικεντρώνεται στους παράγοντές της θερμοκρασίας και της ηλιακής ακτινοβολίας και αξιολογεί την επίδραση τους σε δείγματα ελληνικού saffron, μέσω δύο επιταχυνόμενων τεχνικών γήρανσης. Η πρώτη πραγματοποιήθηκε με τη χρήση θερμότητας, κατά την οποία στα δείγματα εφαρμόστηκαν οκτώ διαφορετικές θερμοκρασίες, σταδιακά αυξανόμενες (50oC, 70 oC, 90 oC, 110 oC, 120 oC, 130 oC, 140 oC, 150oC), για 2 ώρες στην κάθε μία. Η δεύτερη πραγματοποιήθηκε με τη χρήση υπεριώδους ακτινοβολίας UV, κατά την οποία τα δείγματα υποβλήθηκαν σε μεταχειρίσεις δύο παραγόντων, αποτελούμενες από διαφορετικού μήκους κύματος ακτινοβολίες (254nm και 365nm) και διαφορετικά επίπεδα διάρκειας (24, 48 και 72 ώρες). Τα δείγματα στη συνέχεια εκχυλίστηκαν με νερό χρησιμοποιώντας λουτρό υπερήχων, για την παραλαβή υδατικών εκχυλισμάτων. Ο ποιοτικός και ποσοτικός προσδιορισμός των κύριων δευτερογενών μεταβολιτών, για την αξιολόγηση του προφίλ τους, επιτεύχθηκε με τη χρήση μεθόδων χρωματογραφίας (HPLC-DAD) και φασματοσκοπίας (FT-IR και Raman). Με την εφαρμογή της θερμικής επιταχυνόμενης γήρανσης στα εξεταζόμενα δείγματα, όλες οι μέθοδοι ανάλυσης έδωσαν ξεκάθαρα αποτελέσματα στις αλλαγές του συνολικού προφίλ των κύριων συστατικών. Κατά την σταδιακή αύξηση της θερμοκρασίας: 1) η συγκέντρωση της πικροκροκίνης μειώνεται, με τη μετατροπή της σε σαφρανάλη (HPLC-DAD), 2) η στερεοχημική διάταξη των κροκινών αλλάζει, με την μετατροπή των trans-κροκινών σε cis-κροκίνες (HPLC-DAD), 3) το συνολικό προφίλ των κύριων δευτερογενών μεταβολιτών, εκφρασμένο σε ποσοστό ομοιότητας του φάσματος του αμεταχείριστου δείγματος σε σχέση με τα φάσματα των αντίστοιχων μεταχειρισμένων, έδειξε φθίνουσα τάση (FT-IR και Raman). Όσον αφορά την εφαρμογή της επιταχυνόμενης γήρανσης με ακτινοβόληση UV στα εξεταζόμενα δείγματα, τα αποτελέσματα εξαρτήθηκαν άμεσα από τις μεθόδους ανάλυσης: 1) η HPLC-DAD δεν έδειξε σαφή τάση για τις αλλαγές των συστατικών μεμονομένα, 2) οι FT-IR και Raman έδειξαν φθίνουσα τάση στο συνολικό προφίλ των βασικών δευτερογενών μεταβολιτών, το οποίο εκφράστηκε σε ποσοστό ομοιότητας του φάσματος του αμεταχείριστου δείγματος σε σχέση με τα φάσματα των αντίστοιχων μεταχειρισμένων, όπως και στην περίπτωση της θερμικής επιταχυνόμενης γήρανσης.

Saffron is the spice derived from the red dried stigmas of the flower of Crocus sativus L. In Greece it is grown in the western region of Macedonia (Kozani). Due to its chemical composition, it is one of the few spices and popular food additives that combines color, taste and aroma. Crocins, picrocrocin and safranal, respectively, are responsible for these organoleptic properties, consisting the main secondary metabolites of saffron. Their concentration in the stigmas, determines its quality. There are several exogenous factors that are able to affect the concentration of the main secondary metabolites during the cultivation of the plant, the processing and storage of saffron. The aim of the present study was to evaluate the influence of two accelerated ageing techniques on the profile of the main secondary metabolites (picrocrocin, safranal, cis- and trans-crocetin esters) of saffron. The techniques employed included (a) a thermal and (b) a UV accelerated ageing process. During ageing, the stigma samples were subjected to eight different treatments (i.e. 50oC, 70oC, 90oC, 110oC, 120oC, 130oC, 140oC, 150oC) lasting 2 h each. Additionally, in respect of the UV ageing process, stigmas were subjected to two-factor treatments, consisting of different radiation (254nm and 365nm) and duration (24 h, 48 h and 72 h) levels. The treated stigmas were subsequently extracted with water using an ultrasound bath. The profile of saffron aqueous extracts was evaluated by means of High Performance Liquid Chromatography-Diode Array Detection (HPLC-DAD). Furthermore, the aqueous extracts were analyzed employing both FT-IR and Raman spectroscopies. As it concerns the thermal accelerated aging technique, all methods of analysis gave clear results about the changes on the total profile of the main components. During the gradual increase in temperature: 1) the concentration of picrocrocin decreased, transforming to safranal (HPLC-DAD), 2) trans-crocins decreased, transforming to cis-crocins (HPLC- DAD), 3) the total profile of the main secondary metabolites, expressed by the match value between control and treated samples’ spectra, tends to decrease. Regarding to the accelerated aging technique using UV irradiation, the results depended on the methods of analysis: 1) HPLC-DAD showed no clear tendency of the changes on the individual (picrocrocin, safranal, cis/trans crocins) saffron’s secondary metabolites, 2) FT-IR and Raman showed decreasing tendency of the profile of the main secondary metabolites, which was expressed by vi the match value % between control and treated samples’ spectra, as in the case of thermal treatment.