Μελέτη της χημικής σύστασης και αντιοξειδωτικής ικανότητας φαινολικών συστατικών στέμφυλων προερχομένων από ποικιλίες των Ιονίων νήσων

Abstract

Ο καρπός της αμπέλου Vitis vinifera L., θεωρείται ένας από τους πιο νόστιμους και διατροφικά άριστους καρπούς λόγω της υψηλής περιεκτικότητας του σε βιοδραστικές ουσίες. Οι ρώγες σταφυλιού αποτελούν την πρώτη ύλη του κρασιού κατά την διαδικασία της οινοποίησης κατά την οποία γίνεται έκθλιψη των σταφυλιών με αποτέλεσμα την εκροή του χυμού της σάρκας και την επαφή του με τα στερεά μέρη των σταφυλιών. Σύμφωνα με στοιχεία του Υπουργείου Αγροτικής Ανάπτυξης και Τροφίμων, (ΥΠΑΑΤ), στα Ιόνια νησιά την περίοδο 2017 παράχθηκαν 1.179,25 τόνοι σταφύλια προς οινοποίηση και εκ των όποιων πρόεκυψαν 175,12 τόνοι στέμφυλα. Τα στέμφυλα αποτελούν το στερεό υπόλειμμα (φλοιός και γίγαρτα). Στην Ελλάδα τα περισσότερα οινοποιεία είναι επιχειρήσεις μικρής κλίμακας που δεν έχουν τη δυνατότητα να διαχειριστούν κατάλληλα τα απόβλητά που προκύπτουν κατά την οινοποίηση. Τα απόβλητα περιλαμβάνουν μεταξύ των άλλων, μίσχους σταφυλιών, στέμφυλα, γίγαρτα σταφυλιού και ελαίου αυτών, οινολάσπη, μαγιά, τρυγικό οξύ, διοξείδιο του άνθρακα και λύματα. Συνήθως, αυτά εναποτίθενται σε αγρούς όπου μετατρέπονται σε λίπασμα, μέσα από διαδικασίες αερόβιας διάσπασης και αποτελούν μία συνεχή εστία μόλυνσης. Το ιδιαίτερα υψηλό οργανικό φορτίο των αποβλήτων δεν βίο-αποικοδομείται εύκολα, ενώ οι υψηλές συγκεντρώσεις φαινολικών ενώσεων οδηγούν στην εμφάνιση βιοτοξικών φαινομένων που υποβαθμίζουν το φυσικό περιβάλλον. Στο συγκεκριμένο τμήμα της μεταπτυχιακής μελέτης πραγματοποιήθηκε η ανάπτυξη και βελτιστοποίηση μίας γρήγορης, οικονομικής και φιλικής προς το περιβάλλον διαδικασίας για την ολοκληρωμένη διαχείριση των στέμφυλων. Πραγματοποιήθηκε ανάκτηση εκχυλισμάτων, τα οποία προορίζονται για χρήση στη βιομηχανία τροφίμων ή εναλλακτικά σε καλλυντικά προϊόντα. Στο πρώτο στάδιο τα στέμφυλα εκχυλίστηκαν με χρήση διαλύτη νερό-γλυκερόλη. Το εκχύλισμα περιείχε κυρίως πολυφαινόλες. Η διαδικασία πραγματοποιήθηκε με βάση τη μελέτη της βιβλιογραφίας και εργαστηριακές δοκιμές, με σκοπό τη βελτιστοποίηση της μεθόδου. Στο δεύτερο στάδιο έγινε διαχωρισμός, απομόνωση και ταυτοποίηση των συστατικών με τεχνικές ενόργανης ανάλυσης. Έγινε χρήση χρωματογραφιών και φασματοσκοπικών τεχνικών και συγκεκριμένα UV-Vis, HPLC-DAD, LC-MS, FT-IR, RAMAN. Οι κυριότερες φαινολικές ενώσεις που απομονώθηκαν από τα στέμφυλα είναι οι κατεχίνες (κατεχίνη και επικατεχίνη) και τα πολυμερή τους, οι προκυανιδίνες. Στο τρίτο στάδιο στα εκχυλίσματα προσδιορίστηκε το ολικό φαινολικό περιεχόμενο με την δοκιμή Folin-Ciocalteu. Τα στερεά υπολείμματα της διαδικασίας οινοποίησης, παρουσίασαν υψηλό φαινολικό περιεχόμενο αποδεικνύοντας ότι κατά τη διαδικασία της οινοποίησης μεγάλη ποσότητα πολυφαινολών παραμένει στα στέμφυλα. Ακολούθησε μελέτη της αντιοξειδωτικής ικανότητας και η εκτίμηση της έγινε με τις δοκιμές ABTS και DPPH. Τα αποτελέσματα διαφοροποιήθηκαν ανάλογα με το είδος εκχυλίσματος (ακατέργαστο, υδρολυμένο). Οι τιμές DPPH για την παρεμπόδιση της ελεύθερης ρίζας (Ι %) κυμάνθηκαν από 16,8 % έως 53,2 % για τα ακατέργαστα εκχυλίσματα ενώ οι τιμές για τα υδρολυμένα εκχυλίσματα κυμάνθηκαν από 3,08 % έως 7,05 %. Αντίστοιχα η ικανότητα απόσβεσης ελεύθερων ριζών (AAR) κυμάνθηκε από 0,468 έως 1,474 (μmol DPPH/ g επί ξηρού βάρους) για τα ακατέργαστα εκχυλίσματα ενώ οι τιμές για τα υδρολυμένα εκχυλίσματα κυμανθήκαν από 0,09 έως 0,208 (μmol DPPH/ g ξηρού βάρους). Οι τιμές ABTS της παρεμπόδιση της ελεύθερης ρίζας (Ι %) κυμάνθηκαν από 43,3 % έως 98,04 % για τα ακατέργαστα εκχυλίσματα ενώ οι τιμές για τα υδρολυμένα εκχυλίσματα κυμανθήκαν από 6,2 % έως 16,973 %. Από τη μελέτη που πραγματοποιήθηκε, αναδείχτηκαν τα πλεονεκτήματα των προτεινόμενων πράσινων μεθόδων εκχύλισης που αφορούν την εκχύλιση φαινολικών συστατικών από στέμφυλα.

The fruit of the vine Vitis vinifera L. is considered one of the most delicious and nutritionally excellent fruits due to its high content of bioactive substances. Grape berries are the raw material of wine during the vinification process in which the grapes are pressed, resulting in the outflow of the juice of the flesh and its contact with the solid parts of the grapes. According to data from the Ministry of Rural Development and Food, the Ionian Islands produced 1.179,25 tons of grapes for wine making in the Ionian Islands in 2017, 175,12 tons of marc. Mars form the solid residue (bark and seed). In Greece, most wineries are small-scale enterprises that do not have the ability to properly manage waste resulting from winemaking. Waste includes, among others, grape stems, grape marc, grape seed and oil, lees, yeast, tartaric acid, carbon dioxide and sewage. Typically, they are deposited in fields where they are converted into fertilizer, through aerobic breakdown procedures, and are a constant focus of contamination. The particularly high organic waste load is not readily biodegradable, and high concentrations of phenolic compounds lead to the occurrence of biotoxic effects that degrade the natural environment. In this section of the postgraduate study, the development and optimization of a fast, economic and environmentally friendly process for the integrated management of the marc was carried out. Extracts were recovered which are intended for use in the food industry or alternatively in cosmetic products. In the first step, the marc was extracted using a water-glycerol solvent. The extract contained mainly polyphenols. The process was based on the literature study and laboratory tests, in order to optimize the method. In the second stage, the separation, isolation and identification of the components were performed by instrumental analysis techniques. Chromatographs and spectroscopic techniques were used, namely UV-Vis, HPLC-DAD, LC-MS, FT-IR, RAMAN. The main phenolic compounds isolated from the marrow are catechins (catechin and epicatechin) and their polymers, procyanidins. In the third step in the extracts the total phenolic content was determined by the Folin-Ciocalteu test. The solid residues of the vinification process showed high phenolic content, proving that during the winemaking process a large amount of polyphenols remained in the marc. A study of antioxidant capacity was followed and its assessment was performed with the ABTS and DPPH tests. The results varied according to the type of extract (crude, hydrolyzed). DPPH values for inhibition of free radical (I %) ranged from 16.8 % to 53.2 % for crude extracts while values for hydrolyzed extracts ranged from 3.08 % to 7.05 %. Accordingly, the AAR ranged from 0.468 to 1.474 (μmol DPPH / g dry weight) for the crude extracts, whereas the values for the hydrolyzed extracts varied from 0.09 to 0.208 μmol DPPH / g dry weight. The ABTS values of free radical inhibition (% I) ranged from 43.3 % to 98.04 % for crude extracts while values for hydrolyzed extracts ranged from 6.2 % to 16.973 %. The study has shown the advantages of the proposed green extraction methods for the extraction of phenolic components from marc.