Αντιοξειδωτικές και αντιμικροβιακές ιδιότητες του όξινου ορού γιαουρτιού

Abstract

Το στραγγιστό γιαούρτι είναι ένα θρεπτικό γαλακτοκομικό προϊόν με ευρεία κατανάλωση στον κόσμο. Κατά τη στράγγιση του γιαουρτιού, παράγεται σε μεγάλες ποσότητες ένα παραπροϊόν γνωστό και ως όξινος ορός γιαουρτιού, το όποιο απορρίπτεται από τις γαλακτοβιομηχανίες επηρεάζοντας αρνητικά το περιβάλλον ως περιβαλλοντολογικός ρύπος. Η ταχύτατη αύξηση του παγκόσμιου πληθυσμού και η κλιματική αλλαγή σε συνδυασμό με την εξέλιξη της επιστήμης και της τεχνολογίας οδήγησε στην έρευνα για την αξιοποίηση των παραπροϊόντων συμπεριλαμβανομένου του όξινου ορού γιαουρτιού, σε νέους τρόπους για την παραγωγή θρεπτικών και βιολειτουργικών τροφίμων με ποικίλες πλέον εφαρμογές. Η διατριβή χωρίσθηκε σε δύο ενότητες, η πρώτη αφορά την αντιοξειδωτική ικανότητα και η δεύτερη την αντιμικροβιακή ικανότητα του όξινου ορού γιαουρτιού. Για την διεκπεραίωση του πειραματικού μέρους συλλέχθηκαν αρχικά από διάφορες βιομηχανίες παραγωγής γαλακτοκομικών προϊόντων όξινοι οροί γιαούρτης από αγελαδινό, πρόβειο, αίγειο και αιγοπρόβειο γάλα. Ακολουθήθηκε λυοφιλίωση των δειγμάτων και in vitro προσομοίωση της γαστρεντερικής πέψης και στη συνέχεια χρήση μεμβρανών διήθησης για διαχωρισμό των πεπτιδίων άνω και κάτω των 3 kDa. Έπειτα πραγματοποιήθηκε δοκιμή της αντιοξειδωτικής ικανότητας έναντι ριζών οξυγόνου με τη μέθοδο ORAC σε δείγματα όξινου ορού γιαουρτιού λυοφιλοποιημένα, μετά την in vitro προσομοίωση της γαστρεντερικής πέψης και σε δείγματα με μοριακό βάρος πεπτιδίων <3kDa. Επιπλέον για την επίδραση του όξινου ορού γιαουρτιού στο αντιοξειδωτικό σύστημα σε κυτταρικό επίπεδο χρησιμοποιήθηκε ανθρώπινη μονοκύτταρη καρκινική κυτταρική σειρά THP-1, η οποία καλλιεργήθηκε και διαφοροποιήθηκε σε μακροφάγα με PMA. Στη συνέχεια προκλήθηκε φλεγμονή των κυττάρων με LPS και έκθεση αυτών με τα δείγματα των όξινων ορών γιαουρτιού όπου και αξιολογήθηκε η έκφραση των αντιοξειδωτικών γονιδίων HMOX1, NRF2, CAT και SOD με την μέθοδο RT-qPCR. Στην ενότητα που αφορά την αντιμικροβιακή ικανότητα του όξινου ορού γιαουρτιού πραγματοποιήθηκαν δοκιμές του λυοφιλιοποιημένου όξινου ορού πριν και μετά την in vitro πέψη μέσω της παρουσίας της σε καλλιέργειες δυνητικά παθογόνων και μη παθογόνων μικροοργανισμών του γαστρικού σωλήνα, τα οποία ανευρίσκονται στο παχύ έντερο των μονογαστρικών (άνθρωπος, χοίρος, όρνιθα). Ο έλεγχος πραγματοποιείται αρχικά με την μέθοδο έγχυσης των δειγμάτων σε βοθρία σε τρυβλία Pietri και έλεγχος της διαύγασης για πιθανή παρεμπόδιση της ανάπτυξης των μικροοργανισμών από τον όξινο ορό γιαουρτιού. Και σε δεύτερο χρόνο πραγματοποιείται ο έλεγχος της πιθανής μείωσης της ανάπτυξής τους σε πιάτα 96 βοθρίων με καταγραφή της οπτικής πυκνότητας. Τα αποτελέσματα της έρευνας ως προς την αντιοξειδωτική ικανότητα του όξινου ορού γιαουρτιού, έδειξαν πως για το γονίδιο CAT που είναι υπεύθυνο για την εξουδετέρωση των ROS, οι όξινοι οροί που προέρχονται από αγελαδινό, αίγειο και αιγοπρόβειο γάλα έχουν στατιστικώς σημαντική διαφορά με τον μάρτυρα, με χαμηλότερη σχετική έκφραση του γονιδίου, σε αντίθεση με το πρόβειο γάλα. Φαίνεται, ότι ο όξινος ορός γιαουρτιού έχει σημαντικές αντιοξειδωτικές ικανότητες οι οποίες εντοπίζονται στο κλάσμα των πεπτιδίων με μοριακό βάρος <3kDa με ποσοστό 79,39% έως 92,29%, με τα δείγματα του όξινου ορού γιαουρτιού από αιγοπρόβειο γάλα να εμφανίζουν την υψηλότερη αντιοξειδωτική ικανότητα σε σύγκριση με το αγελαδινό και αίγειο γάλα. Επιπλέον, στο κλάσμα των πεπτιδίων αυτών τα δείγματα που συλλέχθηκαν τους καλοκαιρινούς μήνες εμφάνισαν υψηλότερη αντιοξειδωτική ικανότητα σε σύγκριση με τους χειμερινούς μήνες του χρόνου. Για την αντιμικροβιακή ικανότητα του όξινου ορού γιαουρτιού στα λυοφιλοποιημένα δείγματα πριν την in vitro προσομοίωση της γαστρεντερικής πέψης παρατηρήθηκε στατιστικώς σημαντική διαφορά στον ωφέλιμο μικροοργανισμό Lactobacillus plantarum ως προς το εμβόλιο, με τα δείγματα όξινου ορού από πρόβειο και αιγοπρόβειο γάλα να παρουσιάζουν υψηλότερη οπτική πυκνότητα. Φαίνεται ότι ο όξινος ορός που προέρχεται από γιαούρτι παρουσιάζει αντιοξειδωτική ικανότητα μετά την in vitro προσομοίωση της γαστρεντερικής πέψης, με το υψηλότερο ποσοστό να εμφανίζεται στα πεπτίδια με μοριακό βάρος <3kDa. Επιπλέον, ως προς την αντιμικροβιακή ικανότητα δεν παρουσιάζεται κάποιο σημαντικό αποτέλεσμα όσον αφορά τους όξινους ορούς πριν και μετά την in vitro προσομοίωση της γαστρεντερικής πέψης, εκτός από τα λυοφιλοποιημένα δείγματα όξινου ορού από τα οποία φαίνεται να ευνοείται η ανάπτυξη του Lactobacillus plantarum. Ο όξινος ορός γιαουρτιού, σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα της παρούσας διατριβής λόγω της παρουσίας βιοενεργών πεπτιδίων μπορεί να αξιοποιηθεί στη βιομηχανία παραγωγής τροφίμων και ζωοτροφών ως πρόσθετο για την διατηρησιμότητα των τροφών και ως συμπλήρωμα διατροφής για την ενίσχυση της υγειάς του καταναλωτή.

Strained yoghurt is a nutritious dairy product with widespread consumption in the world. During the straining of yoghurt, a by- product known as yoghurt acid whey is produced in large quantities, which is discarded by the dairy industries, negatively affecting environment as an environmental pollutant. However, the rapid growth in the world’s population and climate change combined with the development of science and technology has led to research on the utilization of by- products, among them yoghurt acid whey, in new ways to produce nutritious and bio- functional foods, with a variety of applications. The dissertation was divided into two sections, the first concerning the antioxidant capacity and the second the antimicrobial capacity of acid whey of yoghurt. In order to carry out the experimental part, yoghurt acid whey from cow’s, sheep’s, goat’s and mix of goat’s and sheep’s milk were initially collected from various dairy industries. This was followed by lyophilization of the samples and in vitro simulation of gastrointestinal digestion followed by the use of filtration membranes to separate the peptides above and below 3kDa. The antioxidant capacity against oxygen radicals was then tested by the ORAC method on the lyophilized samples of yoghurt acid whey, after in vitro simulation of gastrointestinal digestion and on samples with a molecular weight of peptides <3kDa. In addition, for the effect of acid whey of yoghurt on the antioxidant system at the cellular level, human monocytic cancer cell line THP-1 was used, which was cultured and differentiated into macrophages with PMA. Subsequently, the cells were stimulated with LPS and exposed to the samples of yoghurt acid whey, where the expression of the antioxidant genes HMOX1 NRF2, CAT and SOD was evaluated by the RT- qPCR method. Antimicrobial capacity of yoghurt acid whey was assessed for samples before and after in vitro digestion through their presence in cultures of potentially pathogenic and non- pathogenic microorganisms of the intestinal tract found in the large intestine of monogastrics (human, pig, chicken). This was initially done by the method of injecting the samples into wells in Pietri plates and checking the clarity for possible inhibition of the growth of microorganism by the acid whey of yoghurt. Subsequently the antimicrobial properties of yoghurt acid whey were tested by a growth inhibition assay through optical density measurements. The results on the antioxidant capacity of yoghurt acid whey, showed that for the CAT gene responsible for neutralizing ROS, yoghurt acid whey derived from cow’s, goat’s and mix of goat’s and sheep’s milk have a statistically significant difference with the control, with lower relative gene expression, in contrast to sheep’s milk. It also appears that the acid whey of yoghurt has significant antioxidant capacities which are predominantly found in the fraction of peptides with a molecular weight <3kDa corresponding to a percentage of 79,39% to 92,29%, with samples of yoghurt acid whey from mix of goat’s and sheep’s milk showing the highest antioxidant capacity compared to cow’s and goat’s milk. Furthermore, in the fraction of these peptides the samples collected during the summer months showed higher antioxidant capacity compared to the winter months of the year. For the antimicrobial capacity of acid whey of yoghurt in the lyophilized samples before in vitro simulation of gastrointestinal digestion, a statistically significant difference was observed in the beneficial microorganism Lactobacillus plantarum in relation to the inoculum, with the acid whey samples from sheep’s and mix of goat’s and sheep’s milk showing a higher optical density. It looks that yoghurt acid whey exhibits antioxidant capacity after in vitro simulation of gastrointestinal digestion, with the highest percentage occurring in peptides with a molecular weight <3kDa. Furthermore, in terms of antimicrobial activity, no significant effect is evident for yoghurt acid whey before and after in vitro simulation of gastrointestinal digestion except for the lyophilized yoghurt acid whey which positively affects the growth of Lactobacillus plantarum. According to experimental results of the dissertation yoghurt acid whey due to the presence of bioactive peptides can be used in the food and animal food industry as an additive for food durability and as a dietary supplement to enhance consumer health.