Μεθανολικά εκχυλίσματα κελύφους και περικαρπίου φιστικιών Αιγίνης (Pistacia vera) με χρήση της τεχνικής εκχύλισης υποβοηθούμενης από υπερήχους: χρωματογραφική και φασματοσκοπική μελέτη καθώς και εκτίμηση της αντιοξειδωτικής και αντιμικροβιακής τους δράσης

Abstract

Τα φαινολικά συστατικά αποτελούν μια ευρεία κατηγορία ενώσεων, η φυσική ύπαρξη των οποίων στα τρόφιμα μελετάται ολοένα και περισσότερο τις τελευταίες δεκαετίες. Πέρα από τη σπουδαία αντιοξειδωτική δράση ορισμένων γνωστών φαινολικών συστατικών, η οποία υποστηρίζεται από μεγάλο αριθμό ερευνών, εξίσου σημαντική αποτελεί και η δράση τους εναντίον σοβαρών ασθενειών που μαστίζουν την ανθρώπινη υγεία στην σύγχρονη εποχή, όπως είναι ο καρκίνος και οι νευροεκφυλιστικές ασθένειες. Η εξερεύνηση των πιθανών πηγών αυτών των πολύτιμων ουσιών και η επιτακτική ανάγκη για μείωση της σπατάλης των τροφίμων και των τροφικών υπολειμμάτων στα πλαίσια μιας κυκλικής οικονομίας, οδηγεί με αυξανόμενο ρυθμό στη μελέτη για την αξιοποίηση αυτών των μερών των τροφίμων που θεωρούνται ως υπολείμματα. Με σκοπό τη συμβολή σε αυτήν την προσπάθεια αξιοποίησης, επιλέχθηκαν για την παρούσα μελέτη τα υπολείμματα της παραγωγής του κελυφωτού φιστικιού ποικιλίας Αιγίνης, το περικάρπιο και το κέλυφος του φιστικιού, για την εξερεύνηση του περιεχομένου των εκχυλισμάτων τους σε φαινολικά συστατικά, καθώς και την αντιοξειδωτική ικανότητα και την αντιμικροβιακή τους δράση. Πιο αναλυτικά, μετά από κατάλληλη επεξεργασία, συγκεκριμένες ποσότητες υπολειμμάτων περικαρπίου και κελύφους φιστικιού ποικιλίας Αιγίνης εκχυλίστηκαν με την τεχνική της υποβοηθούμενης από υπερήχους εκχύλισης (Ultrasound Assisted Extraction – UAE) και διαλύτη [80% CH3OH (H2O), 0.1% HCl]. Με την απομάκρυνση του διαλύτη της εκχύλισης και την ψυχρή ξήρανση έγινε ανάκτηση των φαινολικών συστατικών του περικαρπίου και του κελύφους. Έπειτα ακολούθησαν οι δοκιμές αντιοξειδωτικής ικανότητας: τα αποτελέσματα της δοκιμής DPPH για το περικάρπιο ήταν 0,5 mg/mL, ενώ για το κέλυφος η αντίστοιχη τιμή βρέθηκε ίση με 142,503 μL/mL. Για τη δοκιμή ABTS οι τιμές των αποτελεσμάτων ήταν 0,15 mg/mL και 11,28 μL/mL για το περικάρπιο και το κέλυφος αντίστοιχα. Τέλος, τα αποτελέσματα του προσδιορισμού του περιεχόμενου σε ολικά φαινολικά συστατικά ήταν 114,1 mg GAE/g αρχικής ξηρής μάζας για το περικάρπιο και 2,99 mg GAE/g αρχικής ξηρής μάζας για το κέλυφος. Ακολούθως, διαφορετικές συγκεντρώσεις φαινολικών συστατικών περικαρπίου και κελύφους φιστικιού Αιγίνης σε υδρομεθανολικό διάλυμα δοκιμάστηκαν ως προς την αντιμικροβιακή τους δράση έναντι τεσσάρων τροφιμογενών μικροβιακών στελεχών: Staphylococcus aureus B134, Escherichia coli B16, Bacillus subtilis B109 και Pseudomonas fluorescens B29. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, πιθανή αντιμικροβιακή δράση εμφάνισε το εκχύλισμα φαινολικών συστατικών του περικαρπίου στις μεγαλύτερες δοκιμαστικές συγκεντρώσεις των 50 mg/mL και 100 mg/mL έναντι των βακτηριακών στελεχών Bacillus subtilis B109 και Staphylococcus aureus B134. Τα εκχυλίσματα του κελύφους του φιστικιού δεν φάνηκαν να έχουν σημαντική αντιμικροβιακή δράση. Τέλος, τα εκχυλίσματα μελετήθηκαν μέσω της Υγρής Χρωματογραφίας-Φασματομετρίας Μαζών με Αναλυτή Χρόνου Πτήσης (QTOF LC-MS). Στο εκχύλισμα των φαινολικών συστατικών του περικαρπίου βρέθηκαν 23 φαινολικές ενώσεις, ενώ στο εκχύλισμα φαινολικών συστατικών του κελύφους βρέθηκαν 19. Ανάμεσα σε αυτά τα συστατικά, αναφέρονται ενδεικτικά κάποιες κοινές φαινολικές ενώσεις μεταξύ των δύο εκχυλισμάτων: 4-υδροξυβενζοϊκό οξύ, γαλλικό οξύ, φλωρογλυκινόλη, κατεχίνη, μυρικιτρίνη, π-κουμαρικό οξύ, ναριγκενίνη και απιγενίνη. Καθένα από τα αυτά τα φαινολικά συστατικά έχει σημαντική βιολογική δράση και έχει εντοπιστεί σε προηγούμενες μελέτες είτε στο φιστίκι είτε στα παραπροϊόντα της παραγωγής του. Επομένως, αξίζει κανείς να αναφερθεί στην αξία των τροφικών υπολειμμάτων από την παραγωγή του φιστικιού Αιγίνης, καθώς αυτά αποτελούν μεγάλο μέρος της παραγωγικής διαδικασίας. Στη βιβλιογραφία υπάρχουν πολυάριθμες μελέτες που ασχολούνται με την ποιοτική σύσταση του περικαρπίου του φιστικιού ως προς τα φαινολικά συστατικά, ενώ παρουσιάζεται έλλειψη των αντίστοιχων μελετών για το κέλυφος. Ωστόσο, σύμφωνα και με τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης, και τα δύο είδη παραπροϊόντων φαίνεται να διαθέτουν ένα πλούσιο περιεχόμενο σε φαινολικές ενώσεις. Μετρώντας, τέλος, τις ανάγκες της σύγχρονης κοινωνίας ως προς την διατροφική κάλυψη και τον περιορισμό του όγκου των τροφικών αποβλήτων, καθίσταται σημαντική η αξιοποίηση αυτών των παραπροϊόντων προς όφελος όλων.

Phenolic compounds comprise of a wide variety of substances, which naturally occur in food matrices, from where they have been isolated and studied with an increased interest in the last decades. Aside from their great antioxidant nature, supported by a significant number of studies, phenolic compounds function as weapons against modern human diseases, such as cancer and neurodegenerative diseases. The exploration of all possible sources of such substances, as well as the constant need of food waste reduction is directly leading to the study and exploitation of the discarded food parts. In sight of the above mentioned, the subject of this study is to determine the quality of pistachio waste extracts (Pistacia vera, var. Aegina) in respect to their contained substances. Specifically, pistachio hull and shell extracts were studied for their composition of phenolic compounds, antioxidant, and antimicrobial activity. After their initial treatment, specific masses of hull and shell material were separately extracted via Ultrasound Assisted Extraction (UAE) and [80% CH3OH (H2O), 0.1% HCl] as solvent. Following the evaporation of the extraction solvent and the freeze-drying of the samples, certain quantity of phenolic compounds was collected of each sample. A diluted amount of phenolics in [90% CH3OH (H2O)] was tested with the DPPH antioxidant assay: the results were 0,5 mg/mL for the hull phenolic extracts and 142,503 μL/mL for the shell phenolic extracts. The results of the ABTS antioxidant assay showed a 0,15 mg/mL και 11,28 μL/mL capacity of hull and shell phenolic extracts, respectively. Lastly, the results of Total Phenolic Content (TPC) determination expressed as Gallic Acid Equivalents (GAE) were 114,1 mg GAE/g of initial dry mass and 2,99 mg GAE/g of initial dry mass for the hull and shell phenolic extracts, respectively. Following the antioxidant activity determination assays, a series of antimicrobial tests were performed for the methanolic extracts of pistachio hull and shell. The bacterial strains used for these experiments were: Staphylococcus aureus B134, Escherichia coli B16, Bacillus subtilis B109 and Pseudomonas fluorescens B29. The hull phenolic extracts exhibited a possible antimicrobial activity in the higher testing amounts, that is 50 mg/mL and 100 mg/mL, against the strains of Bacillus subtilis and Staphylococcus aureus. However, the shell phenolic extracts did not exhibit a significant antimicrobial activity. Lastly, the methanolic extracts were analyzed with Liquid Chromatography-Mass Spectrometry with a Quadrupole Time-of-Flight Mass Analyzer (QTOF LC-MS). In the extract of pistachio hulls, 23 phenolic compounds were identified, whilst in the shell extract, the corresponding number was 19. Among these compounds, some common ones found in both types of extracts, were: 4-hydroxybenzoic acid, gallic acid, phloroglucinol, catechin, myricitrin, p-coumaric acid, naringenin and apigenin. Each of these substances possesses a remarkable biological activity and has been previously identified in pistachio and pistachio waste extracts. Thus, it is noteworthy that the content of pistachio hull and shell adds value to the production of pistachios. There appears to be an appreciable number of studies in the bibliography, which focus on the phenolic content of pistachio hull, though the corresponding studies for pistachio shell are lacking. Nevertheless, both waste materials, according to the present results, seem to be rich in the range of phenolic substances. As we count the needs of modern societies in respect to nutritional coverage and waste management, it should be stated that the exploitation of such by-products is of great importance.