ΤΕΙ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ, Τμήμα Τεχνολογίας τροφίμων, Εργαστήριο Μικροβιολογίας & Βιοτεχνολογίας Τροφίμων, Τέρμα Ν. Τεμπονέρα, 43100, Καρδίτσα.

Transcript

1 4 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Βιοτεχνολογίας και Τεχνολογίας Τροφίμων Οκτωβρίου 2013, ΜΕC Παιανίας AΝΤΙΜΙΚΡΟΒΙΑΚΕΣ ΚΑΙ ΑΝΤΙΟΞΕΙΔΩΤΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΠΟΛΥΦΑΙΝΟΛΩΝ ΑΠΟΜΟΝΩΜΕΝΩΝ ΑΠΟ ΥΓΡΑ ΑΠΟΒΛΗΤΑ ΕΛΑΙΟΥΡΓΕΙΩΝ: ΜΕΛΕΤΕΣ ΙΝ VITRO ΚΑΙ ΕΠΙΤΥΧΗΜΕΝΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΕ ΤΡΟΦΙΜΑ Γιαβάσης Ιωάννης 1 *, Λεοντόπουλος Στέφανος 2, Τσαούση Κωσταντίνα 1, Αργυρίου Ειρήνη-Ελένη 1, Κανδυλάκης Μάριος 1, Κασαπίδου Ελένη 3, Μανούρας Αθανάσιος 1, Πετρωτός Κωσταντίνος 2. 1 ΤΕΙ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ, Τμήμα Τεχνολογίας τροφίμων, Εργαστήριο Μικροβιολογίας & Βιοτεχνολογίας Τροφίμων, Τέρμα Ν. Τεμπονέρα, 43100, Καρδίτσα. 2 ΤΕΙ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ, Τμήμα Μηχανικής Βιοσυστημάτων, Εργαστήριο Μηχανικής τροφίμων, Περιφερειακός Λάρισας-Τρικάλων, 41110, Λάρισα. 3 ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ, Τμήμα Εμπορίας και Ποιοτικού Ελέγχου Αγροτικών Προϊόντων, Τέρμα Κοντοπούλου, 53100, Φλώρινα. * igiavasis@teilar.gr

2 Υγρά απόβλητα Ελαιουργείων (ΥΑΕ) Υποπροϊόν-απόβλητο της παραγωγής ελαιολάδου - Περιέχει το υδατικό μέρος του καρπού της ελιάς - Πλούσιο σε σάκχαρα, πολυσακχαρίτες, πολυφαινόλες, κ.ά. - Υψηλό οργανικό φορτίο, υψηλό BOD, COD - Τοξικό έναντι φυτών, υδρόβιων οργανισμών, μικροβίων - Η απομάκρυνση των πολυφαινολών μειώνει σημαντικά το ρυπαντικό του φορτίο και αξιοποιεί τις πολυφαινόλες τις ελιάς Στόχος του πειράματος

3 Απομόνωση και παραγωγή πολυφαινολών από ΥΑΕ Συνήθως, τα ΥΑΕ επεξεργάζονται με χημικές ή βιολογικές διεργασίες ώστε να μειωθεί απλώς το ΒΟD/COD προτού απορριφθούν στο περιβάλλον, ή απλώς απορρίπτονται χωρίς επεξεργασία. - Η αξιοποίηση τους για την απομόνωση πολυφαινολών δεν έχει τύχει της δέουσας προσοχής - Κάποιες προσπάθειες έχουν γίνει πρόσφατα με τη χρήση χημικών διαλυτών (αλκοόλες) Η δικής μας επεξεργασία δεν χρησιμοποιεί χημικούς διαλύτες (πράσινη τεχνολογία) και περιλαμβάνει τα εξής: Μικροδιήθιση μέσω κεραμικών μεμβρανών για τον διαχωρισμό πολυφαινολών από το υπόλοιπο απόβλητο Συμπύκνωση μέσω αντίστροφης ώσμωσης (συμπύκνωση x 4 φορές) Εκλεκτική Προσρόφηση σε μικροπορώδεις ρητίνες και εκρόφηση μόνο με νερό Spray drying/freeze drying/vacuum drying για παραγωγή σκόνης πολυφαινόλης Μικροενθυλάκωση σε μαλτοδεξτρίνη, οροπρωτεΐνη, κλπ για παραγωγή ενθυλακωμένης πολυφαινόλης Τελικό προϊόν: υδατοδιαλυτή σκόνη, πλούσια σε υδροξυτυροσόλη

4 Πολυφαινόλες από ΥΑΕ (OMW polyphenols) Production process Microfiltration through ceramic membranes Reverse osmosis Adsorption in microporous resins Vacuum/freeze drying

5 Μελέτες αντιοξειδωτικής, αντιμικροβιακής, ή διεγερτικής δράσης Μελέτες In vitro: Αντιοξειδωτική δράση σε σογιέλαιο (μέθοδος Rancimat) Αντιμυκητιακή δράση σε υπόστρωμα Potato Dextrose Agar Μελέτες σε τρόφιμα: Αντιμικροβιακή και αντιοξειδωτική δράση σε σαλάμι αέρος Αντιμικροβιακή και αντιοξειδωτική δράση σε χοιρινό κρέας Διεγερτική δράση σε καλλιέργειες εκκίνησης (γαλακτικών βακτηρίων)

6 Μελέτες αντιοξειδωτικής δράσης Οξείδωση λιπαρών οξέων με τη μέθοδο Rancimat (σε θερμοκρασία 80 C, ταχύτητα ροής αέρα 20l/h), μετά από προσθήκη σκόνης πολυφαινόλης σε σογιέλαιο 70,00 h Lipid Oxidation Induction Time 60,00 h 50,00 h 40,00 h 30,00 h Lipid Oxidation Induction Time 20,00 h 10,00 h 0,00 h Control (0 ppm) 100 ppm polyphenols 500 ppm polyphenols 1000 ppm polyphenols 2000 ppm polyphenols 5000 ppm polyphenols 100 ppm BHT 200 ppm BHT

7 Μελέτες αντιμικροβιακής δράσης Αναστολή ανάπτυξης μυκήτων σε στερεό θρεπτικό υπόστρωμα PDA mm Ανάπτυξης Μικκυλίου μετά από Προσθήκη Υγρού Συμπυκνώματος Πολυφαινόλης σε PDA (Επώαση 25 C x 7 μέρες, μέτρηση εις διπλούν) Μύκητες Υγρή Π/Φ Υγρή Π/Φ Υγρή Π/Φ Μάρτυρας 30% 20% 10% Alternaria alternata , 20 Armillaria mellea Ascochyta lentis , 8 Aspergillus flavus , 9 Aspergillus niger 8, 5 27, 27 27, 27 24, 23 Botrytis cinerea , 11 33, 33 Cercospora beticola 0 11, 9 12, 11 12, 10 Eutypa lata , 13 12, 13 Fusarium oxysporum 0 7, 7 16, 15 19, 22 Gaeumanomyces graminis , 11 Monillia fructigena 0 7, 7 12, 12 15, 14 Monillia laxa , 13 Peniccilium expansum 0 11, 9 17, 17 13, 12 Penicillium italicum 10, 10 10, 12 15, 16 15, 16 Phytopthora nicotiana 0 10, 10 14, 14 15, 12 Phytopthora ultimum , 5 Rhizoctonia solani , 10 Sclerotinia sclerotiorum , 4 Verticillium dahliae Ελιάς , 10 Verticillium dahliae τομάτας , 7

8 Μελέτες αντιμικροβιακής δράσης σε σαλάμια αέρος - 1 ο πείραμα Προετοιμασία-Κωδικοποίηση δειγμάτων : A : σαλάμι με ασκορβικά, χωρίς νιτρικά άλατα N-A : σαλάμι με νιτρικά και ασκορβικά άλατα LP-500: σαλάμι με 500ppm υγρού συμπυκνώματος πολυφαινόλης LP-1000: σαλάμι με 1000ppm υγρού συμπυκνώματος πολυφαινόλης EP-200: σαλάμι με 200ppm of ενθυλακωμένης πολυφαινόλης EP-400: σαλάμι με 400ppm of ενθυλακωμένης πολυφαινόλης Συνθήκες ζύμωσης: 20 C για 3 εβδομάδες, RH 90-80%, μέχρι μείωσης βάρους ~25% Με προσθήκη προστατευτικών καλλιεργειών

9 log cfu/g log cfu/g Μελέτες αντιμικροβιακής δράσης σε σαλάμια αέρος- 1 ο πείραμα Lactobacilli Yeasts 8, ,5 A 8 A 7 N-A 7 N-A 6,5 LP LP LP LP ,5 EP EP DAY O DAY 3 DAY 7 DAY 12 DAY 20 DAY 26 EP DAY O DAY 3 DAY 7 DAY 12 DAY 20 DAY 26 EP-400 fermentation time fermentation time

10 log cfu/g log cfu/g Μελέτες αντιμικροβιακής δράσης σε σαλάμια αέρος- 1 ο πείραμα Enterobacteriacae Sulphite-reducing Clostridia 6 3, A N-A LP-500 LP-1000 EP-200 2,5 2 1,5 1 0,5 A N-A LP-500 LP-1000 EP DAY O DAY 3 DAY 7 DAY 12 DAY 20 DAY 26 fermentation time EP DAY O DAY 3 DAY 7 DAY 12 DAY 20 DAY 26 fermentation time EP-400

11 lactate g/l malonaldehyde mg/kg Παραγωγή οργανικών οξέων και αντιοξειδωτική δράση σε σαλάμια αέρος- 1 ο πείραμα total acidity TBARs ,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 DAY 3 DAY 7 DAY 12 DAY 20 DAY A 10 N-A 8 LP LP EP EP DAY 0 DAY 3 DAY 7 DAY 12 DAY 20 DAY 26 A N-A LP-500 LP-1000 EP-200 EP-400 fermentation time fermentation time

12 Μελέτες αντιμικροβιακής δράσης σε σαλάμια αέρος- 2 ο πείραμα Παρασκευή και κωδικοποίηση δειγμάτων A : σαλάμι με ασκορβικά, χωρίς νιτρώδη N-A : σαλάμι με ασκοριβικά και νιτρώδη EP-250: σαλάμι με 250ppm ενθυλακωμένη πολυφαινόλη EP-500: σαλάμι με 500 ppm ενθυλακωμένη πολυφαινόλη EP-1000: σαλάμι με 1000ppm ενθυλακωμένη EP-2000: σαλάμι με 2000ppm ενθυλακωμένη πολυφαινόλη Συνθήκες Ζύμωσης : 20 C για 3 εβδομάδες, RH 90-80%, μέχρι μείωσης βάρους ~25% Με προσθήκη προστατευτικών καλλιεργειών

13 log cfu/g log cfu/g log cfu/g Μελέτες αντιμικροβιακής δράσης σε σαλάμια αέρος- 2 ο πείραμα Lactic acid bacteria Sulphite reducing Clostridia 11 4, A N-A EP-250 EP-500 EP ,5 3 2,5 2 1,5 A N-A EP-250 EP-500 EP DAY 1 DAY 5 DAY 10 DAY 20 fermentation time EP DAY 1 DAY 5 DAY 10 DAY 20 fermentation time EP-2000 Enterobacteriacae 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 DAY 1 DAY 5 DAY 10 DAY 20 fermentation time A N-A EP-250 EP-500 EP-1000 EP-2000

14 malonaldehyde mg/kg Εξέλιξη ph και αντιοξειδωτική δράση σε σαλάμια αέρος- 2 ο πείραμα ph TBARs ,8 10 5,6 5,4 5,2 5 Control Nitrites 250ppm 500ppm Control Nitrites 250ppm 500ppm 4,8 1000ppm ppm 4,6 DAY 1 DAY 5 DAY 10 DAY 20 fermentation time 2000ppm 0 DAY 1 DAY 5 DAY 10 DAY 20 fermentation time 2000ppm

15 a values Μελέτες αντιοξειδωτικής δράσης επί του χρώματος σε σαλάμια αέρος- 2 ο πείραμα Color measurement by colorimeter (Hunter scale : L, a, b, values) a-values (red color) DAY 1 DAY 5 DAY 10 DAY 20 fermentation time Control Nitrites 250ppm 500ppm 1000ppm 2000ppm

16 Μελέτες αντιοξειδωτικής δράσης επί του χρώματος σε σαλάμια αέρος- 1 ο πείραμα Color sensory evaluation of maturated salami, after a 10-day storage at C in air and under direct sunlight

17 Μελέτες αντιοξειδωτικής δράσης επί του χρώματος σε σαλάμια αέρος- 2 ο πείραμα Color sensory evaluation Day 5

18 Μελέτες αντιοξειδωτικής δράσης επί του χρώματος σε σαλάμια αέρος Δείγματα (από αριστερά προς δεξιά): μάρτυρας με νιτρώδη-ασκορβικά, 500ppm Π/Φ, 1000ppm Π/Φ, 2000 ppm Π/Φ, 4000 ppm Π/Φ Day 17

19 Αντιμυκητιακή δράση ενθυλακωμένης πολυφαινόλης σε σαλάμια αέρος Δείγματα (από αριστερά προς δεξιά): μάρτυρας με νιτρώδη-ασκορβικά, 500ppm Π/Φ, 1000ppm Π/Φ, 2000 ppm Π/Φ, 4000 ppm Π/Φ Day 17

20 3 ο Βραβείο Καινοτομίας στο διαγωνισμό Ecotrophelia 2013 «Δια Ελιάς και Αέρος» : Σαλάμι αέρος χωρίς συντηρητικά και άλλα χημικά πρόσθετα με προσθήκη προστατευτικών καλλιεργειών και αντιοξειδωτικών-αντιμικροβιακών πολυφαινολών ελιάς

21 Διεγερτική Δράση Πολυφαινολών ελιάς σε γαλακτικά βακτήρια (καλλιέργειες εκκίνησης) Ανάπτυξη Lactobacillus casei (πάνω) και Lactobacillus sakei (κάτω) σε συνθετικό υγρό υπόστρωμα (modified MRS broth) με ανάδευση σε κωνικές φιάλες

22 Διεγερτική Δράση Πολυφαινολών ελιάς σε γαλακτικά βακτήρια (καλλιέργειες εκκίνησης) Αύξηση ιξώδους σε γιαούρτια κατά την ανάπτυξη Lactobacillus bulgaricus και L. casei μετά από προσθήκη ενθυλακωμένης πολυφαινόλης συντόμευση πήξης!

23 Συμπεράσματα Οι πολυφαινόλες που απομονώθηκαν με μια νέα, καθαρή τεχνολογία από ελαιουργικά απόβλητα εμφανίζουν σημαντική αντιοξειδωτική και αντιμικροβιακή δράση σε διάφορα υποστρώματα και τρόφιμα Επιπλέον διεγείρουν επιλεκτικά την ανάπτυξη και τον μεταβολσιμό γαλακτικών βακτηρίων σε συγκεκριμένες συγκεντρώσεις Ταυτόχρονα είναι ασφαλής φυσικές ουσίες με αντικαρκινική και αντιοξειδωτική δράση, και προστατεύουν από καρδιαγγειακά νοσήματα (με βάση πλήθος κλινικών μελέτών) Συνεπώς αποτελούν ένα ακινοτόομο προϊόν που μπορεί να προστεθεί σε πλήθος τροφίμων και άλλων εφαρμογών αντικαθιστώντας ανεπιθύμητα χημικά πρόσθετα και διευκολύντας την ανάπτυξη βιολογικών-οικολογικών τροφίμων

24