Valorizacija semena maline kao potencijalnog izvora bioaktivnih jedinjenja za primenu u funkcionalnoj hrani i suplementima

Abstract

Malina, valorizacija semena maline, optimizacija ekstrakcije ulja,optimizacija ekstrakcije elaginske kiseline, masnokiselinski sastav i indeksi funkcionalnosti ulja, sadržaj tokoferola u ulju, antioksidativno dejstvo ekstrakata, antimikrobno dejstvo ekstrakata, antiproliferativno dejstvo ekstrakataCilj ove doktorske disertacije je bio valorizacija semena maline sa endokarpom (u daljem tekstu: seme) kao nusproizvoda (otpad) iz proizvodnje soka i kaše od ploda maline. Valorizacija je izvršena na osnovu sadržaja visoko-kvalitetnog ulja i sadržaja fenolnih jedinjenja sa akcentom na sadržaj elaginske kiseline. Ulje iz semena tri sorte maline (Vilamet, Polka i Miker) je ekstrahovano primenom četiri ekstrakcione tehnike i to čvrsto-tečnom ekstrakcijom (etanolom, smešom dihlormetana i metanola i hloroformom), ekstrakcijom sa heksanom po Soxhlet-u, superkritičnim ugljen-dioksidom i hladnim ceđenjem. Ekstrakcione tehnike su optimizovane u svrhu dobijanja najveće količine ulja. Metoda ekstrakcije superkritičnim ugljendioksidom je optimizovana primenom Box-Behnken eksperimentalnog dizajna i metodologije odzivnih površina. Ova metoda ekstrakcije je posebno razmatrana iz razloga što je to „zelena“ ekstrakciona tehnika, nakon koje je proizvod odmah spreman za upotrebu, odnosno, nema potrebe za uparavanjem rastvarača, kao i zbog toga što je pregledom literature utvrđeno da nema podataka o optimizaciji ove metode za ekstrakciju ulja iz semena maline. Iz obezmašćenog semena, elaginska kiselina je ekstrahovana primenom četiri metode ekstrakcije i to čvrsto-tečnom ekstrakcijom etanolom, ultrazvučnom, mikrotalasnom i ekstrakcijom rastvaračem pod pritiskom. Ekstrakcione tehnike su optimizovane u svrhu dobijanja ekstrakta sa najvećim sadržajem elaginske kiseline. Metoda ultrazvučne ekstrakcije je optimizovana, takođe primenom Box-Behnken eksperimentalnog dizajna i metodologije odzivnih površina. Takođe, ispitan je masnokiselinski sastav ekstrahovanih ulja, gde je utvrđeno prisustvo značajne količine polinezasićenih masnih kiselina, kao i optimalni odnosi ω–6/ω–3 masnih kiselina za primenu u ljudskoj ishrani. Ispitan je i sadržaj tokoferola gde je utvrđeno prisustvo α, γ, i δ-tokoferola u značajnim količinama, dok β-tokoferol nije detektovan ni u jednom uzorku. Što se tiče polifenola, ispitan je sadržaj elaginske kiseline u svim uzorcima, kao i fenolni profil ekstrakata, gde je utvrđeno prisustvo velikog broja flavonola, antocijana i fenolnih kiselina. Zatim su ispitane biološke aktivnosti ekstrakata ulja antioksidativnim (1,1- difenil-pikril-hidrazil-radikal) i antimikrobnim (disk-difuziona metoda) in vitro testovima, gde je utvrđeno značajno antioksidativno delovanje ulja, dok antimikrobno dejstvo nije dokazano. Biološka aktivnost polifenolnog ekstrakta je ispitana antioksidativnim (na 1,1-difenil-pikril-hidrazil-radikal, diamonijum-2,2'-azinobis-(3- etilbenzotiazolin-6-sulfonatni) katjon, i 2,4,6-tripiridil-s-triazin radikal), antimikrobnim (disk-difuziona metoda) i antiproliferativnim (na ćelijske linije HeLa, MCF7 i MRC-5) in vitro testovima, gde je utvrđeno značajno delovanje ekstrakata u sva tri testa. Na osnovu dobijenih rezultata, može se zaključiti da ovaj nusproizvod koji se dobija u procesu prerade maline može doprineti funkcionalnosti hrane kao dodatak ili suplement.

The aim of this doctoral dissertation was to valorize raspberry seeds with endocarp (hereinafter: seeds) as by-products (waste) from the production ofraspberry juice and pulp. Valorization was performed through the content of high quality oil and the content of phenolic compounds with an emphasis on the content of ellagic acid. The oil from the seeds of three varieties of raspberry (Willamette, Polka and Meeker) was extracted using four extraction techniques: solid-liquid extraction (extraction with ethanol, mixture of methylene chloride/methanol and chloroform), Soxhlet extraction with hexane, supercritical carbon dioxide and cold pressing, followed by extracritical carbon dioxide extraction. Extraction methods were optimized to achieve the highest oil content. Supercritical fluid extraction was optimized by applying Box-Behnken experimental design and response surface methodology. This extraction method was specially investigated because it is a "green" extraction technique, after which the product is immediately ready for use, i.e. there is no need to evaporate the solvent, as well as because the literature review found that there is not optimization data for these methods for extracting raspberry seed oil. From the defatted seed, ellagic acid was extracted using four extraction methods, namely solid-liquid extraction with ethanol, ultrasonic, microwave and pressure solvent extraction. Extraction methods were optimized to obtain the extracts with highest ellagic acid content, and the ultrasonic extraction method was optimized using BoxBehnken experimental design and response surface methodology. Furthermore, the fatty acid composition of extracted oils was examined, where the presence of a significant amount of polyunsaturated fatty acids was determined, as well as the optimal ratios of ω–6/ω–3 fatty acids for use in human nutrition. The content of tocopherol was also examined, where the presence of significant amounts in α, γ, and δ-tocopherol was determined, while β-tocopherol was not detected in any of the samples. As for polyphenols, the content of ellagic acid in all samples was examined, as well as the phenolic profile of the extracts, where the presence of a large number of flavonols, anthocyanins and phenolic acids was determined. Then, the biological activities of the oil extracts were examined by antioxidant test on 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl-radical (DPPH∙) and antimicrobial (diskdiffusion method) in vitro tests, where a significant antioxidant effect of the oil was determined, while the antimicrobial effect was not proven. The biological activity of the polyphenolic extract was examined by antioxidant (DPPH∙, ABTS∙+ and FRAP), antimicrobial (disk diffusion method) and antiproliferative (on HeLa, MCF7 and MRC-5 cell lines) in vitro tests, where a significant effect of the extracts was found in all three test. Based on the results, it can be concluded that this by-product can contribute to the functionality of the food as a supplement.