Αλληλεπιδράσεις ανθοκυανινων με πρωτεΐνες και πολυσακχαρίτες σε υδατικά διαλύματα

Abstract

Οι ανθοκυανίνες είναι μια από τις μεγαλύτερες και πιο σημαντικές ομάδες υδατοδιαλυτών χρωστικών. Απομονώνονται από φυσικές πηγές ως ακατέργαστο μίγμα και ο διαχωρισμός και η ταυτοποίησή τους μπορεί να γίνει με διάφορες αναλυτικές και χρωματογραφικές μεθόδους, όπως το HPLC. Αρκετές έρευνες έχουν δείξει ότι οι ανθοκυανίνες εμφανίζουν αγγειοπροστατευτικά, αντιφλεγμονώδη, αντικαρκινικά, και αντιδιαβητικά αποτελέσματα, τα οποία πιθανώς είναι συνδεδεμένα με τις αντιοξειδωτικές ιδιότητές τους. Με βάση αυτά τα πλεονεκτήματα των ανθοκυανινών είναι σημαντικό για τη βιομηχανία τροφίμων να προσθέσει ανθοκυανίνες σε τρόφιμα, προκειμένου να αξιοποιήσει την αντιοξειδωτική τους δράση. Ωστόσο, η χημική και δομική σταθερότητα των ανθοκυανινών επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες όπως το pH, η αύξηση της θερμοκρασίας, η υπεριώδης ακτινοβολία και η έκθεση σε οξυγόνο. Ο σχηματισμός συμπλεγμάτων ανθοκυανίνης με διάφορα βιομόρια που αποτελούν συστατικά των τροφίμων έχει προταθεί ως μια πολλά υποσχόμενη προσέγγιση για τη χημική σταθεροποίηση των ανθοκυανινών και τη σταθερότητα του χρώματός τους. Οι μελέτες τέτοιων συμπλεγμάτων στη βιβλιογραφία είναι ελάχιστες και παρεμποδίζονται από το γεγονός ότι οι ανθοκυανίνες δεν είναι εμπορικά διαθέσιμες ως καθαρά μόρια. Στην παρούσα διατριβή μάστερ πραγματοποιήθηκαν πειράματα για απομόνωση ανθοκυανινών από φυτικές πρώτες ύλες (κόκκινο λάχανο και βατόμουρα). Τα φασματικά χαρακτηριστικά των εκχυλισμάτων των ανθοκυανινών μελετήθηκαν μέσω της λήψης φασμάτων UV-vis, της μελέτης αλλαγής του χρώματος των εκχυλισμάτων ανάλογα με το pH και της λήψης φασμάτων φθορισμού. Ο κύριος στόχος της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη των αλληλεπιδράσεων των ανθοκυανινών σε υδατικά διαλύματα με διάφορα μακρομοριακά συστατικά των τροφίμων, όπως είναι οι πρωτεΐνες και οι πολυσακχαρίτες. Για το σκοπό αυτό, εφαρμόστηκαν διάφορες μέθοδοι, όπως οι μετρήσεις θολερότητας, η φασματοσκοπία UV-vis, η φασματοσκοπία φθορισμού, ο κυκλικός διχρωισμός (CD), η θερμιδομετρία ισοθερμικής τιτλοδότησης (ITC) και η διαπίδυση σε συνδυασμό με θεωρητικά μοντέλα. Συγκεκριμένα μέσω της φασματοσκοπίας φθορισμού μελετήθηκαν οι τοπικές διαμοριακές αλληλεπιδράσεις των ανθοκυανινών με τις πρωτεΐνες: αλβουμίνη βόειου ορού (BSA), πρωτεΐνη ορού του γάλακτος (WPI) και καζεϊνικό νάτριο και τους πολυσακχαρίτες: χιτοζάνη, πηκτίνη, θειική χονδροϊτίνη και αλγινικό νάτριο σε υδατικά διαλύματα. Οι μετρήσεις κυκλικού διχρωισμού πραγματοποιήθηκαν για να εξετασθούν οι μεταβολές στη δευτεροταγή δομή των πρωτεϊνών BSA και WPI στην παρουσία ανθοκυανινών. Οι μετρήσεις θολερότητας και η θερμιδομετρία ITC χρησιμοποιήθηκαν για να διερευνηθεί η συμπεριφορά συσσωμάτωσης μεγαλύτερης κλίμακας και τέλος η διαπίδυση χρησιμοποιήθηκε για περαιτέρω μελέτη των αλληλεπιδράσεων των ανθοκυανινών με την ΒSA, την WPI και την χιτοζάνη. Από τα αποτελέσματα δημιουργείται για πρώτη φορά μια πληρέστερη εικόνα των αλληλεπιδράσεων μιγμάτων ανθοκυανινών με πρωτεΐνες και πολυσακχαρίτες, που είναι συστατικά των τροφίμων. Οι αλληλεπιδράσεις φαίνεται να είναι σε κάποια συστήματα αρκετά ισχυρές και να επηρεάζουν τη δομή των πρωτεϊνών και τη σταθερότητα των ανθοκυανινών στο διάλυμα. Από τη μέθοδο της διαπίδυσης προκύπτει εικόνα ταυτόχρονης αλληλεπίδρασης πολλών μορίων ανθοκυανίνης ανά μόριο πρωτεΐνης ή πολυσακχαρίτη, κάτι που αξίζει να διερευνηθεί περισσότερο.

After the production of the 8 new biochars, their physicochemical assessment was carried out by various methods. SEM analysis produced high-resolution images of the surface of produced biochars. Elemental analysis showed that %C biochars content ranged from 59.9-95.6% and 37.3-62.1% for their raw materials, respectively. Additionally, DRIFTS analysis, revealed differences in biochars functional chemical groups by increasing temperature, while BET analysis determined the specific surface area values and pores diameter. Biochar with the best characteristics, that of PB 550 ?, was chemically activated with potassium hydroxide (KOH), to increase its properties. Also, the addition of silver nanoparticles (Ag-NPs), was confirmed by SEM and SERS analyses. Besides, the ability to reuse PB 550 ?, for at least 3 adsorption-desorption cycles was studied.