Evaluation of dried fruit bioactive microconstituents

Dried fruits have a long tradition for human’s consumption. They may be considered as a condensed form of nutrients, containing phytochemicals and other health promoting substances. Vitamins are a group of organic compounds, essential for the development, normal growth, and maintenance of cellular and metabolic functions of the human body. Polar phenols are a broad and diverse group of plant secondary metabolites, ubiquitously found in fruits and vegetables. During drying polar phenolic as well as vitamin content of foods is affected, while different classes of compounds are diversely affected by the drying process. A plethora of in vitro, ex vivo and in vivo scientific reports support the health promoting activities of polar phenols, including antioxidant, anti inflammatory actions. Prerequisite for exerting such activities is the phenolic compound bioavailability and/or their liberation from the food matrix, i.e. bioaccessibility.The majority of studies dealing with dried fruit phytochemical content refer to fruits produced in Mediterranean as well as other countries, while scientific reports on the bioactive microconstituent content of Greek dried fruits are scarce. The aim of this study was the evaluation of the phytochemical content of dried fruits traditionally produced and consumed in Greece. In particular, the following objectives were set: (a) Analysis of bioactive microconstituents in several Greek dried fruits, i.e. apricots (Prunus armeniaca L., var. Cape Bebeco), peaches and nectarines (Prunus persica, var. Hal-Berta and var. Red Gold, respectively), cherries (Prunus, fam. Rosaceae) among which sour cherries (Prunus cerasus, var. Florinis) and sweet cherries (var. Napoleon Volou and var. Tragana Edessis), prunes (Prunus domestica L.) among which Prunus avium var. Angelino and var. President, raisins (Corinthian currants, Vitis vinifera L, var. Apyrena), and figs (Ficus carica, var. Calimyrna/Sarilop). (b) Evaluation of dried fruit polar phenol bioaccessibility by applying an in vitro digestion static model (c) Detailed study of the effect of drying on a Greek fruit that was selected on the basis of microconstituent content as well as on its abundance and social and economic interest for Greece. Crop to crop variations as well as the effect of different drying methods were evaluated for their effect on the Corinthian currant microconstituent content. Polar phenols were determined after extraction with a polar solvent. In the dried fruit polar extracts total phenolic content as well as polar phenol classes content were estimated spectrophotometrically, while the content is several individual phenols was determined chromatographically (HPLC-UV). Polar phenolic compound bioaccessibility from the dried fruits under study was determined by using a static model of an in vitro digestion protocol, after optimization.All dried fruits evaluated in the present study were found to contain polar phenolics, while differences were observed among the different fruits, even among fruits belonging to the same species. Dried fruit total phenolic content ranged between 86±13 – 551±27 mg GAE/100g for dried figs and dried sour cherries, respectively. Total flavanol content was in the range 0.2±0.1 – 57±5 mg CE/100 g for dried figs and dried sour cherries, respectively, while total flavone/flavonol content was in the range 9±1 – 71±4 mg RE/100 g for dried peaches and dried sour cherries, respectively. The higher catechin content was found in Corinthian raisins and dried sour prunes. Dried peaches were found to contain the higher amount of chlorogenic acid, while dried sour prunes had the higher neochlorogenic acid content. The higher gallic acid and cyanidin-3-O-glucoside content was found in dried nectarines; it is worth noting that there are no previous published data for the dried nectarine individual polar phenol content. The dominant anthocyanin determined in dried cherries was cyanidin-3-O-rutinoside.In general, polar phenolics were found to be bioaccessible under the conditions employed. In terms of total phenolic content and in all fruits studied, polar phenols were found to reach the intestinal lumen and a certain proportion of the initial phenol content seemed able to enter the intestinal epithelium. Differences were observed, in qualitative and quantitative terms, among the digestion phases assessed for the different dried fruits. The higher polar phenolic content was observed after gastric phase simulation for all dried fruits evaluated. Worth mentioning such a study took place for the first time for the Greek dried fruits, while it is the first time that such a study was held in the case of the Corinthian raisins, peaches, nectarines and cherries (white sweet cherries, black sweet cherries, sour cherries).B group vitamin content of the dried fruits under study was determined chromatographically (HPLC-UV), after optimization; noteworthy this is the first time that such a study took place for the Greek dried fruits. Sour cherries and white sweet cherries were found to contain the higher folic acid and vitamin B6 content and dried sour prunes the higher content of riboflavin.In the present study an extensive survey of the Corinthian raisin bioactive microconstituent content took place; the effect of regions of cultivation, crop year, and drying method was evaluated. Corinthian raisin total and individual anthocyanin content was evaluated for the first time. Five anthocyanidin 3-O-glucosides were identified and quantified. Differences were observed among the Corinthian raisin subcategories (Vostizza, Provincial, Gulf) and the different regions of cultivation. Corinthian currant B group vitamin content was also studied while the effect of cultivation region, altitude, and crop year were also assessed. Niacin content was found to be affected by the region and altitude of cultivation of cultivation. Regarding all the other vitamers identified, some differences were observed, yet not significant enough for the characterization of the product.Additionally, two different drying methods, i.e. sun-drying and shade-drying, were evaluated for the production of Corinthian currants. Shade drying was found to provide Corinthian currants with a rather higher phytochemical content in the majority of parameters studied. Moreover, a kinetic study took place for the determination of the impact of drying in the Corinthian currant phytochemical content; sun drying, shade drying and oven drying were applied. Corinthian raisin phytochemical content alterations during drying were found to be better described by first order kinetics.All in all, Greek dried fruits contain polar phenolics and B group vitamins. Polar phenolics of Greek dried fruits are rather bioaccessible, their bioaccessibility depending on the type of fruit and the phenolic compound class or identity. Taking them all together, it may be concluded that Greek dried fruits most certainly hold a place on a healthy and balanced diet.Τα αποξηραμένα φρούτα χρησιμοποιούνται για τη διατροφή του ανθρώπου από την αρχαιότητα. Θεωρούνται συμπυκνωμένες πηγές μακροθρεπτικών συστατικών λόγω της απώλειας νερού κατά την ξήρανση ενώ παράλληλα φαίνεται ότι περιέχουν βιοδραστικά μικροσυστατικά, μεταξύ των οποίων βιταμίνες και πολικές φαινολικές ενώσεις. Οι βιταμίνες είναι απαραίτητες για την ανάπτυξη και τη διατήρηση των κυτταρικών και μεταβολικών λειτουργιών του ανθρώπινου σώματος. Οι πολικές φαινολικές ενώσεις αποτελούν μια πολυπληθή και ετερογενή, από άποψη δομής, ομάδα δευτερογενών μεταβολιτών των φυτών που απαντώνται σε αφθονία σε φρούτα και λαχανικά. Κατά την ξήρανση το περιεχόμενο σε πολικές φαινόλες, αλλά και βιταμίνες, μεταβάλλεται ενώ φαίνεται ότι οι διαφορετικές τάξεις πολικών φαινολών και βιταμινών συμπεριφέρονται διαφορετικά. Παράλληλα, διαφορετικές μέθοδοι ξήρανσης φαίνεται να επιδρούν με διαφορετικό τρόπο στο περιεχόμενο των τροφίμων σε φυτοχημικά συστατικά. Πληθώρα in vitro, ex vivo και in vivo επιστημονικών μελετών υποστηρίζουν την εκδήλωση μιας σειράς ευεργετικών βιολογικών δράσεων των πολικών φαινολών για τον ανθρώπινο οργανισμό, όπως αντιοξειδωτική, αντιφλεγμονώδη κ.ά. Προϋπόθεση για την εκδήλωση βιολογικών δράσεων από τις πολικές φαινόλες των τροφίμων αποτελεί η ικανότητά τους να βιοδιατίθενται ή/και να διατίθενται στο γαστρεντερικό αυλό (bioaccessible, βιοπροσβάσιμες). Η πλειονότητα των μελετών που αφορούν σε μικροσυστατικά ξηρών φρούτων αναφέρεται σε προϊόντα που παράγονται και ξηραίνονται σε μεσογειακές και άλλες χώρες, ενώ η σχετική βιβλιογραφία για αποξηραμένα φρούτα που παράγονται στην Ελλάδα είναι περιορισμένη. Σκοπό της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτέλεσε η αξιολόγηση παραδοσιακών ελληνικών ξηρών φρούτων ως προς τα περιεχόμενα βιοδραστικά μικροσυστατικά. Ειδικότερα, η διατριβή αυτή εκπονήθηκε με τους ακόλουθους στόχους: (α) Οριζόντια αξιολόγηση ελληνικών ξηρών φρούτων ως προς το περιεχόμενο σε επιλεγμένα βιοδραστικά μικροσυστατικά. Μελετήθηκαν τα αποξηραμένα: βερίκοκα (Prunus armeniaca L., var. Cape Bebeco), ροδάκινα και νεκταρίνια (Prunus persica, var. Hal-Berta και vαr. Red Gold, αντίστοιχα), κεράσια (Prunus, οικ. Rosaceae) εκ των οποίων βύσσινα (var. Florinis), πετροκέρασα (var. Napoleon Volou), μαύρα κεράσια (var. Tragana Edessis), δαμάσκηνα (Prunus domestica L.) εκ των οποίων γλυκόξινα δαμάσκηνα (var. Angelino) και ξινά δαμάσκηνα (var. President), σταφίδες (Κορινθιακή σταφίδα, Vitis vinifera L., var. Apyrena) και σύκα (Ficus carica, var. Calimyrna/Sarilop). (β) Αξιολόγηση των διαθέσιμων προς απορρόφηση (βιοπροσβάσιμων) φυτοχημικών ελληνικών ξηρών φρούτων με εφαρμογή μεθόδου προσομοίωσης της πέψης. (γ) Αναλυτική μελέτη της επίδρασης της ξήρανσης σε φρούτο επιλεγμένο με βάση κριτήρια περιεχομένου σε βιοδραστικά μικροσυστατικά αλλά και αφθονίας και κοινωνικού και οικονομικού ενδιαφέροντος για την Ελλάδα. Ειδικότεροι στόχοι για τη μελέτη αυτή ήταν η αξιολόγηση της σύστασης του προϊόντος σε μικροσυστατικά σε βάθος χρόνου αλλά και η συγκριτική αξιολόγηση διαφορετικών μεθόδων ξήρανσης στο περιεχόμενο του ξηρού φρούτου σε μικροσυστατικά. Τα εκχυλίσματα αξιολογήθηκαν ως προς το περιεχόμενο σε ολικές φαινόλες και επιμέρους τάξεις πολικών φαινολών φασματοφωτομετρικά και ως προς το περιεχόμενο σε επιμέρους πολικές φαινόλες χρωματογραφικά (HPLC-UV/DAD). Επίσης εκτιμήθηκε η επιδεικνυόμενη αντιοξειδωτική δράση πολικών εκχυλισμάτων ξηρών φρούτων φασματοφωτομετρικά. Για τον προσδιορισμό των διαθέσιμων προς απορρόφηση (βιοπροσβάσιμων) πολικών φαινολών ξηρών φρούτων χρησιμοποιήθηκε στατικό μοντέλο προσομοίωσης της πέψης το οποίο προσαρμόστηκε και βελτιστοποιήθηκε για τα συγκεκριμένα υποστρώματα.Όλα τα ξηρά φρούτα της μελέτης περιείχαν πολικές φαινολικές ενώσεις ενώ παρατηρήθηκαν διαφορές τόσο μεταξύ των διαφορετικών ξηρών φρούτων της μελέτης όσο και μεταξύ ξηρών φρούτων του ίδιου είδους. Το ολικό φαινολικό περιεχόμενο διακυμάνθηκε από 86±13 mg GAE/100g έως 551±27 mg GAE/100g για τα σύκα και τα βύσσινα, αντίστοιχα. Το περιεχόμενο σε ολικές φλαβανόλες κυμάνθηκε από 0,2±0,1 mg CE/100 g έως 57±5 mg CE/100 g για τα σύκα και τα βύσσινα, αντίστοιχα και οι ολικές φλαβόνες/φλαβονόλες βρέθηκαν από 9±1 mg RE/100 g έως 71±4 mg RE/100 g για τα ροδάκινα και τα βύσσινα, αντίστοιχα. Το υψηλότερο περιεχόμενο σε κατεχίνη βρέθηκε στην Κορινθιακή σταφίδα και στα ξινά δαμάσκηνα. Τα ροδάκινα είχαν το υψηλότερο περιεχόμενο σε χλωρογενικό οξύ και τα ξινά δαμάσκηνα σε νεοχλωρογενικό οξύ. Το υψηλότερο περιεχόμενο γαλλικού οξέος και 3-Ο-γλυκοζίτη της κυανιδίνης βρέθηκε στα ξηρά νεκταρίνια για τα οποία δεν υπάρχουν σχετικές αναφορές στη διεθνή βιβλιογραφία. Κύρια ανθοκυανίνη των κερασιών ήταν ο 3-Ο-ρουτινοζίτης της κυανιδίνης. Κατά την προσομοίωση της πέψης φάνηκε ότι εν γένει ένα ποσοστό των πολικών φαινολών των ξηρών φρούτων είναι βιοπροσβάσιμο. Μάλιστα για όλα τα ξηρά φρούτα της μελέτης δείχθηκε ότι πολικές φαινόλες, προσδιοριζόμενες ως ολικό φαινολικό περιεχόμενο, φθάνουν στον εντερικό αυλό και εισέρχονται στο εντερικό επιθήλιο. Διαφοροποιήσεις παρατηρήθηκαν τόσο ως προς την ποσότητα όσο και ως προς τα είδη των φαινολικών ενώσεων / τάξεων φαινολικών ενώσεων που ανιχνεύτηκαν κατά τα επιμέρους στάδια της πέψης για τα διαφορετικά ξηρά φρούτα. Το μέγιστο ποσοστό των διαθέσιμων προς απορρόφηση πολικών φαινολών, για όλα τα ξηρά φρούτα της μελέτης, παρατηρήθηκε μετά τη γαστρική πέψη. Αξίζει να σημειωθεί ότι η παρούσα μελέτη διεξήχθη για πρώτη φορά σε ελληνικά αποξηραμένα φρούτα ενώ η εκτίμηση των διαθέσιμων προς απορρόφηση πολικών φαινολών από Κορινθιακή σταφίδα, ροδάκινα και νεκταρίνια καθώς και κεράσια (πετροκέρασα, μαύρα κεράσια, βύσσινα) έλαβε χώρα επίσης για πρώτη φορά.Ο προσδιορισμός του περιεχομένου των ελληνικών ξηρών φρούτων σε υδατοδιαλυτές βιταμίνες του συμπλέγματος Β έλαβε χώρα χρωματογραφικά (HPLC-UV/DAD) μετά από βελτιστοποίηση της μεθόδου. Η μελέτη διεξήχθη για πρώτη φορά σε ελληνικά φρούτα. Τα βύσσινα και τα πετροκέρασα βρέθηκαν να περιέχουν το υψηλότερο περιεχόμενο βιταμίνης Β1, τα μαύρα κεράσια και τα πετροκέρασα το υψηλότερο περιεχόμενο φυλλικού οξέος και Β6 και τα ξινά δαμάσκηνα το υψηλότερο περιεχόμενο ριβοφλαβίνης. Στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής έλαβε χώρα μια εκτενής μελέτη της Κορινθιακής σταφίδας ως προς το περιεχόμενο σε βιοδραστικά μικροσυστατικά και πώς αυτά επηρεάζονται από διάφορες παραμέτρους (π.χ. περιοχές καλλιέργειας, εσοδείες, διαφορετικές μέθοδοι ξήρανσης). Έτσι, για πρώτη φορά έγινε αξιολόγηση του περιεχομένου της Κορινθιακής σταφίδας σε ολικές και επιμέρους ανθοκυανίνες. Πέντε 3-Ο-γλυκοζίτες ανθοκυανιδινών ανιχνεύθηκαν και ποσοτικοποιήθηκαν. Διακυμάνσεις παρατηρήθηκαν τόσο μεταξύ υποκατηγοριών Κορινθιακής σταφίδας (Βοστίτσα, Επαρχιακή, Κορινθίας) όσο και μεταξύ των περιοχών καλλιέργειας. Δείγματα Κορινθιακής σταφίδας που ελήφθησαν από διαφορετικές περιοχές, διαφορετικά υψόμετρα καλλιέργειας και διαφορετικές εσοδείες αξιολογήθηκαν επιπλέον ως προς το περιεχόμενο σε βιταμίνες του συμπλέγματος Β. Το περιεχόμενο σε νιασίνη βρέθηκε να επηρεάζεται από την περιοχή καλλιέργειας αλλά και από το υψόμετρο καλλιέργειας. Όσον αφορά στα υπόλοιπα βιταμερή που ανιχνεύτηκαν, παρατηρήθηκαν μικρές διαφοροποιήσεις χωρίς όμως να είναι σημαντικές για τον χαρακτηρισμό του προϊόντος.Επιπλέον αξιολογήθηκαν δύο διαφορετικές μέθοδοι ξήρανσης Κορινθιακής σταφίδας (ξήρανση στον ήλιο και υπό σκιά). Η ξήρανση υπό συνθήκες σκίασης έρχεται πρώτη στη διατήρηση των φυτοχημικών συστατικών για τις περισσότερες παραμέτρους που αξιολογήθηκαν και μπορεί να θεωρηθεί ως μια ελκυστική εναλλακτική μέθοδος για την ξήρανση του προϊόντος. Εντούτοις, το προσδιορισθέν περιεχόμενο πολικών φαινολών και με τις δύο μεθόδους είναι εντός του εύρους περιεκτικοτήτων φυτοχημικών στην Κορινθιακή σταφίδα.Επίσης, έλαβε χώρα κινητική μελέτη για την αξιολόγηση της επίδρασης της ξήρανσης στο περιεχόμενο σε φυτοχημικά, όπου αξιολογήθηκαν η ξήρανση στον ήλιο, σε φούρνο και υπό σκιά. Η μεταβολή των φυτοχημικών της Κορινθιακής σταφίδας κατά την ξήρανση και με τις τρεις μεθόδους φάνηκε να ακολουθεί κινητική πρώτης τάξης. Συνοψίζοντας, τα ελληνικά αποξηραμένα φρούτα περιέχουν πολικές φαινόλες και βιταμίνες του συμπλέγματος Β. Τα πολικά φαινολικά συστατικά των ελληνικών ξηρών φρούτων είναι εν γένει βιοπροσβάσιμα σε βαθμό και ποσότητα εξαρτώμενο από το είδος του φρούτου και τη φάση της πέψης. Όλα τα παραπάνω καθιστούν τα ξηρά φρούτα τρόφιμα που σαφώς κατέχουν μια θέση στο πλαίσιο μιας υγιεινής και ισορροπημένης διατροφής