ΠΑΚΕΤΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΠΕ2

Οι σύγχρονες εξελίξεις στην παραγωγή βιο-δραστικών σκευασμάτων από φυτικά βιοπόβλητα έχουν αναδείξει καινοτόμες τεχνολογίες σαν δομικά συστατικά του διαγράμματος ροής της παραγωγής των τελικών φυσικών βιοδραστικών προϊόντων (REN Qilong et al, 2013). Οι τεχνολογίες αυτές έχουν σαν χαρακτηριστικά:

• Tην διατήρηση των επιθυμητών βιοδραστικών ιδιοτήτων στο τελικό προϊόν με χρήση χαμηλής θερμοκρασίας και κενού και προστασίας από την οξείδωση.
• Την προστασία του τελικού προϊόντος μέσω τεχνικών μικρο- ή νανο-ενθυλάκωσης σε κατάλληλους φορείς.
• Την βαθμιαία αποδέσμευση της δραστικής ουσίας και την καλύτερη  βιο-απορροφησιμότητα της με αποτέλεσμα να παρουσιάζει καλύτερη αποτελεσματικότητα λόγω της χρήσης της σε χαμηλότερες συγκεντρώσεις.
• Η κάλυψη τυχόν δυσάρεστης γεύσης και οσμής

Στην παρούσα ερευνητική πρόταση για την παραγωγή των τελικών προϊόντων σκονών με αντιμικροβιακή δράση προτείνεται η χρήση λυοφιλίωσης (freeze drying) για την ξήρανση σαν τελικό στάδιο για την παραγωγή των ενθυλακωμένων προϊόντων (Agnieszka Ciurzyńska & Andrzej Lenart,2011; Paul de Vos  et al, 2010; Zuidam N.J & Nedovic V., 2010; V.Nedovic et al, 2011;)  μετά από αρχική ανάμιξη με ομογενοποιό με χρήση τεχνολογίας υπερήχων  (Chemat, F. et al , 2010 ; Mason et al, 1996).

Στα πλαίσια του ΠΕ2 στις εγκαταστάσεις της εταιρείας POLYHEALTH A.E. πρόκειται να γίνει η παραγωγή των πρωτότυπων νέων προϊόντων σε μορφή σκόνης για χρήση τους σαν φυσικά αντι-μικροβιακά σε τρόφιμα αλλά και σε μορφή υγρού για χρήση σε εφαρμογές βιολογικής αλλά και συμβατικής φυτοπροστασίας.

ΠΕ2.1 Παραγωγή σκόνης με ανάμιξη των μικτών εκχυλισμάτων πολυφαινόλης ελιάς και υπολειμμάτων χυμοποίησης με χρήση ομογενοποίησης υπερήχων και ενθυλάκωσης με λυοφιλίωση.

Στις εγκαταστάσεις της POLYHEALTH A.E.link πρόκειται να παρασκευαστούν σκόνες με ενθυλάκωση υγρού εκχυλίσματος πολυφαινόλης ελιάς σε συνδυασμό με: α) μικτό εκχύλισμα υπολειμμάτων ροδιού σε διάφορες αναλογίες πολυφαινόλης ελιάς /ροδιού β) μικτό εκχύλισμα υπολειμμάτων πορτοκαλιού σε διάφορες αναλογίες πολυφαινόλης/πορτοκαλιού γ) μικτά εκχυλίσματα ροδιού και πορτοκαλιού σε ανάμιξη με πολυφαινόλες ελιάς σε διάφορες αναλογίες.

Ως πολυφαινόλη ελιάς πρόκειται να χρησιμοποιηθεί το διαθέσιμο εμπορικό σκεύασμα πολτφαινόλης ελιάς που διακινεί η εταιρεία με το όνομα MEDOLIVAlink.

Η ενθυλάκωση πρόκειται να γίνει με ξήρανση με χρήση λυοφιλίωσης (freeze drying) βιομηχανικού τύπου μετά από αρχική ομογενοποίηση του υγρού μίγματος των εκχυλισμάτων μαζί με το ενθυλακωτικό υλικό το οποίο θα επιλεγεί έστι ώστε να είναι βρώσιμο και καθαρής ετικέτας (π.χ. μαλτοδεξτρίνη ή άλλα βρώσιμα και καθαρής ετικέτας βιοπολυμερή).

Βασικές παράμετροι αριστοποίησης στο στάδιο ΠE2.1 πρόκειται να είναι:

• Χρόνος ομογενοποίησης στον ομογενοποιό υπερήχων
• Σχέση βάρους δραστικού υλικού και υλικού ενθυλάκωσης (φόρτωση δραστικού υλικού)
• Τύπος υδατοδιαλυτού και καθαρής ετικέτας ενθυλακωτικού υλικού
• Περιεκτικότητα ολικών στερεών στο προς λυοφιλίωση διάλυμα.
• Η θερμοκρασία αρχικής κατάψυξης και το χρονικό προφίλ μεταβολής πίεσης και θερμοκρασίας κατά την λυοφιλίωση.

Οι συνολικά παραγόμενες σκόνες πρόκειται να δοκιμαστούν στις συνέχεια για αντιμικροβιακή δράση έναντι παθογόνων και αλλοιογόνων μικροοργανισμών των τροφίμων και των καλλυντικών αρχικά με in vitro και τελικά με in vivo δοκιμές.

ΠΕ2.2 Παραγωγή ομογενοποιημένων υγρών μιγμάτων εκχυλίσματος πολυφαινολών ελιάς και εκχυλισμάτων υπολειμμάτων χυμομοίησης για χρήση στην φυτοπροστασία.

Οι διαφορετικοί συνδυασμοί των τριών υγρών εκχυλισμάτων πολυφαινόλης ελιάς, υπολειμμάτων χυμοποίησης ροδιού και υπολειμμάτων χυμοποίησης πορτοκαλιών πρόκειται επίσης μετά από την παρασκευή τους να χρησιμοποιηθούν στο πακέτο εργασίας ΠΕ3 για εφαρμογές φυτοπροστασίας. Η παραγωγή τους όπως προαναφέρθηκε θα γίνει με χρήση του ομογενοποιού υπερήχων που διαθέτει η εταιρεία και στην συνέχεια θα δοθούν στην ερευνητική ομάδα του υπεργολάβου (Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας) για να χρησιμοποιηθούν στις in vitro και in vivo δοκιμές εναντίον φυτοπαθογόνων του εδάφους και του φυλλώματος των φυτών και των δένδρων.

Η συγκεκριμένη ενότητα εργασίας πρόκειται να εκτελεστεί από την ερευνητική ομάδα του της POLYHEALTH A.E. Η ερευνητική πρόκειται να χρησιμοποιήσει για την παραγωγή σε αριστοποιημένες συνθήκες των εκχυλισμάτων στερεού υπολείμματος ροδιού κσι πορτοκαλιού έναντι αμοιβής συγκρότημα βιομηχανικών εκχυλιστήρων που λειτουργούν με την αρχή της υπερσύγχρονης υποβοηθούμενης με μικροκύματα εκχύλισης υπό κενό και οι οποίοι είναι εγκατεστημένοι στην Βόρειο Ελλάδα σε Εργοστάσιο εταιρείας που συνεργάζεται με την ομάδα του ΠΘ. Στην συνέχεια τα παραγόμενα εκχυλίσματα προκειται να χρησιμοποιηθούν από την POLYHEALTH A.E. ως α’ ύλες για την παραγωγή των νέων προϊόντων.

2. ΕΝΕΡΓΕΙΕΣ ΣΤΑ ΠΛΑΙΣΙΑ ΤΟΥ ΠΑΚΕΤΟΥ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΠΕ2 & ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Για την παραγωγή των ομογενοποιημένων  μιγμάτων υγρών εκχυλισμάτων για χρήση στη φυτοπροστασία χρησιμοποιήθηκε ο ομογενοποιός υπερήχων συνεχούς λειτουργίας της POLYHEALTH A.E.  (Εικόνα 1) ο οποίος διαθέτει και σύστημα ψύξης του ομογενοποιούμενου ρευστού. Η λειτουργία του ομογενοποιού κατά την ομογενοποίση των υγρών μιγμάτων ήταν στο μέγιστο της ισχύος του και με τη λειτουργία ψύξης ενεργοποιημένη.

Επιπλέον για την ξήρανση με λυοφιλίωση για την παραγωγή των νέων μικτής σύνθεσης αντιμικροβιακών σκονών χρησιμοποιήθηκαν οι βιομηχανικοί λυοφιλιωτές της εταιρείας. (Εικόνα 2.)

Ο απαιτούμενος χρόνος για ικανοποιητική ομογενοποίηση των υγρών μιγμάτων προσδιορίστηκε για κάθε ένα από τα 71 δείγματα (68 μίγματα + 3 κοντρόλ) με χρήση μετρήσεων φασματοσκοπίας ορατού υπεριώδους ανά 1min για σύνολο 5-10 min συνολικά για κάθε δείγμα.

Ο άριστος χρόνος ομογενοποίησης προσδιοριζόταν από το σημείο μείωσης και σταθεροποίησης της απορρόφησης του δείγματος στα 200 nm. Πρέπει επίσης να τονιστεί ότι για όλα τα 71 δείγματα οι αριστοποιημένοι χρόνοι ομογενοποίησης των υγρών μιγμάτων κυμάνθηκαν από 3-4min ο απαιτούμενος χρόνος αποτελεσματικής ομογενοποίησης των υγρών μιγμάτων των τριών φυσικών εκχυλισμάτων ελιάς-ροδιού και πορτοκαλιού βρίσκεται στο διάστημα 3-4 min με χρήση της μέγιστης ισχύος του ομογοενοποιού υπερήχων και με ενεργοποιημένο το σύστημα ψύξης του ομογενοποιούμενου υγρού.

Ως εκ τούτου το βασικό συμπέρασμα είναι ότι χρήση 4 min στο μέγιστο της ισχύος του ομογενοποιού υπερήχων συνεχούς λειτουργίας και με ενεργοποιημένο το σύστημα ψύξης μπορεί να ομογενοποιήσει αποτελεσματικά κάθε ένα από τα υγρά μικτά εκχυλίσματα αλλά και τα απλά εκχυλίσματα δίνοντας τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν ως φυσικά υγρά Φυτοπροστατευτικά προϊόντα.

Οσον αφορά τα αποτελέσματα της βελτιστοποίησης στην παραγωγή αντιμικροβιακών φυσικών σκονών ο πειραματισμός έδειξε ότι:

(α) Ο βέλτιστος χρόνος ομογενοποίησης με υπερήχους για το μίγμα μαλτοδεξτρίνης και μικτών εκχυλισμάτων που προορίζεται για παραγωγή λυοφιλιωμένης αντιμικροβιακής σκόνης είναι, ήταν 4 min.
(β) Η βέλτιστη προσθήκη μαλτοδεξτρίνης DE18 βρέθηκε να είναι 20% w/v στο υγρό μείγμα προκειμένου να δημιουργηθούν σταθερές σκόνες ελεύθερης ροής.
(γ) Ο καλύτερος ενθυλακωτικός παράγοντας σε παραγωγικό και οικονομικό επίπεδο διαπιστώθηκε ότι είναι η μαλτοδεξτρίνη DE18.
(δ) Η βέλτιστη περιεκτικότητα των συνολικών στερεών στο διάλυμα που πρέπει να λυοφιλιοποιηθεί βρέθηκε να είναι 30% w/v και τελικά
(ε) Η βέλτιστη θερμοκρασία αρχικής κατάψυξης βρέθηκε να είναι -35 ^oC

Επιπλέον, το βέλτιστο χρονικό προφίλ θερμοκρασίας και κενού για την επίτευξη παραγωγής σταθερών σκονών ελεύθερης ροής στον ελάχιστο χρόνο είναι:

ΣΤΑΔΙΟ A: από -35^oC έως -10^oC με κενό 0.5 mbar
ΣΤΑΔΙΟ B: από -10^oC έως 5^oC με κενό 0.5 mbar
ΣΤΑΔΙΟ C: από 5^oC έως 43^oC με κενό 0.15 mbar

ενώ ο βέλτιστος συνολικός χρόνος λυοφιλοποίησης που επιτυγχάνεται με την υιοθέτηση των προαναφερθέντων βέλτιστων συνθηκών λυοφιλοποίησης βρέθηκε να είναι 21 ώρες συνολικά.

Επιπλέον, ένα σημαντικό συμπέρασμα που προέκυψε από τη μέτρηση των συνολικών πολυφαινολών των παραγόμενων 71 σκονών μεικτών εκχυλισμάτων είναι ότι ο σχετικός λόγος των στερεών των τριών εκχυλισμάτων που δείχνει τη μέγιστη συγκέντρωση των συνολικών πολυφαινολών είναι αυτός που αντιστοιχεί σε:

Στερεά ελιάς: 90% κ.β., Στερεά ροδιού: 7% κ.β. Στερεά Πορτοκαλιού: 3% κ.β. ακολουθούμενος από:
Στερεά ελιάς: 90% κ.β., Στερεά ροδιού: 10 % κ.β., Στερεά Πορτοκαλιού: 0 % κ.β. ακολουθούμενος από:
Στερεά ελιάς: 80% κ.β., Στερεά ροδιού: 20% κ.β.,  Στερεά Πορτοκαλιού: 0% κ.β. ακολουθούμενος από:
Στερεά ελιάς: 80% κ.β. Στερεά ροδιού: 14% κ.β., Στερεά Πορτοκαλιού: 6% κ.β.

Αυτό σημαίνει ότι τα εκχυλίσματα που είναι πιθανότερο να λειτουργήσουν ως φυσικές αντιμικροβιακές σκόνες είναι εκείνα που περιέχουν περισσότερη πολυφαινόλη ελιάς (80-90% των στερεών) και ότι επιπλέον, η σχετική σύνθεση των στερεών των εκχυλισμάτων του ροδιού και του πορτοκαλιού στον κρύσταλλο διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην τελική δραστική συγκέντρωση των συνολικών πολυφαινολών που καθορίζεται με τη μέθοδο Folin-Ciocalteu, παρά το μικρότερο ποσοστό τους.

Η παρατήρηση αυτή είναι ιδιαίτερα σημαντική για τη βελτιστοποίηση και δικαιολογεί τη βελτιστοποίηση πολλαπλών σημείων που επιλέχθηκε στην παρούσα εργασία, η οποία, στην πραγματικότητα, θα μπορούσε να εφαρμοστεί γενικότερα από την POLYHEALTH Α.Ε. linkγια την ανάπτυξη πρόσθετων ανάλογων εφαρμογών στο μέλλον.

Τέλος, στο πλαίσιο της βιβλιογραφικής έρευνας έγινε σημαντική ανασκόπηση των εφαρμογών των φυσικών εκχυλισμάτων ροδιού και πορτοκαλιού σε τρόφιμα, καλλυντικά και φυτοπροστασία ως αντιμικροβιακοί και αντιοξειδωτικοί παράγοντες. Επίσης, στο πλαίσιο της παρούσας έρευνας, συλλέχθηκε σημαντικός όγκος βιβλιογραφικών πληροφοριών για την αντιμικροβιακή δράση διαφόρων φυσικών ουσιών οι οποίες αποτελούν πλέον στόχους για μελλοντική έρευνα για την περαιτέρω ανάπτυξη συνεργιστικών φυσικών αντιμικροβιακών και αντιοξειδωτικών σκευασμάτων από το Τμήμα Ερευνας και ανάπτυξης της εταιρείας POLYHEALTH A.E..