Study of the bioactive content of olive oil products and by-products using high resolution mass spectrometry

Abstract

Olive oil and table olives constitute a significant part of the Mediterranean diet. Both are extensively consumed worldwide as they are associated with longevity and a reduced risk of several diseases. Regarding the first one, its production generates a massive amount of waste (olive leaves, olive pomace and olive mill wastewater) characterized by strong phytotoxic action, causing environmental problems to the whole ecosystem. On the other hand, the importance of table olives is somewhat underestimated, despite the numerous health benefits arising from their chemical compounds. Also, there is a gap in the literature concerning the bioactive profile of some important olive varieties of Greece, such as Kolovi from Lesvos and the effect of the different debittering processes on the level of phenolic compounds encountered in final products. So, this thesis's overall objective was to develop novel methodologies based on LC-QToF-MS for the phenolic profiling of table olives and olive oil by-products, highlighting their nutritional value and antioxidant capacity, respectively.Applying the methodologies described above, a comprehensive characterization of Lesvos' olive varieties was conducted using target and suspect screening approach. Furthermore, a quantitative study was also undertaken to determine the phenolic profile of olives during various debittering processes [Chapter 3]. In addition, the molecular fingerprinting of table olives processed by two different methods (natural and chemical) has been carried out using targeted and untargeted metabolomics workflows. Moreover, by coupling HRMS and chemometrics, characteristic markers for their differentiation were identified [Chapter 4]. Lastly, target and suspect screening approaches were also applied to evaluate metabolic profiles of olive oil by-products derived from the same olive varieties on Lesvos [Chapter 5]. We firmly believe that these developed HRMS methodologies and the experimental outputs of these studies will contribute to promoting North Aegean olives, selecting the most efficient debittering method, and valorizing olive oil by-products in many applications, eliminating their environmental impact.

Το ελαιόλαδο και οι επιτραπέζιες ελιές αποτελούν σημαντικό μέρος της μεσογειακής διατροφής και τα δύο καταναλώνονται εκτενώς σε όλο τον κόσμο καθώς συνδέονται με τη μακροζωία και τον μειωμένο κίνδυνο εμφάνισης αρκετών ασθενειών. Όσον αφορά το πρώτο, η παραγωγή του δημιουργεί τεράστιο αριθμό αποβλήτων (φύλλα ελιάς, ελαιοπυρήνα και κατσίγαρο) τα οποία χαρακτηρίζονται από μεγάλη φυτοτοξική δράση, προκαλώντας περιβαλλοντικά προβλήματα σε όλο το οικοσύστημα. Από την άλλη πλευρά, η σημασία των επιτραπέζιων ελιών είναι μάλλον υποτιμημένη παρά τα πολυάριθμα οφέλη για την υγεία που προκύπτουν από τη χημική τους σύσταση. Επίσης, υπάρχει ένα κενό στη βιβλιογραφία τόσο όσον αφορά το βιοδραστικό προφίλ ορισμένων σημαντικών ποικιλιών ελιάς της Ελλάδας, όπως η Κολοβή από τη Λέσβο, όσο και για την επίδραση των διαφορετικών μεθόδων εκπίκρανσης στο επίπεδο των φαινολικών ενώσεων που βρίσκονται στα τελικά προιόντα. Έτσι, ο γενικός στόχος αυτής της διπλωματικής εργασίας ήταν η ανάπτυξη καινοτόμων μεθοδολογιών βασισμένων στο LC-QTOFMS για τnν εύρεση του φαινολικού προφίλ επιτραπέζιων ελιών και παραπροϊόντων ελαιολάδου, αναδεικνύοντας τη θρεπτική τους αξία και την αντιοξειδωτική τους ικανότητα, αντίστοιχα.Στο πλαίσιο αυτό, με τη χρήση των προαναφερθέντων μεθοδολογιών, πραγματοποιήθηκε ένας ολοκληρωμένος χαρακτηρισμός των ποικιλιών ελιάς της Λέσβου με την εφαρμογή των προσεγγίσεων της στοχευμένης και ύποπτης σάρωσης ενώ ταυτόχρονα μελετήθηκε διεξοδικά το φαινολικό προφίλ των ελιών στις διάφορες διεργασίες εκπίκρανσης με βάση μόνο ποσοτικά δεδομένα [Κεφάλαιο 3]. Επίσης, πραγματοποιήθηκε ενδελεχής μοριακός χαρακτηρισμός επιτραπέζιων ελιών που έχουν υποστεί δύο διαφορετικές μορφές εκπίκρανσης (φυσικός και χημικός) χρησιμοποιώντας διεργασίες στοχευμένης και μη στοχευμένης σάρωσης, ενώ επιλέχθηκαν χαρακτηριστικοί δείκτες για τη μετέπειτα διαφοροποίησή τους με την περαιτέρω σύζευξη του HRMS με τη χημειομετρία [Κεφάλαιο 4]. Τέλος, εφαρμόστηκαν προσεγγίσεις στοχευμένης και ύποπτης σάρωσης για την αξιολόγηση του μεταβολικού προφίλ των παραπροιόντων του ελαιόλαδου προερχόμενων από τις ίδιες ποικιλίες ελιάς της Λέσβου [Κεφάλαιο 5].Είναι ισχυρή μας πεποίθηση ότι αυτές οι μεθοδολογίες HRMS που αναπτύχθηκαν καθώς και τα εξαχθέντα, από τις μελέτες, πειραματικά δεδομένα θα συμβάλουν στην προώθηση των ελιών του Βορείου Αιγαίου, στην επιλογή της πιο αποτελεσματικής μεθόδου εκπίκρανσης και στην αξιοποίηση των παραπροιότων τους ελαιολάδου σε διάφορες εφαρμογές μειώνοντας τις περιβαλλοντικές τους επιπτώσεις.