ASSESSMENT OF THE INFLUENCE OF PROCESSING CONDITIONS ON THE ANTIOXIDANT POTENTIAL OF EXTRACTS OBTAINED FROM OLIVE OIL INDUSTRY BYPRODUCTS

Abstract

[EN] The main goal of this Thesis was to determine the influence of the main processing stages involved in obtaining natural extracts with high antioxidant potential from byproducts originating in the olive oil industry. Firstly, the effect of freezing and/or the drying methods applied to olive oil byproducts on the polyphenol content and antioxidant capacity of the extracts subsequently obtained was addressed. For this purpose, two byproducts were considered: olive leaves and olive pomace. Secondly, the feasibility of intensifying the extraction of olive leaf polyphenols by means of a new technology, such as power ultrasound, was approached taking both compositional and kinetic issues into account. Thirdly, how the processing conditions (drying and extraction) influence the extract's stability was evaluated. Thus, on the one hand, extracts obtained from olive leaves were subjected to in vitro digestion or dehydrated and stored at different conditions. Finally, the possibility of obtaining a dried vegetable matrix (apple) rich in olive leaf phenolic compounds was explored by addressing the influence of apple pretreatments (blanching and freezing) and drying on the final retention of infused phenolics. The antioxidant potential of extracts and the retention of infused polyphenols in apple were evaluated by means of the total phenolic content and antioxidant capacity analysis, as well as the identification and quantification of the main olive leaf polyphenols by HPLC-DAD/MS-MS. Moreover, in apple samples, the polyphenol oxidase and peroxidase activity and microstructure were also analyzed. The experimental results highlighted that both drying and freezing methods significantly (p<0.05) influenced the concentration of the main polyphenols identified in the olive leaf extracts. Thus, drying at the highest temperature tested was the best processing condition in which to obtain extracts with high antioxidant capacity and phenolic content. Ultrasound application was found to be a relevant, non-thermal way of speeding-up the antioxidant extraction from olive leaves. Thus, by appropriately tuning-up the process variables, the ultrasonic assisted extraction shortened the extraction time from the 24 h needed in conventional extraction to 15 min, without modifying either the extract composition or the antioxidant potential. As far as extract stability is concerned, the processing conditions used for obtaining the olive leaf extracts did not have a meaningful influence on bioaccessibility. Regardless of the method used, stabilizing the extracts by means of dehydration only reduced both the antioxidant capacity and the total phenolic content by around 10 %. Moreover, storage conditions did not show a significant (p<0.05) effect on the antioxidant potential of the extracts for 28 days of storage. A stable dried product (apple), rich in natural phenolic compounds (from olive leaves or tea extracts), was obtained by combining drying-impregnation-drying steps. However, it should be considered that the role of fresh apple drying on the retention of infused olive leaf polyphenols was more important than the further drying of the impregnated apple. In overall terms, olive leaves can be considered a potential source of natural phenolic compounds. Notwithstanding this, the previous drying and freezing steps applied in the raw material processing are decisive factors in the obtaining of natural extracts with high antioxidant potential. Moreover, enhancing the extraction by applying power ultrasound was stated as a non-thermal way of shortening processing times. The stability of olive polyphenols during storage and in vitro digestion was closely related to the individual component considered. Finally, the exploitation of olive leaf extracts as a means of enriching solid foodstuffs requires the use of porous solid matrices free of oxidative enzymes.

[ES] El objetivo principal de esta Tesis fue determinar la influencia de las principales etapas de procesado implicadas en la obtención de extractos naturales con alto potencial antioxidante a partir de los subproductos originados en la industria del aceite de oliva. En primer lugar, se evaluó el efecto de los métodos de congelación y/o secado de la materia prima (hojas y orujo), sobre el contenido polifénolico y la capacidad antioxidante de los extractos. En segundo lugar, se abordó la intensificación de la extracción de polifenoles de hoja de olivo con ultrasonidos de potencia, teniendo en cuenta: composición y la cinética del proceso. A continuación, se estudió cómo las condiciones de procesado (secado y extracción) podían influir en la estabilidad de los extractos. Así, extractos de hojas de olivo fueron sometidos a digestión in vitro o deshidratados y almacenados a distintas condiciones. Por último, se exploró la posibilidad de obtener una matriz vegetal deshidratada (manzana) y rica en compuestos fenólicos de hoja de olivo. Para ello, se evaluó la influencia de los pretratamientos de la manzana (escaldado y congelación) y del secado en la retención final de los polifenoles impregnados. El potencial antioxidante se determinó a través del contenido total en compuestos fenólicos y la capacidad antioxidante y la identificación y cuantificación (HPLC-DAD/MS-MS) de los principales polifenoles. Además, en manzana, se midió la actividad enzimática de la polifenol oxidasa y peroxidasa y se analizó la microestructura. Los resultados manifestaron que el método de secado y el de congelación influyeron significativamente (p<0.05) en la concentración de los principales polifenoles en los extractos. Así, el secado a mayor temperatura resultó ser el mejor tratamiento para obtener extractos con alta capacidad antioxidante y alto contenido fenólico. La aplicación de ultrasonidos resultó ser una alternativa no térmica muy interesante para acelerar la extracción de antioxidantes de hojas de olivo. Con la combinación adecuada de las variables del proceso, la aplicación de ultrasonidos redujo el tiempo de extracción de 24 h necesarias en extracción convencional a 15 min, sin modificar la composición de los extractos y su potencial antioxidante. En cuanto a la estabilidad del extracto, las condiciones de procesado no tuvieron una influencia significativa en la bioaccesibilidad de los extractos. Independientemente del método utilizado, la estabilización de extractos por deshidratación sólo redujo la capacidad antioxidante y el contenido total en compuestos fenólicos en torno a un 10 %. Además, las condiciones de almacenamiento no mostraron ningún efecto significativo (p<0.05) sobre el potencial antioxidante durante los 28 días de almacenamiento. Combinando secado-impregnación-secado, fue posible desarrollar un producto deshidratado (manzana), estable y rico en compuestos fenólicos naturales (de hojas de olivo o extractos de té). No obstante, cabe destacar que el secado de la manzana fresca jugó un papel más importante en la retención de los polifenoles de hoja de olivo infundidos que el secado final de la manzana impregnada. En términos generales, las hojas de olivo pueden considerarse como una fuente potencial de compuestos fenólicos naturales. No obstante, el secado y la congelación durante el procesado de la materia prima son factores decisivos para la obtención de extractos naturales con alto potencial antioxidante. Además, la aplicación de ultrasonidos de potencia durante la extracción puede resultar una alternativa no térmica muy interesante de cara a acortar el tiempo de procesado. La estabilidad de los polifenoles de la hoja de olivo, durante el almacenamiento y la digestión in vitro, dependió claramente del compuesto individual considerado. Finalmente, el empleo del extracto de hoja de olivo como medio para enriquecer alimentos sólidos requiere del uso de matrices s

[CA] L'objectiu principal d'aquesta tesi va ser determinar la influència de les principals etapes de processament implicades en l'obtenció d'extractes naturals amb alt potencial antioxidant procedents de subproductes de la indústria de l'oli d'oliva. En primer lloc, es va estudiar l'efecte de la congelació i/o els mètodes d'assecatge aplicats a fulles d'olivera i pinyolada sobre el contingut fenòlic i la capacitat antioxidant dels extractes. En segon lloc, es va avaluar, tenint en compte la composició i la cinètica del procés, la intensificació de l'extracció de polifenols de fulla d'olivera amb ultrasons de potència. En tercer lloc, es va avaluar com les condicions de processament (assecatge i extracció) poden influir en l'estabilitat dels extractes. Així, extractes de fulles d'olivera van ser sotmesos a una digestió in vitro o deshidratats i emmagatzemats a distintes condicions. Finalment, es va explorar la obtenció d'una matriu vegetal deshidratada (poma) i rica en compostos fenòlics de fulla d'olivera considerant la influència del pretractament de la poma (escaldament i congelació) i de l'assecatge sobre la retenció final dels fenòlics introduïts en la poma. El potencial antioxidant es va avaluar determinant el contingut fenòlic total i la capacitat antioxidant, així com identificant i quantificant els principals polifenols (HPLC-DAD/MS-MS). A més, en poma l'activitat enzimàtica de la polifenoloxidasa i la peroxidasa i la microestructura. Els resultats experimentals van destacar que el mètode d'assecatge i el de congelació van influir significativament (p<0,05) en la concentració dels principals polifenols identificats en els extractes. L'assecatge a la temperatura més alta que es va provar va resultar la millor condició de processament per a obtenir extractes amb una alta capacitat antioxidant i un alt contingut fenòlic. L'aplicació d'ultrasons va ser una manera rellevant i no tèrmica d'accelerar l'extracció d'antioxidants de les fulles d'olivera. Així, amb la combinació adequada de les variables del procés, l'extracció assistida per ultrasons va escurçar el temps d'extracció, de les 24 h requerides en l'extracció convencional a 15 min, sense modificar la composició de l'extracte ni el potencial antioxidant. Quant a l'estabilitat de l'extracte, les condicions de processament utilitzades per a l'obtenció dels extractes de fulla d'olivera no van tenir una influència significativa en la bioaccessibilitat. Independentment del mètode utilitzat, l'estabilització dels extractes per mitjà de la deshidratació només va reduir la capacitat antioxidant i el contingut fenòlic total al voltant d'un 10 %. A més, les condicions d'emmagatzematge (temperatura i forma de l'extracte: líquid o pols) no van mostrar cap efecte significatiu (p<0,05) en el potencial antioxidant dels extractes durant els 28 dies d'emmagatzematge. Combinant etapes d'assecatge-impregnació-assecatge fou possible obtenir un producte assecat estable (poma) i ric en compostos fenòlics naturals (de fulles d'olivera o te). No obstant això, cal destacar que l'assecatge de la poma fresca va ser més important i determinant en la retenció dels polifenols de fulla d'olivera que no l'assecatge de la poma impregnada. En termes generals, les fulles d'olivera es poden considerar com una font potencial de compostos fenòlics naturals. No obstant això, l'aplicació d'assecatge i congelació durant el processament de la matèria primera són factors decisius per a l'obtenció d'extractes naturals amb un alt potencial antioxidant. A més, l'aplicació d'ultrasons de potència durant l'extracció resultà ser una forma no tèrmica de millorar el procés, tot reduint-ne el temps d'extracció. L'estabilitat dels polifenols d'olivera durant l'emmagatzematge i la digestió in vitro va dependre del compost individual considerat. Finalment, la utilització d'extractes de fulla d'olivera per a desenvolupar aliments sòlids enriquits requ