Αξιοποίηση παραπροϊόντων οινοποιίας για την ανάπτυξη βιοδραστικών εκχυλισμάτων και καινοτόμων προϊόντων κοσμετολογίας στα πλαίσια της βιοκυκλικής οικονομίας - Μαυρίδου, Εμορφίλη (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ). Εργαστήριο Σχεδιασμού και Ανάλυσης Διεργασιών, 2018)
Τα οινοποιεία αποτελούν ένα σημαντικό τομέα της εγχώριας και παγκόσμιας βιομηχανίας καθώς επεξεργάζονται ετησίως περίπου 30 εκατομμύρια τόνους σταφυλιών, ποσό που αντιστοιχεί στο 15% της συνολικής παραγωγής σταφυλιών. Σε Ευρωπαϊκό επίπεδο συλλέγονται ετησίως 14,5 εκατομμύρια τόνοι αποβλήτων, τα οποία περιλαμβάνουν βόστρυχους, στέμφυλα, γίγαρτα και οινολάσπη. Η αξιοποίηση αυτών προς την παραγωγή προϊόντων προστιθέμενης αξίας όχι μόνο θα ευνοήσει τη μείωση του περιβαλλοντικού αντίκτυπου, αλλά και θα αποφέρει οικονομικά οφέλη, στα πλαίσια του μοντέλου της κυκλικής οικονομίας. Στην παρούσα διπλωματική εργασία έγινε προσπάθεια αξιοποίησης οινολάσπης τριών διαφορετικών γηγενών ποικιλιών, για την ανάκτηση βιοδραστικών ενώσεων με ιδιαίτερη βιολογική αξία και ενσωμάτωσή τους σε καλλυντικές κρέμες προσώπου. Είναι ευρέως γνωστό ότι τα σταφύλια περιέχουν μεγάλη ποσότητα φαινολικών ενώσεων με ισχυρή αντιοξειδωτική δράση, οι οποίες μεταβιβάζονται τόσο στο τελικό προϊόν όσο και στα οινοποιητικά παραπροϊόντα, γεγονός που κατηύθυνε την έρευνα γύρω από αυτές. Τα παραπροϊόντα από τρεις ποικιλίες, αυτών του Ξινόμαυρου, του Ασύρτικου και της Μαλαγουζιάς εκχυλίστηκαν με την πράσινη συζευγμένη μέθοδο υπερήχων και μικροκυμάτων με τη χρήση του συστήματος νερού/αιθανόλης ως διαλύτη και χρησιμοποιούμενη αναλογία στερεού προς υγρό 1:50 (g/ml). Η τεχνική της εκχύλισης εφαρμόστηκε τόσο σε νωπά όσο και σε ξηρά δείγματα οινολάσπης, με σκοπό τη μελέτη επίδρασης της ξήρανσης στην ανάκτηση του φαινολικού περιεχομένου. Οι μέθοδοι ξήρανσης που χρησιμοποιήθηκαν ήταν η ξήρανση σε ρεύμα αέρα και η ξήρανση υπό κατάψυξη, δίνοντας τις υψηλότερες αποδόσεις εκχύλισης (g εκχυλίσματος/100 g ξηρού υλικού) για το Ξινόμαυρο, ίσες με 14,47% και 17,02%. Η αντιοξειδωτική ικανότητα μετρήθηκε ποσοτικά με τη μέθοδο μέτρησης αποικοδόμησης της ρίζας 2,2-διφαινυλο-1-πικρυλο-υδραζιλίου (DPPH) και εκφράστηκε μέσω του δείκτη IC50 (mg ξηρού στερεού/ml διαλύτη), ενώ ακολούθησε και ο ποσοτικός προσδιορισμός του φαινολικού φορτίου με τη μέθοδο Folin-Ciocalteu. Την ισχυρότερη αντιοξειδωτική δράση μεταξύ νωπών και ξηρών δειγμάτων εμφάνισε η ερυθρή ποικιλία Ξινόμαυρο, με την μικρότερη τιμή IC50=0,66 mg/ml να προκύπτει από τα ξηραμένα σε ρεύμα αέρα δείγματα, τα οποία στη συνέχεια εκχυλίστηκαν με υπερήχους, ενώ η αντίστοιχη τιμή φαινολικού φορτίου ήταν ίση με 1775,0 ppm GAE, υποδεικνύοντας τη σημασία της ξήρανσης και της εκχύλισης στο ανακτώμενο βιοδραστικό περιεχόμενο. Κατόπιν, επιλέχθηκε το βέλτιστο εκχύλισμα Ξινόμαυρου, υπό όρους αντιοξειδωτικής δράσης και φαινολικού περιεχομένου, για εγκλεισμό σε μήτρα εμπορικά διαθέσιμου υδατικού διαλύματος β-κυκλοδεξτρίνης με τη μέθοδο της ηλεκτροστατικής ινοποίησης. Οι συνθήκες που επιλέχθηκαν από τις πειραματικές μετρήσεις ήταν 0,4 ml/h για τη β-κυκλοδεξτρίνη, 0,08 ml/h για το εκχύλισμα και επιβαλλόμενη τάση 27,1 kV. Ακολούθησε ο χαρακτηρισμός των νανοϊνών με τη μέθοδο της Διαφορικής Θερμιδομετρίας Σάρωσης (DSC) και της Φασματοσκοπίας Υπερύθρου (FTIR), μέσω των οποίων αποδείχθηκε η δημιουργία νέου συμπλόκου. Ειδικότερα, από την πρώτη ανάλυση προέκυψε ότι αυξήθηκε τόσο το σημείο υαλώδους μετάπτωσης από 38,364 °C σε 45,338 °C, όσο και το σημείο τήξης του εχκυλίσματος από 105,396℃ σε 125,141 ℃, ενώ από την ανάλυση FTIR για νανοΐνες κυκλοδεξτρίνης και νανοΐνες κυκλοδεξτρίνης-εκχυλίσματος, προέκυψαν κοινές, μετατοπισμένες αλλά και διαφορετικές κορυφές. Αφού αποδείχθηκε η συμπλοκοποίηση, βρέθηκε το ποσοστό εγκλεισμού ίσο με 44%. Αυτό εξηγείται από την υδροβοφική, λιπόφιλη κοιλότητα της κυκλοδεξτρίνης, η οποία σχηματίζει σταθερότερα σύμπλοκα εγκλεισμού με υδροφοβικές ουσίες. Στη συνέχεια παρασκευάστηκαν δύο δείγματα καλλυντικών κρεμών, ένα που χρησίμευσε ως δείγμα αναφοράς και ένα με την κρέμα-βάση αναμειγμένη με συμπλοκοποιημένες νανοδομές. Τα δείγματα αυτά διατηρήθηκαν στο ψυγείο (4°C) και εξετάστηκε η οργανοληπτική και φυσικοχημική σταθερότητά τους για διάστημα 20 ημερών. Από την ανάλυση pH παρουσιάστηκε μικρή πτωτική τάση για το δείγμα που περιείχε νανοΐνες, και αυτό ερμηνεύεται από την σταδιακή αποδέσμευση των βιοδραστικών, ενώ και τα δύο ήταν εντός των επιτρεπτών ορίων για εφαρμογή στο πρόσωπο (μεταξύ 4,9-5,5). Από τον οργανοληπτικό έλεγχο προέκυψε ότι και τα δύο δείγματα διατήρησαν παρόμοια οσμή, ενώ η κρέμα με τις νανοΐνες ήταν ελαφρώς πιο υδαρής στην υφή, με κιτρινωπές αποχρώσεις. Αναφορικά με το χρώμα, αυτό διατηρήθηκε σταθερό στο πέρασμα των ημερών και για τις δύο κρέμες, ενώ εντοπίστηκε διαφορά στον παράγοντα b μεταξύ τους για ίδιες χρονικές στιγμές, με μεγαλύτερη τιμή για την κρέμα με τις νανοΐνες, γεγονός που την καθιστά πιο κίτρινη και συμφωνεί με το οργανοληπτικό αποτέλεσμα. Τέλος, τα αποτελέσματα Δυναμικής Μηχανικής Ανάλυσης (DMA) έδειξαν ότι τα δείγματα είναι κατάλληλα για πρακτική εφαρμογή στη βιομηχανία καλλυντικών.