کشف پتانسیل محافظت عصبی پسماندهای کشاورزی-غذایی: رویکردهای زیستی هدایت ‌شده و استراتژی‌های متابولومیک

بازیابی مواد شیمیایی گیاهی فعال زیستی از محصولات جانبی کشاورزی-غذایی، یک استراتژی ارزش‌گذاری جالب است که به اقتصاد چرخشی و پایداری سیستم غذایی کمک می‌کند. در این زمینه، روش‌های نوآورانه‌ای با تأثیر کم بر محیط زیست، مبتنی بر مایعات تحت فشار (مانند PLE، SFE یا حتی SAF) و با استفاده از حلال‌های عموماً ایمن (GRAS)، توسط گروه تحقیقاتی ما برای استخراج انتخابی این مواد زیستی فعال طبیعی پیشنهاد شده است. هدف این فرآیندها، به دست آوردن ناتریس‌هایی از ترکیباتی مانند فنول‌ها، کاروتنوئیدها، ترپنوئیدها و ویتامین‌ها با پتانسیل تغذیه‌ای بسیار زیاد است.

بر اساس فرضیه‌ای که مواد شیمیایی گیاهی غذایی، مانند ترکیبات ترپن و پلی‌فنول‌ها، را با توسعه آسیب‌های عصبی مانند بیماری آلزایمر (AD) مرتبط می‌داند، یکی از اهداف اصلی تحقیقات ما نشان دادن پتانسیل این مواد شیمیایی گیاهی به عنوان عوامل محافظت‌کننده عصبی است. با در نظر گرفتن ماهیت چند عاملی آسیب‌های عصبی، یک روش کامل از سنجش‌های آزمایشگاهی (in-vitro assays) برای آزمایش پتانسیل آنتی‌کولینرژیک، ظرفیت آنتی‌اکسیدانی و فعالیت ضد التهابی طیف گسترده‌ای از محصولات جانبی صنعت کشاورزی-غذایی؛ عمدتاً باگاس پرتقال، دانه‌ها و پوست میوه‌های گرمسیری، برگ‌های زیتون؛ و همچنین محصولات جانبی زعفران از صنعت مواد مغذی توسعه داده شد.

برای کشف رابطه پیچیده بین ترکیب شیمیایی و فعالیت زیستی مشاهده شده محصولات طبیعی، روش‌های استخراج هدایت‌شده زیستی و به دنبال آن استراتژی‌های داده‌کاوی غیرهدفمند LC/GC-HRMS/MS با موفقیت برای توصیف متابولیت‌های ثانویه زیست‌فعال از زیست‌توده‌های کمتر استفاده‌شده فوق‌الذکر (به عنوان مثال، پروسیانیدین‌ها، ترپنوئیدها، کروسین‌ها، پلی‌فنول‌ها، کاروتنوئیدها و PUFAها) پیاده‌سازی شدند. این ماتریس‌های طبیعی به عنوان منابع امیدوارکننده‌ای از ترکیبات ارتقادهنده سلامت با خواص آنتی‌اکسیدانی، ضدالتهابی یا ضد کولینرژیک اثبات‌شده تحت آزمایش زیست‌فعالی آزمایشگاهی نشان داده شدند.

The recovery of bioactive phytochemicals from agri-food by-products is an interesting valorization strategy that contributes to the circular economy and the sustainability of the food system. In this context, innovative methodologies of low environmental impact, based on pressurized fluids (e.g. PLE, SFE or even SAF) and making use of generally recognized as safe solvents (GRAS), were proposed by our research group for the selective extraction of these natural bioactives. These processes aim to obtain cocktails of compounds such as phenolics, carotenoids, terpenoids and vitamins with enormous nutraceutical potential. Based on the hypothesis that links dietary phytochemicals, such as terpene compounds and polyphenols, with the development of neurodegenerative pathologies such as Alzheimer’s disease (AD), one of the main aims of our research is to demonstrate the potential of these phytochemicals as neuroprotective agents.

Taking into account the multifactorial nature of neurodegenerative pathologies, a complete methodology of in-vitro assays was developed to test the anticholinergic potential, antioxidant capacity and anti-inflammatory activity of a wide variety of by-products from the agri-food industry; mainly, orange bagasse, seeds and skin of tropical fruits, olive leaves; as well as saffron by-products from the nutraceutical industry. To uncover the complex relationship between the chemical composition and the observed bioactivity of the natural products, bioguided extraction procedures followed by untargeted LC/GC-HRMS/MS data-mining strategies were successfully implemented to characterize bioactive secondary metabolites from the abovementioned underused biomasses (e.g., procyanidins, terpenoids, crocins, polyphenols, carotenoids and PUFAs).

These natural matrices were shown as promising sources of health promoting compounds with demonstrated antioxidant, anti-inflammatory or anti-cholinergic properties under in-vitro bioactivity testing.