Development and validation of LC-MS and NMR methods for the qualitative and quantitative determination of carotenoids in foods and byproducts

Τα τελευταία χρόνια, οι νέες καταναλωτικές συνήθειες έδωσαν ώθηση στην αγορά φυσικών προϊόντων με ευεργετικές ιδιότητες. Επιπρόσθετα, η αύξηση των φυσικών παραπροϊόντων καθιστά ως επιτακτική ανάγκη την αξιοποίησή τους μέσω της παραλαβής βιοδραστικών ενώσεων από αυτά. Στην παρούσα διατριβή, μελετήθηκε η ανάκτηση καροτενοειδών από παραπροϊόντα φυτικής (βερίκοκα) ή ζωϊκής (κεφάλι γαρίδας) προέλευσης και από λιπιδικά τρόφιμα (κρόκος αυγών και σώμα γαρίδας) εφαρμόζοντας μια συνδυαστική αναλυτική προσέγγιση που περιλαμβάνει (α) εκχυλίσεις υψηλών ενεργειών με χρήση συμβατικών και καινοτόμων πράσινων διαλυτών (φυσικοί βαθιά ευτηκτικοί διαλύτες, NADES) και πειραματικού σχεδιασμού (DOΕ) (β) υγροχρωματογραφία συζευγμένη με φασματομετρία μάζας (LC-MS/MS) και φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR) και (γ) μοντέλων πολυμεταβλητής στατιστικής ανάλυσης. Πιο συγκεκριμένα, εφαρμόστηκε εκχύλιση με υπερήχους (UAE) και με μικροκύματα (ΜΑΕ) για την παραλάβη καροτενοειδών από τα μελετούμενα υποστρώματα. Οι συνθήκες εκχύλισης βελτιστοποιήθηκαν με δυο διαφορετικά DOE μοντέλα (23 full factorial design, Box-Behnken design). Η LC-MS/MS ποσοτικοποίηση των καροτενοειδών υπέδειξε την καταλληλότερη μεθόδο εκχύλισης για κάθε υπόστρωμα. Τα φάσματα NMR (1D-, 2D-NMR) ανέδειξαν το μεταβολικό αποτύπωμα των εκχυλισμάτων παραπροϊόντων βερίκοκου συναρτήσει των τεχνικών και συνθηκών εκχύλισης. Η ταυτοποίηση των συνεκχυλιζόμενων μεταβολιτών υπεύθυνων για την ταξινόμηση των εκχυλισμάτων και η αξιολόγηση της επίδραση των συνθηκών εκχύλισης σε αυτούς πραγματοποιήθηκε μέσω μοντέλων πολυμεταβλητής στατιστικής ανάλυσης (PCA, OPLS-DA). Συνοψίζοντας, η μελλοντική πιλοτική εφαρμογή της παρούσας αναλυτικής μεθοδολογίας μπορεί να οδηγήσει στην μετατροπή των παραπροϊόντων σε προϊόντα υψηλής προστιθέμενης αξίας και στην εμπορική αξιοποίησή τους σε διάφορους τομείς της βιομηχανίας (τρόφιμα, φάρμακα, καλλυντικά, τροφοφάρμακα)In recent years, consumers’ changing preferences created a new flourishing economy based on products containing natural extracts with health-promoting properties. Furthermore, as food-industry waste turns into a global concern, the valorization of bioactive compounds from byproducts of plant or animal origin is an urgent need. In this thesis, we studied the recovery of carotenoids from byproducts of plant (apricots) and animal (shrimp head) natural substrates and lipid food matrices (egg yolk and shrimp body) by implementing an integrated analytical platform including (a) experimental design (DOE)-based high energy extraction processes using conventional and innovative green extraction solvents (natural deep eutectic solvents, NADES), (b) high throughput analytical techniques (Liquid Chromatography-Mass Spectrometry, LC-MS/MS and Νuclear Μagnetic Resonance spectroscopy, NMR) and (c) multivariate unsupervised (PCA) and supervised (OPLS-DA) statistical analysis. In particular, ultrasound-assisted (UAE) and microwave-assisted extraction (MAE) were applied for the recovery of carotenoids from the examined substrates. The optimization of extraction conditions was carried out by using a two-level screening (23 full factorial) model and a response surface methodology (RSM) model (Box-Behnken design). A LC-MS/MS method was developed for the quantitation of carotenoids in order to determine the most efficient extraction approach for each substrate. Moreover, 1D- and 2D-NMR spectroscopy were applied to obtain the metabolic fingerprint of apricot byproducts’ extracts in response to extraction techniques and conditions. PCA and OPLS-DA models allowed the classification of apricots extracts and provided information about co-extracted secondary metabolites. To sum up, the current thesis provide a proof-of-concept for the future large-scale implementation of the developed analytical platform for the conversion of natural byproducts to high-added value nutraceuticals and for the commercial exploitation of lipid foods of high bioactive content

Effects of Burkholderia thailandensis rhamnolipids on the unicellular algae Dunaliella tertiolecta

The effects of rhamnolipids (RLs) produced and further purified from Burkholderia thailandensis, on the unicellular microalgae Dunaliella tertiolecta were investigated, in terms of RLs ability to affect algal growth, photosynthetic apparatus structure and energy flux, round and through photosystems II and I. Specifically, 24–48 h RLs-treated algae (RLs at concentrations ranged from 5 to 50 mg L−1) showed significantly decreased levels of growth rate, while increased levels of Chl a and b were obtained only in 72–96 h RLs-treated algae. Similarly, although no changes were obtained in the Chl a/b ratio and almost all chlorophyll fluorescence parameters over time, yields of electron transport (ϕR0, ϕE0) and respective performance index (PItotal) were negatively affected at 72 and 96 h. Based on those findings, it seems that the inhibitory effect of RLs on the algae growth rate after 24 and 48 h and the gradual attenuation of the phenomenon (after 72 h of exposure), may indicate the initial response of the organism, as well as algae ability to overcome, since RLs showed no effects on algae photosynthetic ability. Those findings reveal for the first time that RLs from Burkholderia thailandensis are not harmful for Dunaliella tertiolecta. However, further studies with the use of more aquatic species could be essential for assessing the RLs-mediated effects on aquatic biota

Optimization of Ultrasound- and Microwave-Assisted Extraction for the Determination of Phenolic Compounds in Peach Byproducts Using Experimental Design and Liquid Chromatography–Tandem Mass Spectrometry

The conversion of plant byproducts, which are phenolic-rich substrates, to valuable co-products by implementing non-conventional extraction techniques is the need of the hour. In the current study, ultrasound- (UAE) and microwave-assisted extraction (MAE) were applied for the recovery of polyphenols from peach byproducts. Two-level screening and Box–Behnken design were adopted to optimize extraction efficiency in terms of total phenolic content (TPC). Methanol:water 4:1% v/v was the extraction solvent. The optimal conditions of UAE were 15 min, 8 s ON-5 s OFF, and 35 mL g−1, while MAE was maximized at 20 min, 58 °C, and 16 mL g−1. Regarding the extracts’ TPC and antioxidant activity, MAE emerged as the method of choice, whilst their antiradical activity was similar in both techniques. Furthermore, a liquid chromatography–tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) method was developed and validated to determine chlorogenic acid and naringenin in byproducts’ extracts. 4-Chloro-4′-hydroxybenzophenone is proposed as a new internal standard in LC-MS/MS analysis in foods and byproducts. Chlorogenic acid was extracted in higher yields when UAE was used, while MAE favored the extraction of the flavonoid compound, naringenin. To conclude, non-conventional extraction could be considered as an efficient and fast alternative for the recovery of bioactive compounds from plant matrices

Ανάπτυξη και επικύρωση μεθόδων LC-MS και NMR για τον ποιοτικό και ποσοτικό προσδιορισμό καροτενοειδών σε τρόφιμα και παραπροϊόντα

In recent years, consumers’ changing preferences created a new flourishing economybased on products containing natural extracts with health-promoting properties.Furthermore, as food-industry waste turns into a global concern, the valorization ofbioactive compounds from byproducts of plant or animal origin is an urgent need. In thisthesis, we studied the recovery of carotenoids from byproducts of plant (apricots) andanimal (shrimp head) natural substrates and lipid food matrices (egg yolk and shrimpbody) by implementing an integrated analytical platform including (a) experimental design(DOE)-based high energy extraction processes using conventional and innovative greenextraction solvents (natural deep eutectic solvents, NADES), (b) high throughputanalytical techniques (Liquid Chromatography-Mass Spectrometry, LC-MS/MS andΝuclear Μagnetic Resonance spectroscopy, NMR) and (c) multivariate unsupervised(PCA) and supervised (OPLS-DA) statistical analysis. In particular, ultrasound-assisted(UAE) and microwave-assisted extraction (MAE) were applied for the recovery ofcarotenoids from the examined substrates. The optimization of extraction conditions wascarried out by using a two-level screening (23 full factorial) model and a response surfacemethodology (RSM) model (Box-Behnken design). A LC-MS/MS method was developedfor the quantitation of carotenoids in order to determine the most efficient extractionapproach for each substrate. Moreover, 1D- and 2D-NMR spectroscopy were applied toobtain the metabolic fingerprint of apricot byproducts’ extracts in response to extractiontechniques and conditions. PCA and OPLS-DA models allowed the classification ofapricots extracts and provided information about co-extracted secondary metabolites. Tosum up, the current thesis provide a proof-of-concept for the future large-scaleimplementation of the developed analytical platform for the conversion of naturalbyproducts to high-added value nutraceuticals and for the commercial exploitation of lipidfoods of high bioactive content.Τα τελευταία χρόνια, οι νέες καταναλωτικές συνήθειες έδωσαν ώθηση στην αγοράφυσικών προϊόντων με ευεργετικές ιδιότητες. Επιπρόσθετα, η αύξηση των φυσικώνπαραπροϊόντων καθιστά ως επιτακτική ανάγκη την αξιοποίησή τους μέσω τηςπαραλαβής βιοδραστικών ενώσεων από αυτά. Στην παρούσα διατριβή, μελετήθηκε ηανάκτηση καροτενοειδών από παραπροϊόντα φυτικής (βερίκοκα) ή ζωϊκής (κεφάλιγαρίδας) προέλευσης και από λιπιδικά τρόφιμα (κρόκος αυγών και σώμα γαρίδας)εφαρμόζοντας μια συνδυαστική αναλυτική προσέγγιση που περιλαμβάνει (α) εκχυλίσειςυψηλών ενεργειών με χρήση συμβατικών και καινοτόμων πράσινων διαλυτών (φυσικοίβαθιά ευτηκτικοί διαλύτες, NADES) και πειραματικού σχεδιασμού (DOΕ) (β)υγροχρωματογραφία συζευγμένη με φασματομετρία μάζας (LC-MS/MS) καιφασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR) και (γ) μοντέλωνπολυμεταβλητής στατιστικής ανάλυσης. Πιο συγκεκριμένα, εφαρμόστηκε εκχύλιση μευπερήχους (UAE) και με μικροκύματα (ΜΑΕ) για την παραλάβη καροτενοειδών από ταμελετούμενα υποστρώματα. Οι συνθήκες εκχύλισης βελτιστοποιήθηκαν με δυοδιαφορετικά DOE μοντέλα (23 full factorial design, Box-Behnken design). Η LC-MS/MSποσοτικοποίηση των καροτενοειδών υπέδειξε την καταλληλότερη μεθόδο εκχύλισης γιακάθε υπόστρωμα. Τα φάσματα NMR (1D-, 2D-NMR) ανέδειξαν το μεταβολικόαποτύπωμα των εκχυλισμάτων παραπροϊόντων βερίκοκου συναρτήσει των τεχνικών καισυνθηκών εκχύλισης. Η ταυτοποίηση των συνεκχυλιζόμενων μεταβολιτών υπεύθυνωνγια την ταξινόμηση των εκχυλισμάτων και η αξιολόγηση της επίδραση των συνθηκώνεκχύλισης σε αυτούς πραγματοποιήθηκε μέσω μοντέλων πολυμεταβλητής στατιστικήςανάλυσης (PCA, OPLS-DA). Συνοψίζοντας, η μελλοντική πιλοτική εφαρμογή τηςπαρούσας αναλυτικής μεθοδολογίας μπορεί να οδηγήσει στην μετατροπή τωνπαραπροϊόντων σε προϊόντα υψηλής προστιθέμενης αξίας και στην εμπορικήαξιοποίησή τους σε διάφορους τομείς της βιομηχανίας (τρόφιμα, φάρμακα, καλλυντικά,τροφοφάρμακα

Punti di vista e atteggiamenti di insegnanti e studenti riguardo all'educazione teatrale e alle lezioni artistiche con l'obiettivo della loro integrazione nel sistema educativo greco

The present dissertation, entitled "Views and attitudes of teachers and students regarding the Theatrical Education and the art courses with the aim of their integration in the Greek educational system", is a product of the author's research, in the context of her doctorate in the Department of Early Childhood Education, within the Faculty of Education at Florina, at the University of Western Macedonia.In the First Part, we present stimuli drawn from the most popular teaching methods of theatrical practices, such as Dramatization, Theatrical Play, Improvisation, Puppet Theatre, Shadow Play, Pantomime, Dance, Commedia dell'Arte, etc; these constitute educational instruments that cultivate thought, expression, and creativity in all those involved in the educational process. Also, through the study of the Sciences that serve various educational purposes, we attempt to solve practical problems in a plethora of subjects, such as Mythology, Language Education, Physics, Creative Writing, Special Education, etc., based on skill and improvisation laboratory games. The aforementioned theatrical techniques were applied by the author and her colleagues in all relevant courses, in order to help students understand themselves and the social environment, as well as the subject at hand. This entailed exercises of collectivity, communication, imagination, creative expression, as well as experiential representation of the material taught, based on the existing textbooks.In the Second Part we note the statistical results that emerged through the questionnaires answered by both teachers and students. Taking into account that Art is not adequately cultivated within educational structures, the point of view expressed by both teachers and students/ pupils, through questionnaires and Observation Sheets, indicated that, in the modern School, learning can be made easier for everyone through Theatre. Teaching becomes multi-sensory and involves many senses simultaneously: touch, sight, movement, and sound. In fact, teachers seem willing to employ alternative learning strategies, such as theatrical techniques in the classroom, and to carry out the instruction of all subjects in this manner in order to achieve their goal, as long as they are well-trained, inspired, and supported by the relevant legislation. The conclusions and statistical tables of the entire research are also presented in this Part. Finally, the profile of a good teacher was formulated, based on the characteristics proposed by the teachers and students/pupils.Η παρούσα διατριβή με τίτλο «Απόψεις και στάσεις εκπαιδευτικών και μαθητών-φοιτητών ως προς τη Θεατρική Αγωγή και τα καλλιτεχνικά μαθήματα με στόχο την ένταξή τους στο ελληνικό εκπαιδευτικό σύστημα» είναι προϊόν της έρευνας της συγγραφέως στο πλαίσιο της εκπόνησης του διδακτορικού της στο Παιδαγωγικό Τμήμα Νηπιαγωγών, της Παιδαγωγικής Σχολής Φλώρινας, του Πανεπιστημίου Δυτικής Μακεδονίας.Στο Πρώτο Μέρος αντλούμε ερεθίσματα από τις πιο δημοφιλείς μεθόδους διδασκαλίας θεατρικών πρακτικών, όπως η Δραματοποίηση, το Θεατρικό Παιχνίδι, ο Αυτοσχεδιασμός, κ.ά., οι οποίες αποτελούν ένα εκπαιδευτικό εργαλείο που καλλιεργεί την σκέψη, την έκφραση και τη δημιουργικότητα όλων όσων εμπλέκονται στην εκπαιδευτική διαδικασία. Επίσης μέσα από τη μελέτη των Επιστημών που υπηρετούν ποικίλους εκπαιδευτικούς σκοπούς, προσπαθούμε να επιλύσουμε πρακτικά προβλήματα με γνώμονα όλα σχεδόν τα διδακτικά αντικείμενα, όπως η Γλώσσα, η Φυσική, η Δημιουργική Γραφή, βασιζόμενοι σε εργαστηριακά παιχνίδια δεξιοτήτων και αυτοσχεδιασμών. Οι θεατρικές τεχνικές εφαρμόστηκαν από την υπογράφουσα και συναδέλφους της σε όλα τα σχετικά μαθήματα, με στόχο να βοηθήσουν τους μαθητές να κατανοήσουν τον εαυτό τους και τον κοινωνικό περίγυρο. Πρόκειται για ασκήσεις συλλογικότητας, επικοινωνίας, φαντασίας, δημιουργικής έκφρασης, αλλά και βιωματικής αναπαράστασης όλων αυτών που διδάσκονται με βάση τα ήδη υπάρχοντα σχολικά βιβλία.Στο Δεύτερο Μέρος καταγράφουμε τα στατιστικά αποτελέσματα της έρευνας που προέκυψαν μέσα από τα ερωτηματολόγια τόσο των εκπαιδευτικών όσο και των φοιτητών /μαθητών. Δεδομένου ότι η καλλιέργεια της Τέχνης δεν ικανοποιείται όσο θα έπρεπε στις εκπαιδευτικές δομές, η άποψη τόσο των εκπαιδευτικών, όσο και των φοιτητών/ μαθητών μέσα από ερωτηματολόγια και Φύλλα Παρατήρησης κατέδειξε, ότι, στο σύγχρονο Σχολείο, η μάθηση μπορεί να γίνει ευκολότερη γι’ όλους μέσα από το Θέατρο. Η διδασκαλία γίνεται πολυ-αισθητηριακή και περιλαμβάνει πολλές αισθήσεις ταυτόχρονα: αφή, όραση, κίνηση και ήχο. Οι εκπαιδευτικοί, άλλωστε, φαίνονται πρόθυμοι να ακολουθήσουν εναλλακτικές στρατηγικές μάθησης, όπως είναι οι Θεατρικές τεχνικές στις αίθουσες διδασκαλίας και να εξυπηρετήσουν την παράδοση όλων των μαθημάτων ανεξαιρέτως με αυτόν τον τρόπο, αρκεί να είναι καλά εκπαιδευμένοι, εμπνευσμένοι, υποστηριζόμενοι από τη νομοθεσία προκειμένου να επιτευχθεί ο στόχος τους. Στο ίδιο Μέρος δίνονται επίσης τα συμπεράσματα και οι στατιστικοί πίνακες από όλη την έρευνα. Με βάση τα χαρακτηριστικά που δήλωσαν οι εκπαιδευτικοί και οι φοιτητές/μαθητές, διαμορφώθηκε το προφίλ του καλού εκπαιδευτικού