Εφαρμογή υπολογιστικών τεχνικών για την πρόβλεψη νέων ενισχυτικών γεύσης από εκχυλίσματα βασιλικού

Μπορομπόκα, Άννα

Application of computational techniques to predict novel flavour enhancers from basil extracts

Πτυχιακή εργασία

Author

Μπορομπόκα, Άννα

Date

2024-09-26

Advisor

Κρίτση, Ευτυχία

Πτυχιακή Εργασία (3.669Mb)

Keywords

Βασιλικός (Ocimum Basilicum) ; Φαινολικές ενώσεις ; Μηχανισμοί γεύσης ; Πικρή γεύση ; Ανθρώπινος υποδοχέας πικρής γεύσης TAS2R46 ; Μοριακή πρόσδεση ; Υπολογιστικά εργαλεία πρόβλεψης της γεύσης

Abstract

Η ανθρώπινη γεύση μπορεί να διακριθεί σε πέντε βασικές κατηγορίες: γλυκιά (sweet), πικρή (bitter),όξινη (sour), αλμυρή (salty), και umami. Αποτελεί ένα κρίσιμο χαρακτηριστικό στον ποιοτικό έλεγχο των τροφίμων και ποτών, καθορίζοντας την αποδοχή και την ικανοποίηση των καταναλωτών. Για τον λόγο αυτό, πολυάριθμες μελέτες έχουν επικεντρωθεί στην κατανόηση και τη βελτίωση των γευστικών ιδιοτήτων μέσω εφαρμογής της επιστημονικής έρευνας και της τεχνολογικής καινοτομίας. Στο πλαίσιο αυτό, αν και τα παραπροϊόντα απόσταξης του βασιλικού (Ocimum basilicum L.) ενδέχεται να παρουσιάζουν σημαντικές οικονομικές και περιβαλλοντικές προκλήσεις, προσφέρουν επίσης σημαντικές ευκαιρίες για τη βιομηχανία τροφίμων, συμβάλλοντας στην ανάπτυξη νέων γευστικών προφίλ και προϊόντων. Στην παρούσα πτυχιακή εργασία πραγματοποιήθηκε μελέτη και αξιολόγηση των γευστικών ιδιοτήτων του φαινολικού προφίλ του εκχυλίσματος βασιλικού, μέσω της εφαρμογής in silico τεχνικών. Συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκαν πειράματα Μοριακής Πρόσδεσης (Molecular Docking) και χρησιμοποιήθηκαν υπολογιστικά εργαλεία πρόβλεψης της γεύσης (Virtual MultiTaste και BitterX). Από τα 50 φυτοχημικά συστατικά (κυρίως φαινολικά οξέα, σαλβιανολικά οξέα και φλαβονοειδή) που ταυτοποιήθηκαν με χρήση υγρής χρωματογραφίας συζευγμένης με φασματομετρία μάζας (LC-MS) ,τα περισσότερα παρουσίασαν υψηλή πιθανότητα να διαθέτουν πικρή γεύση. Επομένως, η παρούσα εργασία εστίασε ιδιαίτερα στον ανθρώπινο πικρό υποδοχέα TAS2R46 (ή hTAS2R46). Τα πειράματα μοριακής πρόσδεσης έδειξαν ότι μόνο 8 ενώσεις (Salvianolic acid F, Salvianolic acid A, Isoquercetin, Lithospermic acid A, Sagerinic acid, Salvianolic acid C, Caffeoylferuloyltartaric acid, Rosmarinic acid) παρουσίασαν ικανοποιητικό επίπεδο συγγένειας πρόσδεσης στον πικρό υποδοχέα TAS2R46 σε σύγκριση με τον γνωστό αγωνιστή στρυχνίνη. Αυτό το αποτέλεσμα και η επακόλουθη πικρία αποδόθηκαν στις αλληλεπιδράσεις με τα αμινοξέα Glu265 και Thr180 μέσω άμεσων δεσμών υδρογόνου ή/και με το αμινοξύ Trp88 μέσω ανάπτυξης π-π δεσμού. Επιπλέον, τα αποτελέσματα πρόβλεψης του εργαλείου BitterX (> 50% πιθανότητα πρόσδεσης στον υποδοχέα hTAS2R46) επιβεβαίωσαν την αποτελεσματικότητα της in silico μεθόδου. Ως εκ τούτου, τα τρέχοντα ευρήματα προσφέρουν πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με τα γευστικά χαρακτηριστικά των παραπροϊόντων του βασιλικού, γεγονός που θα συμβάλει στην ανάπτυξη πιο φιλικών προς το περιβάλλον και καινοτόμων εφαρμογών για τα υπολείμματα αρωματικών βοτάνων.

Abstract

Human taste can be divided into five basic categories: sweet, bitter, sour, salty, and umami. It is a critical attribute in the quality control of food and beverages, determining consumer acceptance and satisfaction. For this reason, numerous studies have focused on understanding and improving taste properties through scientific research and technological innovation. In this context, although the by-products of basil (Ocimum basilicum L.) distillation may present significant economic and environmental challenges, they also offer important opportunities for the food industry, contributing to the development of new taste profiles and products. In this thesis, the study and evaluation of the flavor properties of the phenolic profile of basil extract were carried out by applying commercially available in silico techniques. In particular, Molecular Docking experiments were performed, and flavor prediction computer tools (Virtual MultiTaste and BitterX) were used. Out of 50 phytochemicals (mainly phenolic acids, salbic acids, and flavonoids) identified using liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS), most of them showed that they were very likely to have a bitter taste. Therefore, the present work focuses particularly on the human bitter TAS2R46 (or hTAS2R46) receptor. Molecular docking studies showed that only 8 compounds (Salvianolic acid F, Salvianolic acid A, Isoquercetin, Lithospermic acid A, Sagerinic acid, Salvianolic acid C, Caffeoylferuloyltartaric acid, and Rosmarinic acid) showed a higher level of binding affinity to the TAS2R46 bitter receptor compared to its known agonist, strychnine. This result and the subsequent bitterness were attributed to interactions with Glu265 and Thr180 amino acids via direct hydrogen bonds and/or with Trp88 via π-π bonding. Furthermore, the prediction results of the BitterX tool (>50% probability of binding to the hTAS2R46 receptor) confirmed the efficacy of the in silico method. Therefore, the current findings provide valuable information on the taste characteristics of basil by-products, which will contribute to the development of more environmentally friendly and innovative applications for aromatic herb residues.