Nutraceutical properties of extra-virgin olive oils and leaves extracts from autochthonous tuscan olive trees

Extra-virgin olive oil (EVOO) and olive leaves extract (OLE) represent an important source of nutraceutical compounds, including phenolic and polyphenolic compounds such as phenyl alcohols, phenolic acids, lignans, flavones, flavonols and secoiridoids. Secoiridoids are a class of compounds exclusive of Oleaceae family. Oleocanthal and oleacein are the most important secoiridoids present in EVOO, while oleuropein is the main representative in OLE. These compounds possess nutraceutical properties, such as antiproliferative, cardioprotective, antioxidant and anti-inflammatory properties. My PhD project was focused on the study of the phenolic and polyphenolic compounds in EVOO and in OLE and it was aimed to several parallel objectives:  Development of efficient methods for the extraction and the purification of oleocanthal and oleacein from EVOOs During this PhD, new procedures were developed by improving previous extraction and purification methods, obtaining significant quantities of oleacein and oleocanthal from fresh EVOO, with good purity.  Study of the nutraceutical properties of oleocanthal and oleacein Oleocanthal and oleacein extracted and purified from EVOOs were then submitted to pharmacological studies to investigate their nutraceutical properties. The results of these studies highlighted the role of the two secoiridoids in obesity-associated adipocytes inflammation and in the NF-κB pathway. The ability of oleacein to inhibit the proliferation of skin melanoma cells in vitro (501Mel cells) was demonstrated. Moreover, the antifibrotic effect of oleocanthal, in both in vitro an in vivo models of liver fibrosis, was proved.  Study of the variations in the phenolic and polyphenolic composition of EVOOs during storage This study was conducted by analysing several EVOOs using HPLC methods developed during this PhD thesis. The results of these analyses confirmed that the phenolic compounds present in EVOO underwent a hydrolytic process during storage. However, the evolution of this pathway differs in each EVOO sample, and it is strongly related to storage condition.  Study of novel components in EVOOs and their potential nutraceutical properties The oxidative process involving phenolic and polyphenolic compounds in EVOO are poorly investigated. A new oleocanthal oxidation product, named oleocanthalic acid, has been recently identified and preliminary studies showed the potential neuroprotective properties of this compound. My attention was therefore focused on obtaining oleocanthalic acid with high purity in order to submit it to further studies for its nutraceutical properties investigation. A detailed assessment of its in vitro radicals quenching activity was performed for the first time, demonstrating its scavenging capacity against reactive oxygen species.  Study of composition of Tuscan EVOOs for the determination of their geographical traceability This part of my PhD work was carried out as a part of a project aimed to develop a model that would allow to verify and guarantee the origin of the oil, indissolubly linking it to its production area. In particular, I studied the characteristics of forty Tuscan EVOOs (free acidity, phenolic compounds content and main fatty acids content). The results of these analyses will be correlated with other parameters studied, such as the concentration of macro-elements, micro-elements, essential and non-essential trace elements, as well as rare earth elements, present both in the samples of EVOOs and in those of soil where the olive trees were cultivated.  Development of devices useful in tissue regeneration fields from olive leaves phytoextracts (OLEs) obtained from autochthonous Tuscan olive trees Cultivars This part of my research was carried out under a project that aims to study biocompatible fibers incorporating OLEs for the development of biomedical devices useful in the tissue regeneration field. In particular, I analysed the phenolic and polyphenolic composition of several OLEs in order to select the most appropriate one to incorporate into the biopolymers. I therefore confirmed the incorporation of the OLE into the biopolymers and their capability to release the OLE phenols and polyphenols. Furthermore, the biopolymers incorporating OLE showed promising anti-inflammatory and immunomodulatory properties, useful for the development of devices.

L’olio extravergine d’oliva (Extra-Virgin Olive Oil, EVOO) e l’estratto di foglie d’ulivo (Olive Leaves Extract, OLE) rappresentano un'importante fonte di composti nutraceutici, tra cui si annoverano composti a struttura fenolica e polifenolica come i fenil alcoli, gli acidi fenolici, i lignani, i flavoni, i flavonoli ed i secoiridoidi, una classe di composti esclusivi della famiglia delle Oleaceae. I secoiridoidi principalmente presenti nell’EVOO sono l’oleaceina e l’oleocantale, mentre nelle foglie si ritrova l’oleuropeina. Questi composti possiedono proprietà nutraceutiche, quali quelle antiproliferative, cardioprotettive, antiossidanti ed antinfiammatorie. Il progetto di ricerca della mia tesi di dottorato è stato focalizzato sullo studio dei composti fenolici e polifenolici presenti nell’EVOO e nell’OLE e si è articolato in varie direttrici:  Sviluppo di metodi efficienti per l'estrazione e la purificazione di oleocantale ed oleaceina da EVOOs Durante il dottorato sono state messe a punto delle procedure che hanno permesso di ottimizzare le precedenti metodiche di estrazione e purificazione ottenendo quantità significative di oleaceina ed oleocantale con buona purezza, partendo da EVOO fresco.  Studio delle proprietà nutraceutiche di oleocantale ed oleaceina L’oleocantale e l’oleaceina estratti e purificati dagli EVOOs sono stati sottoposti a studi farmacologici al fine di investigare le loro proprietà nutraceutiche. Questi studi hanno evidenziato il ruolo dei due secoiridoidi nell'infiammazione degli adipociti associata all'obesità e nella via di segnale NF-κB. È stato possibile evidenziare la capacità dell'oleaceina di inibire la proliferazione delle cellule di melanoma cutaneo in vitro (cellule 501Mel). Inoltre, è stato provato che l'oleocantale esercita un effetto anti-fibrotico, sia su modelli in vitro che in vivo di fibrosi epatica.  Studio delle variazioni della composizione fenolica e polifenolica degli EVOOs nel tempo Queste ricerche sono state condotte analizzando differenti EVOOs mediante metodiche HPLC sviluppate in questo dottorato. I risultati di queste analisi hanno confermato che i composti fenolici presenti nell’EVOO subiscono nel tempo un processo idrolitico, che differisce in ciascun campione di EVOO ed è fortemente correlato alle condizioni di conservazione.  Studio di nuovi componenti negli EVOOs e delle loro potenziali proprietà nutraceutiche Tra i pochi studi relativi ai processi ossidativi subiti dai composti fenolici e polifenolici presenti nell’EVOO, recentemente è stato individuato un nuovo prodotto di ossidazione dell’oleocantale, l’acido oleocantalico, che da studi preliminari è risultato essere particolarmente interessante per le sue potenziali proprietà neuroprotettive. La mia attenzione si è quindi focalizzata sull’acido oleocantalico al fine di ottenerlo ad alto grado di purezza, per poterlo poi sottoporre ad ulteriori studi per investigare le sue proprietà nutraceutiche. È stata valutata per la prima volta la sua attività antiossidante, dimostrando che l’acido oleocantalico possiede un’attività radical scavenging di specie reattive dell’ossigeno.  Studio della composizione di EVOOs toscani per la determinazione della loro tracciabilità geografica Questa parte della mia attività è stata svolta nell’ambito di un progetto che si propone di sviluppare un modello che permetta di verificare e garantire l’origine dell’olio, legandolo indissolubilmente al suo territorio di produzione. In particolare, mi sono dedicata allo studio delle caratteristiche di quaranta EVOOs toscani (acidità totale, contenuto dei composti fenolici e dei principali acidi grassi) al fine di correlarle con dati relativi ad altri parametri, quali la concentrazione di macroelementi, microelementi, elementi in traccia essenziali e non essenziali, nonché terre rare, presenti sia nei campioni di EVOOs che in quelli di suolo dove gli ulivi sono stati coltivati.  Sviluppo di device utili nel campo della rigenerazione tissutale a partire da fitoestratti di foglie d’ulivo (OLEs) ottenute da ulivi di Cultivar autoctone toscane Questa parte dell’attività di ricerca è stata svolta nell’ambito di un progetto che ha come obiettivo quello di studiare fibre biocompatibili che incorporano OLEs per lo sviluppo di dispositivi biomedicali utili nel processo di rigenerazione tissutale. Nell’ambito di questo progetto mi sono dedicata all’analisi di diversi OLEs al fine di selezionare quello più appropriato in termini di composizione fenolica e polifenolica, che è stato quindi incorporato nei biopolimeri. Ho quindi confermato l’avvenuta incorporazione dell’OLE nei biopolimeri e verificato che questi fossero in grado di rilasciare i fenoli ed i polifenoli dell’OLE. Inoltre, è stato dimostrato che i biopolimeri che incorporano l’OLE possiedono promettenti proprietà anti-infiammatorie ed immunomodulatorie, utili per il possibile sviluppo dei device.