Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την αξιοποίηση αγροβιομηχανικών αποβλήτων ζωικής και φυτικής προέλευσης ως πηγών βιοδραστικών πεπτιδίων με φαρμακευτικές εφαρμογές, στο πλαίσιο της κυκλικής οικονομίας. Εξετάζονται τα κυριότερα αγροβιομηχανικά υποπροϊόντα, από τη βιομηχανία κρέατος, τα αλιεύματα, τα γαλακτοκομικά, την ελαιοβιομηχανία και τη ζυθοποιία, και αναλύεται η πρωτεϊνική τους σύσταση σε σχέση με το δυναμικό παραγωγής βιοπεπτιδίων υψηλής αξίας. Παρουσιάζονται διεξοδικά οι βιολογικές δράσεις των βιοπεπτιδίων (αντιοξειδωτική, αντιμικροβιακή, αντιυπερτασική μέσω αναστολής ACE, οπιοειδής και αντικαρκινική), με έμφαση στους μοριακούς τους μηχανισμούς. Διενεργείται συγκριτική ανάλυση των τριών κύριων μεθόδων παραγωγής βιοπεπτιδίων, χημικής υδρόλυσης, ενζυμικής υδρόλυσης και μικροβιακής ζύμωσης, με ανάδειξη της ενζυμικής υδρόλυσης ως της πλέον αποτελεσματικής και ελεγχόμενης προσέγγισης για φαρμακευτικές εφαρμογές. Παράλληλα, αναλύονται τόσο οι συμβατικές τεχνικές εκχύλισης πρωτεϊνών (αλκαλική, όξινη, ξηρή κλασματοποίηση) όσο και νεότερες, περιβαλλοντικά βιώσιμες τεχνολογίες, όπως η εκχύλιση με υπερήχους, το παλμικό ηλεκτρικό πεδίο, οι βαθιά ευτηκτικοί διαλύτες και οι υπο-/υπερκρίσιμες τεχνικές. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στον πολυσταδιακό καθαρισμό με υπερδιήθηση, χρωματογραφία αποκλεισμού μεγέθους, ιοντοανταλλαγή και υγρή χρωματογραφία υψηλής απόδοσης αντίστροφης φάσης καθώς και στις σύγχρονες τεχνικές ταυτοποίησης και ποσοτικοποίησης: υγρή χρωματογραφία σε σύζευξη με διαδοχική φασματομετρία μάζας με προσεγγίσεις DDA/DIA, MALDI-TOF, Orbitrap, αποδόμηση Edman και NMR φασματοσκοπία. Αναλύονται επίσης βιοπληροφορικές και in silico προσεγγίσεις για την πρόβλεψη βιοδραστικότητας, καθώς και μέθοδοι αξιολόγησης βιοδραστικότητας (DPPH, ABTS, ORAC, FRAP, δοκιμές αναστολής ACE, αντιμικροβιακές δοκιμές MIC, αξιολόγηση κυτταροτοξικότητας MTT/LDH). Εξετάζονται οι φαρμακευτικές εφαρμογές και προοπτικές των βιοπεπτιδίων, με αναφορά σε σύγχρονα συστήματα χορήγησης (λιποσώματα, νανοσωματίδια, υδρογέλες) που στοχεύουν στην υπέρβαση της χαμηλής βιοδιαθεσιμότητας και της πρωτεολυτικής αποδόμησης. Τέλος η εργασία τεκμηριώνει ότι τα αγροβιομηχανικά απόβλητα αποτελούν ανεκμετάλλευτο αποθεματικό βιοδραστικών ενώσεων, και ότι η ολοκληρωμένη εφαρμογή σύγχρονων μεθόδων εκχύλισης, παραγωγής, αναλυτικής αξιολόγησης και φαρμακευτικής τεχνολογίας είναι απαραίτητη για τη μετάβαση από την εργαστηριακή έρευνα στις κλινικές εφαρμογές.

This thesis investigates the valorization of agro-industrial waste of animal and plant origin as sources of bioactive peptides with pharmaceutical applications, within the framework of the circular economy. The major categories of agro-industrial by-products from the meat, fishery, dairy, olive oil, and brewing industries are examined, and their protein composition is analyzed in relation to their potential for the production of high-value bioactive peptides. The biological activities of bioactive peptides, including antioxidant, antimicrobial, antihypertensive through ACE inhibition, opioid, and anticancer activities, are extensively discussed, with emphasis on their molecular mechanisms of action. A comparative analysis of the three principal methods for bioactive peptide production, namely chemical hydrolysis, enzymatic hydrolysis, and microbial fermentation, is presented, highlighting enzymatic hydrolysis as the most effective and controlled approach for pharmaceutical applications. In parallel, both conventional protein extraction techniques (alkaline extraction, acidic extraction, and dry fractionation) and emerging environmentally sustainable technologies, such as ultrasound-assisted extraction, pulsed electric field, deep eutectic solvents, and subcritical/supercritical extraction techniques, are analyzed. Particular emphasis is placed on the multistep purification of peptides using ultrafiltration, size-exclusion chromatography, ion-exchange chromatography, and RP-HPLC, as well as on modern identification and quantification techniques, including LC-MS/MS with DDA/DIA approaches, MALDI-TOF, Orbitrap, Edman degradation, and NMR spectroscopy. Bioinformatics and in silico approaches for bioactivity prediction are also reviewed, together with bioactivity evaluation methods such as DPPH, ABTS, ORAC, FRAP, ACE inhibition assays, antimicrobial MIC assays, and cytotoxicity assessment using MTT/LDH assays. Furthermore, the pharmaceutical applications and future prospects of bioactive peptides are examined, with reference to advanced delivery systems, including liposomes, nanoparticles, and hydrogels, designed to overcome low bioavailability and proteolytic degradation. Finally, this thesis demonstrates that agro-industrial waste represents an underexploited reservoir of bioactive compounds and that the integrated application of modern extraction, production, analytical evaluation, and pharmaceutical technologies is essential for the transition from laboratory research to clinical applications.