Μελέτη της διεργασίας εκχύλισης για την ανάκτηση βιοδραστικών συστατικών λυγαριάς και αξιολόγηση της αντιοξειδωτικής δράσης των εκχυλισμάτων

Μήτρου, Σταματίνα; Mitrou, Stamatina

dc.contributor.author	Μήτρου, Σταματίνα	el
dc.contributor.author	Mitrou, Stamatina	en
dc.date.accessioned	2017-06-19T09:20:54Z
dc.date.available	2017-06-19T09:20:54Z
dc.date.issued	2017-06-19
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45057
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14174
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Λυγαριά	el
dc.subject	Βιοδραστικά συστατικά	el
dc.subject	Απόσταξη	el
dc.subject	Εκχύλιση	el
dc.subject	Αντιοξειδωτική δράση	el
dc.subject	Vitex Agnus Castus	en
dc.subject	Bioactive compounds	en
dc.subject	Hydro distillation	en
dc.subject	Extraction	en
dc.subject	Antioxidant activity	en
dc.title	Μελέτη της διεργασίας εκχύλισης για την ανάκτηση βιοδραστικών συστατικών λυγαριάς και αξιολόγηση της αντιοξειδωτικής δράσης των εκχυλισμάτων	el
dc.title	Study of the extraction process and antioxidant activity of Vitex Agnus Castus bioactive compounds	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Chemical engineering	en
heal.classificationURI	http://lod.nal.usda.gov/24636
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-02
heal.abstract	Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η μελέτη της διεργασίας της εκχύλισης για την ανάκτηση βιοδραστικών συστατικών του φυτού Vitex Agnus Castus (λυγαριά), που ανήκει στην οικογένεια Verbenaceae, και η αξιολόγηση της αντιοξειδωτικής δράσης των εκχυλισμάτων. Στα πλαίσια του πειραματικού σχεδιασμού, κρίθηκε αναγκαίο να μελετηθούν τόσο οι καρποί όσο και τα φύλλα/άνθη του φυτού. Οι διεργασίες που χρησιμοποιήθηκαν ήταν η υδρο-ατμοαπόσταξη με σκοπό την παραλαβή των πτητικών βιοδραστικών συστατικών που συνιστούν το αιθέριο έλαιο, και η συμβατική εκχύλιση Soxhlet για την ανάκτηση κυρίως των φαινολικών βιοδραστικών συστατικών. Όσον αφορά την υδρο-ατμοαπόσταξη, η ποσότητα του αιθέριου ελαίου που προέκυψε και στις δύο περιπτώσεις ήταν χαμηλή· 0,07 mL /100 g στους καρπούς και 0,12 mL/100 g στα φύλλα/άνθη. Η σύσταση του αιθέριου ελαίου και του ανθόνερου προσδιορίστηκε με αέρια χρωματογραφία-φασματομετρία μάζας GC-MS. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το βασικότερο συστατικό του αιθέριου ελαίου των καρπών είναι το β-φαρνεσένιο σε ποσοστό 22,92 %, επί των συνολικών συστατικών του ελαίου, με αμέσως επόμενο συστατικό το trans-καρυοφυλλένιο , σε ποσοστό 19,54 %. Όσον αφορά το ανθόνερο των καρπών, τα δύο κυριότερα βιοδραστικά συστατικά που ταυτοποιήθηκαν ήταν η 1,8-κινεόλη σε ποσοστό 71% και το 2-p-κυμένιο σε αντίστοιχο ποσοστό 20,5%. Συνεχίζοντας με τα φύλλα/άνθη, το βασικότερο συστατικό του αιθέριου ελαίου είναι το trans-καρυοφυλλένιο σε ποσοστό 32,00 %, επί των συνολικών συστατικών του ελαίου, ενώ ακολουθεί το δικυκλογερμακρένιο σε ποσοστό 17,55 %. Αναφορικά με το ανθόνερο των φύλλων/ανθών, τα δύο κυριότερα βιοδραστικά συστατικά που ταυτοποιήθηκαν ήταν πάλι η 1,8-κινεόλη και το 2-p-κυμένιο, αυτή τη φορά σε ποσοστά σε 54,04% και 14,51% αντίστοιχα, ενώ στην προκειμένη περίπτωση ταυτοποιήθηκαν και δύο επιπλέον βιοδραστικά συστατικά: η (+)-Ρ-μενθ-1-εν-4-όλη σε ποσοστό 11,63% και η (R)-(+)-α- τερπινεόλη σε 7,34% αντίστοιχα. Στο δεύτερο στάδιο, μελετήθηκε η δυνατότητα ανάκτησης των πολυφαινολών από την αποσμημένη φυτόμαζα με διεργασίες εκχύλισης. Πραγματοποιήθηκαν διαδοχικές εκχυλίσεις σε ξηρά και κονιοποιημένα δείγματα του απεσταγμένου φυτού (καρποί και φύλλα/άνθη), χρησιμοποιώντας διαλύτες αυξανόμενης πολικότητας: οξικός αιθυλεστέρας, αιθανόλη και νερό, ώστε να απομονωθούν τα άπολα, τα λιγότερο πολικά και τα πολικά βιοδραστικά συστατικά. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των εκχυλίσεων των καρπών λυγαριάς, μεγαλύτερη απόδοση βρέθηκε κατά την εκχύλιση με διαλύτη οξικό αιθυλεστέρα, και ίση με 11,9 % w/w ξ.β (σε ξηρή βάση), ενώ παραπλήσια απόδοση σε ποσοστό 11,52% εμφάνισε η εκχύλιση με νερό. Τελευταία σε απόδοση έρχεται η εκχύλιση με αιθανόλη με ποσοστό 4,8% w/w ξ.β. φυτού. Όσον αφορά την αντιοξειδωτική δράση των αντίστοιχων εκχυλισμάτων των καρπών, το αιθανολικό εκχύλισμα, παρά τη χαμηλότερη απόδοση, εμφάνισε την υψηλότερη αντιοξειδωτική δράση, με βάση την ικανότητα δέσμευσης της ελεύθερης ρίζας DPPH (τιμή EC50=851 g ξηρού εκχυλίσματος/kg DPPH). Ακολουθεί το υδατικό εκχύλισμα με τιμή EC50=1251 g ξηρού εκχυλίσματος/kg DPPH και τέλος το εκχύλισμα του οξικού αιθυλεστέρα, το οποίο παρά τη μεγάλη απόδοση της διεργασίας, έδειξε πολύ μικρή ικανότητα δέσμευσης ελευθέρων ριζών (EC50=9194 g ξηρού εκχυλίσματος/kg DPPH). Στην περίπτωση των φύλλων/ανθών του φυτού, τα αποτελέσματα διαφέρουν συγκριτικά με τους καρπούς με την εκχύλιση με αιθανόλη να εμφανίζει τη μεγαλύτερη απόδοση σε ποσοστό 15,7% w/w σε ξηρή βάση φυτού, ενώ ακολουθούν η εκχύλιση με οξικό αιθυλεστέρα και τέλος με νερό με αποδόσεις 9,4% και 7,2 w/w ξ.β., αντίστοιχα. Όσον αφορά το αντιοξειδωτικό προφίλ των εκχυλισμάτων των φύλλων/ανθών λυγαριάς είναι παρόμοιο με αυτό των καρπών. Πιο συγκεκριμένα, το αιθανολικό εκχύλισμα παραμένει το πιο αντιοξειδωτικά ισχυρό με εμφανίζει τιμή EC50=446 g ξηρού εκχυλίσματος/kg DPPH, ενώ ακολουθεί το υδατικό εκχύλισμα με EC50=1004 g ξηρού εκχυλίσματος/kg DPPH, και τέλος το λιγότερο δραστικό εκχύλισμα του οξικού αιθυλεστέρα με EC50=2211 g ξηρού εκχυλίσματος/kg DPPH. Αξίζει να τονιστεί πως και τα τρία εκχυλίσματα των φύλλων εμφανίζουν μικρότερες τιμές EC50 συγκριτικά με τα αντίστοιχα των καρπών, γεγονός που αποδεικνύει πως τα φύλλα περιείχαν δραστικότερα αντιοξειδωτικά συστατικά. Τα παραπάνω πειράματα απέδειξαν πως πέραν του αιθέριου ελαίου, είναι εφικτή η επιπλέον αξιοποίηση του φυτού Vitex Agnus Castus, καθώς μπορεί να οδηγήσει σε αποδόσεις ανάκτησης αντιοξειδωτικών ουσιών έως και 28,22 % στην περίπτωση των καρπών και 32,3 % στα φύλλα/άνθη αντίστοιχα. Τα δείγματα εξετάστηκαν ως προς το φαινολικό περιεχόμενό τους, το οποίο υπολογίστηκε με τη μέθοδο Folin-Ciocalteau, και τα αποτελέσματα εκφράστηκαν σε 5 ισοδύναμα ppm γαλλικού οξέος (GAE). Με βάση τα αποτελέσματα των καρπών, το υδατικό εκχύλισμα εμφανίζει το μεγαλύτερο συνολικό φαινολικό περιεχόμενο με συγκέντρωση 11163 ppm, ενώ ακολουθεί το αιθανολικό με 7032 ppm και τελευταίο το εκχύλισμα του οξικού αιθυλεστέρα (4112 ppm). Στο σημείο αυτό αξίζει να επισημανθεί πως ενώ το υδατικό εκχύλισμα περιέχει μεγαλύτερη ποσότητα φαινολών συγκριτικά με το αιθανολικό, το δεύτερο περιέχει πιο ισχυρά αντιοξειδωτικές φαινόλες, όπως προαναφέρθηκε. Συνεχίζοντας με τα αποτελέσματα των φύλλων/ανθών, τα εκχυλίσματα κατά σειρά μειούμενου συνολικού φαινολικού περιεχομένου είναι το υδατικό, το αιθανολικό και το εκχύλισμα του οξικού αιθυλεστέρα με συγκεντρώσεις 23631 ppm, 15614 ppm και 8863 ppm, αντίστοιχα. Σε σύγκριση με τα αντίστοιχα αποτελέσματα των καρπών, το συνολικό φαινολικό περιεχόμενο και για τα τρία εκχυλίσματα είναι σημαντικά μεγαλύτερο στην περίπτωση των φύλλων/ανθών. Αν ληφθεί υπόψιν και το αντιοξειδωτικό προφίλ που αναλύθηκε παραπάνω, προκύπτει το συμπέρασμα ότι τα εκχυλίσματα των φύλλων εμφανίζουν ποσοτικά περισσότερα αλλά και δραστικότερα αντιοξειδωτικά συστατικά. Τέλος, το αιθανολικό εκχύλισμα των φύλλων/ανθών (το οποίο κρίθηκε ως αυτό με την πιο έντονη αντιοξειδωτική δράση) χρησιμοποιήθηκε για τον εμπλουτισμό εμπορικά διαθέσιμου γαλακτώματος καλλυντικής χρήσης με στόχο τη μελέτη της επίδρασης του χρόνου και της θερμοκρασίας αποθήκευσης στην αντιοξειδωτική δράση του εμπλουτισμένου γαλακτώματος με φυσικά αντιοξειδωτικά λυγαριάς (συγκέντρωσης 2,5% w/w ξηρού εκχυλίσματος). Τα εμπλουτισμένα γαλακτώματα αποθηκεύτηκαν σε θαλάμους σταθερής θερμοκρασίας 25, 35 και 45°C για χρονικό διάστημα 7 μηνών. Η αντιοξειδωτική δράση των εμπλουτισμένων γαλακτωμάτων προσδιορίστηκε σε δειγματοληψίες ανά τακτά χρονικά διαστήματα. Η αντιοξειδωτική δράση βρέθηκε ότι υποβαθμίζεται με αύξηση του χρόνου αποθήκευσης το οποίο πιθανόν οφείλεται σε αντιδράσεις οξείδωσης της λιπαρής φάσης του γαλακτώματος. Επιπλέον, προέκυψε πως οι αντιδράσεις υποβάθμισης της αντιοξειδωτικής δράσης λαμβάνουν χώρα με μεγαλύτερο ρυθμό σε μεγαλύτερες θερμοκρασίες αποθήκευσης, με τη μείωση της αντιοξειδωτικής δράσης να ακολουθεί κινητική 1ης τάξης με ενέργεια ενεργοποίησης 40,8 kJ/mol με ρυθμό μείωσης, k, 0,002 days-1 στους 25°C.	el
heal.abstract	The objective of the work was to study the extraction process of Vitex Agnus Castus (Verbenaceae family) for the recovery of bioactive compounds and the evaluation of their antioxidant activity. The experimental design included the extraction of both fruits and leaves of the selected plant. The process of hydro distillation was used to extract volatile compounds comprising the essential oil of the plant. Soxhlet extraction was used for the recovery of the phenolic compounds. The yield of essential oil extraction for fruits and leaves was found to be 0,07 mL /100 g and 0,12 mL/100 g, respectively. Gas chromatography- mass spectrometry (GC-MS) was used to identify the key volatile compounds found in the essential oil. According to the results, the main compound of the fruits essential oil was beta-farnesene with a percentage of 22,9 %, whereas the second most abundant volatile was trans-caryophyllene (19,5 %). As far as the fruits hydrosol fraction is concerned, the two main compounds dentified were 1,8-cyneol and 2-p-cymene with percentages of 71,0% and 20,5% respectively. The main volatile components of the leaves essential oil were trans-caryophyllene (32,0%) and bicyclogermacrene (17,6 %). The two main volatiles identified in the hydrosol were 1,8-cyneol and 2-p-cymene with percentages 54,04% and 14,51% respectively. The recovery of the phenolic compounds was examined with solvent extraction of the plant after the hydro-distillation process. Solvent extraction was carried out on dry and grounded samples of hydro distillated plant (fruits and leaves/flowers), using different solvents with increased polarity; ethyl acetate, ethanol and water. According to the results solvent extraction of Vitex Agnus Castus fruits with the highest yield 11,9 % w/w d.w. was achieved when using ethyl acetate, the second highest yield (11,5% w/w d.w) was achieved when using water as solvent. While, ethanol extraction showed the smallest extraction yield of 4,8% w/w d.w. Despite the low extraction yield, ethanol extract showed the highest antioxidant activity (expressed as the ability of scavenging the free radical DPPH) with a EC50 value of 851 g dried extract/kg DPPH. Antioxidant activity of water and ethyl acetate extracts showed lower antioxidant activity with EC50 values of 1251 and 9194 g dried extract /kg DPPH, respectively. In the case of leaves solvent extraction, ethanol showed the highest yield (15,7% w/w d.w.), ethyl acetate extraction and water extraction received a yield of 9,4 and 7,2% w/w d.w., respectively. Ethanol extract had the highest antioxidant activity (EC50=446 g dried extract/kg DPPH). Whereas, water and ethyl acetate extracts was found to have EC50 values of 1004 and 2211 g dried extract/kg DPPH, respectively. When comparing fruits and leaves extracts, leaves showed lower EC50 values thus leaves were found to contain more active antioxidant compounds. Taking into accounts the overall extraction yield numbers Vitex Agnus Castus can be considered a plant rich in antioxidants with recovery yields up to 28,2 and 32,3 % in the case of fruits and leaves, respectively. Phenolic content of the recovered extracts was estimated according to Folin-Ciocalteau method; results were expressed in equivalents of galic acid (GAE, ppm). Water extract was found to have the highest total phenolic content with a concentration of 11163 ppm, while ethanol and ethyl acetate extract phenolic content was 7032 and 4112 ppm, respectively. Water extract was found to be the richest in polyphenols in comparison with the ethanol extract, whereas ethanol extract was among the most abundant in antioxidant compounds (polyphenols). Leaves extracts can be listed, by decreasing total phenolic content, as water extract>ethanol extract>ethyl acetate extract with concentrations of 23631, 15614 and 8863 ppm, respectively. Vitex Agnus Castus ethanol leaves extract, found to have the highest antioxidant activity, was used for the enrichment of commercially available cosmetic base emulsion. Cosmetic base emulsion samples were enriched with the extract in a final concentration of 2,5% w/w and stored in three constant temperature incubators; 25, 35 and 45°C for seven months. The antioxidant activity of the samples was defined at predetermined time intervals. Antioxidant activity was found to decrease with increasing storage temperature and time due to oxidative reaction phenomena in the emulsion oil phase. Antioxidant activity decrease was found to follow 1st order kinetics with an activation energy (Ea) of 40,8 kJ/mol and a reference rate of decrease (kref) equal to 0,002 days-1 at the reference storage temperature of 25°C.	en
heal.advisorName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Ωραιοπούλου, Βασιλική	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	116 σ.
heal.fullTextAvailability	true