Μελέτη μεθόδων εκχύλισης βιοδραστικών συστατικών από αρωματικά φυτά

Γούσιας, Γεώργιος; Gousias, Georgios

dc.contributor.author	Γούσιας, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Gousias, Georgios	en
dc.date.accessioned	2017-06-21T11:51:11Z
dc.date.available	2017-06-21T11:51:11Z
dc.date.issued	2017-06-21
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45081
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14086
dc.rights	Default License
dc.subject	Εκχύλιση	el
dc.subject	Ρίγανη	el
dc.subject	Βιοδραστικά συστατικά	el
dc.subject	Φαινολικές ενώσεις	el
dc.subject	Αντιοξειδωτική δράση	el
dc.subject	Extraction	en
dc.subject	Oregano	en
dc.subject	Bioactive compounds	en
dc.subject	Phenolic compounds	en
dc.subject	Antioxidants	en
dc.title	Μελέτη μεθόδων εκχύλισης βιοδραστικών συστατικών από αρωματικά φυτά	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Τρόφιμα	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-02-22
heal.abstract	Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η απομόνωση με εκχύλιση βιοδραστικών συστατικών από το φυτό O. Vulgare ssp. hirtum (ρίγανη) της οικογένειας Lamiaceae και η προσπάθεια εύρεσης των καταλληλότερων συνθηκών για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης της εκχύλισης. Χρησιμοποιήθηκε αποξηραμένη ρίγανη που παραλήφθηκε από το τμήμα αρωματικών φαρμακευτικών φυτών του κέντρου γεωργικής έρευνας βορείου Ελλάδας, το οποίο είναι μέλος του οργανισμού Δήμητρα. Η συγκομιδή της έγινε το 2015. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε υδρο-ατμοαπόσταξη των αποξηραμένων φύλλων ρίγανης με σκοπό την παραλαβή του αιθέριου ελαίου της. Η απόδοση αιθέριου ελαίου ανήλθε σε 3,71 mL/ 100 g ξηρού φυτού. Ταυτόχρονα, διερευνήθηκε η δυνατότητα κλασμάτωσης του αιθέριου ελαίου σε ένα κλάσμα φτωχό και σε ένα πλούσιο σε καρβακρόλη. Με αναλύσεις GC-MS, προσδιορίστηκαν τα συστατικά του αιθέριου ελαίου, με τα βασικά να είναι η καρβακρόλη με ποσοστό 64,45% και το γ-τερπινένιο με ποσοστό 16,17% επί του συνολικού αιθέριου ελαίου. Δευτερεύουσες ουσίες χαρακτηρίστηκαν το trans-καρυοφυλλένιο και το π-κυμένιο με περιεκτικότητες στο συνολικό έλαιο 6,69% και 5,30% αντίστοιχα. Από την κλασμάτωση του αιθέριου ελαίου κατέστη δυνατή η παραλαβή κλάσματος περιεκτικότητας 82,45% σε καρβακρόλη. Μέρος της απελαιωμένης φυτόμαζας εκχυλίστηκε, αφού πρώτα ξηράνθηκε και κονιοποιήθηκε, σε συσκευή Soxhlet με οξικό αιθυλεστέρα αρχικά και στη συνέχεια διαδοχικά με αιθανόλη, ώστε να ανακτηθούν και να ταυτοποιηθούν τα άπολα και τα πολικά συστατικά, αντίστοιχα. Τα εκχυλίσματα αναλύθηκαν ως προς την περιεκτικότητά τους σε ολικά φαινολικά συστατικά με τη μέθοδο Folin-Ciocalteau και τα αποτελέσματα εκφράστηκαν σε ισοδύναμα γαλλικού οξέος (GAE, g/kg ξηρού φυτού). Ακόμη μετρήθηκε η αντιοξειδωτική τους δράση μελετώντας την ικανότητά τους για δέσμευση της ρίζας DPPH και τα αποτελέσματα εκφράστηκαν σε ισοδύναμα trolox (ΤE, g/kg ξηρού φυτού)και βρέθηκε επίσης η τιμή της παραμέτρου EC50, δηλαδή της ποσότητας εκχυλίσματος που απαιτείται για να δεσμεύσει το 50% της ελεύθερης ρίζας κάτω από συγκεκριμένες πειραματικές συνθήκες. Tο εκχύλισμα αιθανόλης παρουσίασε μεγαλύτερη απόδοση τόσο σε ολικά φαινολικά, όσο και σε αντιοξειδωτική δράση συγκριτικά με το εκχύλισμα του οξικού αιθυλεστέρα. Τα κυριότερα συστατικά που ταυτοποιήθηκαν με υγρή χρωματογραφία υψηλής απόδοσης, ήταν το ροσμαρινικό οξύ στο εκχύλισμα της αιθανόλης και η καρβακρόλη στο εκχύλισμα του οξικού αιθυλεστέρα, καθώς και πολλά φλαβονοειδή και στις 2 περιπτώσεις. Στη συνέχεια μελετήθηκε η εκχύλιση της ρίγανης σε εκχυλιστήρα διαλείποντος έργου με ανάδευση χρησιμοποιώντας μίγματα αιθανόλης-νερού και ελέγχθηκε η επίδραση της περιεκτικότητας του διαλύτη σε αιθανόλη (0%, 60%, 80% και 96%), της θερμοκρασίας (22οC, 40οC και 60οC), της αναλογίας στερεού:υγρού (1:20 και 1:40) και των διαδοχικών εκχυλίσεων. Η μέγιστη ανάκτηση ολικών φαινολών και αντιοξειδωτική δράση, παρατηρήθηκε στο εκχύλισμα περιεκτικότητας 60% σε αιθανόλη με ολικές φαινόλες 54 g GAE/kg ξηρού φυτού και ικανότητα δέσμευσης της ρίζας DPPH 91,46 g TE/kg ξηρού φυτού. Πολύ κοντά ήταν και τα αποτελέσματα της εκχύλισης με καθαρό νερό. Τα εκχυλίσματα αναλύθηκαν με HPLC και ως κύριο συστατικό τους ταυτοποιήθηκε το ροσμαρινικό οξύ, ενώ βρέθηκαν ακόμη φλαβονοειδή και φαινολικά οξέα. Η επίδραση της αναλογίας στερεού:υγρού εξετάστηκε με διαλύτη καθαρό νερό και δεν βρέθηκε σημαντική, ενώ της θερμοκρασίας σε καθαρό νερό και αιθανολικό διάλυμα 96%. Όσον αφορά στο νερό, παρουσιάστηκε βελτίωση στο χρόνο εκχύλισης αλλά όχι την απόδοση, ενώ στο αιθανολικό διάλυμα βελτιώθηκε τόσο ο χρόνος, όσο και η απόδοση της εκχύλισης. Ακόμη μελετήθηκε η εκχύλιση σε υδατικά διαλύματα ΚΟΗ (pH=13,3) και Ca(OH)2 (pH=12). Το υδατικό διάλυμα Ca(OH)2, παρουσίασε αντίστοιχη απόδοση με το καθαρό νερό σε ολικές φαινόλες. Αντίθετα, το διάλυμα ΚΟΗ παρουσίασε σχεδόν διπλάσια απόδοση σε φαινολικά συστατικά φτάνοντας τα 105,68 g GAE/kg ξηρού φυτού. Η αντιοξειδωτική του δράση μετρήθηκε μετά από οξίνισή του με κιτρικό οξύ και βρέθηκε μειωμένη συγκριτικά με αυτή του καθαρού νερού. Το γεγονός αυτό οφείλεται στην κατακρήμνιση τμήματος των ουσιών με αντιοξειδωτική δράση κατά την οξίνιση. Η τελευταία εκχύλιση που μελετήθηκε ήταν η εκχύλιση ημιδιαλείποντος έργου με νερό, η οποία ενώ είχε αντίστοιχη απόδοση σε ολικές φαινόλες με την αντίστοιχη εκχύλιση διαλείποντος έργου αλλά επέτρεψε την παραλαβή πυκνότερου εκχυλίσματος. Τέλος βρέθηκε ο συντελεστής διάχυσης Deff για τις εκχυλίσεις διαλείποντος έργου θεωρώντας τη ρίγανη ως σφαιρικά σωματίδια διαμέτρου 500 μm. Από τις εκχυλίσεις στις οποίες κατέστη εφικτός ο προσδιορισμός του, μεγαλύτερο D¬eff παρουσιάστηκε με χρήση υδατικού διαλύματος KOH ως διαλύτη στους 22οC και ήταν 208,34∙10-13 m2/s, ενώ το μικρότερο παρουσιάστηκε στο διάλυμα 96% αιθανόλης στους 22οC και ήταν 1,16∙10-13 m2/s. Για τους συντελεστές διάχυσης στην αιθανόλη περιεκτικότητας 96% στους 22οC, τους 40οC και τους 60οC, υπολογίστηκε με βάση τη σχέση Arrhenius η ενέργεια ενεργοποίησης της διάχυσης και προέκυψε Ea=54,98 kJ/mol.	el
heal.abstract	The aim of this study was the isolation by extraction of bioactive compounds from the plant O. Vulgaressp. hirtum (oregano) of the Lamiaceae family and finding the most suitable conditions to optimize the extraction efficiency. Dried oregano which was received by the department of aromatic medicinal plants in northern Greece of the agricultural research center, which is a member of Dimitra organization. The harvest was in 2015. Initially, a hydro-distillation of the oregano dried leafs was carried out in order to receive the essential oil. The essential oil yield was 3,71 mL / 100 g dry plant. Simultaneously, the possibility of fractionation of the essential oil was investigated in a fraction poor and in a fraction rich in carvacrol. By GC-MS analysis the components of the essential oil were identified, the essential being carvacrol with a percentage of 64.45% and γ-terpinene with a percentage of 16.17% of the total essential oil. Secondary substances characterized in trans-caryophyllene and p-cymene with levels in the total oil 6.69% and 5.30% respectively. By fractionating the essential oil, carvacrol reached 82.45% of the total content. Part of the plant which was de-oiled was extracted, after being dried and pulverized, in a Soxhlet extractor with ethyl acetate initially and then successively with ethanol to recover and identify the apolar and polar components, respectively. The extracts were analyzed for their content of total phenolic compounds by Folin-Ciocalteau method and results were expressed in gallic acid equivalents (GAE, g / kg dry plant). Furthermore, antioxidant activity was measured by studying their ability to bind the DPPH radical and the results were expressed in trolox equivalents (TE, g / kg dry plant) and also the EC parameter was found, i.e. the extract amount required to bind 50% of free radical under certain experimental conditions. The ethanol extract showed higher performance both in total phenolics, and in antioxidant activity compared to the ethyl acetate extract. The major components that were identified by high performance liquid chromatography, were rosmarinic acid in the ethanol extract and carvacrol in the ethyl acetate extract, and several flavonoids on both occasions. Then the extraction of oregano was studied in a batch extractor with stirring, using ethanol-water mixtures, and the effect of the solvent content in ethanol (0%, 60%,80% and 96%), temperature (22°C, 40oC and 60oC), ratio of solid: liquid (1:20 and 1:40) and successive extractions were studied. Maximum recovery of total phenols and antioxidant activity was observed in the extract containing 60% ethanol with total phenols reaching 54 g GAE / kg dry plant and ability to bind the DPPH radical 91,46g TE / kg dry plant. Very close were the results of extraction with pure water. The extracts were analyzed by HPLC and the major component that was identified was rosmarinic acid, and there even were flavonoids and phenolic acids. 10 The effect of the ratio of solid:liquid was tested with pure water as solvent and was not found significant, while the temperature effect was tested in pure water and an ethanol solution of 96%. Regarding the water, there was improvement in the extraction time, but not the performance while the ethanolic solution improved both time and efficiency of the extraction. In addition, extraction in KOH (pH=13,3) and a(OH)2(pH=12) aqueous solutions was studied.The aqueous solution of Ca(OH)2, showed similar performance with pure water to total phenols. In contrast, the KOH solution showed almost twice the yield of phenolic compounds, reaching 105,68 g GAE / kg dry plant. The antioxidant activity was measured after acidifying with citric acid and was reduced compared to that of pure water. This is due to the precipitation of a portion of substances with antioxidant action because of acidification. The last extraction studied was the fed-batch extraction with water, and which had a corresponding yield of total phenols to the batch extraction batch but allowed the receipt of denser extract. Finally, the Deff diffusion coefficient was calculated for batch extractions considering oregano as spherical particles of 500 μm diameter. In the extractions in which its determination was made possible, the greatest Deff was presented with use of KOH aqueous solution at 22°C and was 208,34∙10-13m2/s, while the smallest was presented in 96% ethanol solution at 22°C and was 1,16∙10-13m2/s. For the diffusion coefficients calculated in different temperatures (22oC, 40oC,60oC) for the 96% ethanol solution,the activation energy of diffusion was calculated using the Arrhenius equation and was found Ea=54,98 kJ/mol.	en
heal.advisorName	Ωραιοπούλου, Βασιλική	el
heal.committeeMemberName	Ωραιοπούλου, Βασιλική	el
heal.committeeMemberName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Σταθερόπουλος, Μιλτιάδης	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	104 σ.
heal.fullTextAvailability	true