Ανάπτυξη διεργασίας εκχύλισης βιοδραστικών ενώσεων
από φυτικές πρώτες ύλες χρησιμοποιώντας συνδυασμό
πράσινων διαλυτών και τεχνικών υψηλής ενέργειας

Καλαφατέλη, Στυλιανή; Kalafateli, Styliani

dc.contributor.author	Καλαφατέλη, Στυλιανή	el
dc.contributor.author	Kalafateli, Styliani	en
dc.date.accessioned	2020-10-05T16:17:15Z
dc.date.available	2020-10-05T16:17:15Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51286
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18984
dc.rights	Default license	en
dc.subject	Τζίντζερ	el
dc.subject	Φυσικοί βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες	el
dc.subject	Εκχύλιση υποβοηθούμενη από υπερήχους	el
dc.subject	Αντιοξειδωτική δράση	el
dc.subject	Φαινολικές ενώσεις	el
dc.subject	Ginger	en
dc.subject	Natural deep eutectic solvents	en
dc.subject	Ultrasound-assisted extraction	en
dc.subject	Antioxidant activity	en
dc.subject	Phenolic compounds	en
dc.title	Ανάπτυξη διεργασίας εκχύλισης βιοδραστικών ενώσεων από φυτικές πρώτες ύλες χρησιμοποιώντας συνδυασμό πράσινων διαλυτών και τεχνικών υψηλής ενέργειας	el
dc.title	Development of an extraction process for bioactive compounds from plant raw materials using combination of green solvents and high-energy techniques	en
heal.type	Bachelorthesis	en
heal.classification	Χημεία	el
heal.classification	Chemistry	en
heal.access	free	en
heal.recordProvider	ntua	en
heal.publicationDate	2020-07-16
heal.abstract	Το τζίντζερ αποτελεί φυτική πρώτη ύλη που χρησιμοποιείται εδώ και χιλιάδες χρόνια για την αντιμετώπιση ενός ευρέος φάσματος ασθενειών. Υπεύθυνες για τη μεγάλη ποικιλία των βιολογικών του δράσεων είναι κατά κύριο λόγο οι φαινολικές ενώσεις που περιέχονται σε αυτό. Οι Φυσικοί Βαθέως Ευτηκτικοί Διαλύτες (Natural Deep Eutectic Solvents, NaDESs) είναι μίγματα δύο ή περισσοτέρων στερεών ή υγρών συστατικών φυσικής προέλευσης, υγρά σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, λόγω των διαμοριακών δεσμών υδρογόνου που σχηματίζονται μεταξύ των συστατικών τους. Είναι διαλύτες βιοσυμβατοί και βιοαποικοδομήσιμοι, μη εύφλεκτοι, φθηνοί και αμελητέας τοξικότητας, ενώ παρασκευάζονται με μεθόδους οικονομικές και φιλικές προς το περιβάλλον. Τα χαρακτηριστικά τους αυτά τους καθιστούν «πράσινους» διαλύτες. Έχουν την ικανότητα να διαλυτοποιούν μια πληθώρα ενώσεων και χρησιμοποιούνται σε πολυάριθμες εφαρμογές. Στις διεργασίες εκχύλισης, φαίνεται πως τα NaDESs είναι ικανά να αντικαταστήσουν με επιτυχία τους παραδοσιακούς οργανικούς διαλύτες αυξάνοντας τη βιωσιμότητα των διεργασιών και σταθεροποιώντας ή προστατεύοντας τα παραλαμβανόμενα εκχυλίσματα. Η εκχύλιση με χρήση υπερήχων ως πράσινη τεχνική υψηλής ενέργειας (Ultrasound-Assisted Extraction, UAE) είναι μια πολλά υποσχόμενη μέθοδος παραλαβής ουσιών φυσικής προέλευσης, που χαρακτηρίζεται από υψηλή αποτελεσματικότητα, εκλεκτικότητα, αναπαραγωγισιμότητα, μικρούς χρόνους εκχύλισης και ελάχιστο αντίκτυπο στο περιβάλλον. Η επικουρική δράση των υπερήχων στην εκχύλιση αποδίδεται στο φαινόμενο της σπηλαίωσης. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη σε εργαστηριακή κλίμακα και η βελτιστοποίηση μιας πράσινης διεργασίας εκχύλισης βιοδραστικών ενώσεων με πρώτη ύλη το τζίντζερ, παρουσία ενός φυσικού βαθέως ευτηκτικού διαλύτη ως εκχυλιστικού και αποθηκευτικού για τις βιοδραστικές αυτές ενώσεις μέσου, με τη χρήση υπερήχων. Συνετέθησαν επιτυχώς δύο NaDESs με τη μέθοδο θέρμανσης και μελετήθηκαν ως προς την ικανότητά τους να διαλυτοποιούν την κουρκουμίνη. Ο διαλύτης στον οποίο η ένωση αυτή είχε τη μεγαλύτερη διαλυτότητα επιλέχθηκε ως κατάλληλος για την εκχύλιση και υπέστη χαρακτηρισμό με θερμοβαρυμετρική ανάλυση (TGA) και φασματοσκοπία Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού (1H και 13C NMR). Η εκχύλιση από το τζίντζερ έλαβε χώρα σε συσκευή probe υπερήχων, αφού προηγουμένως πραγματοποιήθηκαν ορισμένα προκαταρκτικά πειράματα σε λουτρό υπερήχων. Επιπλέον, έγινε απομόνωση με συμβατική μέθοδο εκχύλισης και χαρακτηρισμός με φασματοσκοπία 1H NMR και LC-MS των ενώσεων 6-τζιντζερόλη και 6-σογκαόλη από το τζίντζερ. Τα εκχυλίσματα τόσο από το λουτρό όσο και από το probe υπερήχων αξιολογήθηκαν με βάση την αντιοξειδωτική τους ικανότητα και το ολικό φαινολικό φορτίο τους (Total Phenolic Content, TPC), με τις μεθόδους DPPH και Folin-Ciocalteu αντιστοίχως. Διαπιστώθηκε ότι το χρησιμοποιούμενο NaDES (βεταΐνη-γαλακτικό οξύ) είναι ικανοποιητικός διαλύτης εκχύλισης των φαινολικών ενώσεων του τζίντζερ. Μελετήθηκε η επίδραση τριών παραγόντων (χρόνος εκχύλισης, αναλογία NaDES/νερού στο διαλύτη εκχύλισης και αναλογία διαλύτη/στερεής πρώτης ύλης) στις δύο παραπάνω αποκρίσεις και η διεργασία βελτιστοποιήθηκε μέσω πειραματικού σχεδιασμού (Design of Experiment, DoE) τύπου Box-Behnken και στατιστικής ανάλυσης των αποτελεσμάτων. Ο πιο σημαντικός όρος στο μοντέλο είναι η αναλογία του όγκου του υγρού διαλύτη προς τη μάζα του στερεού τζίντζερ.	el
heal.abstract	Ginger is a plant raw material which has been used for thousands of years for the treatment of a wide spectrum of diseases. Responsible for the large variety of its biological activities are mainly the phenolic compounds present in it. Natural Deep Eutectic Solvents (NaDESs) are mixtures of two or more solid or liquid ingredients of natural origin, that are liquid at ambient temperature, due to the intermolecular hydrogen bonds formed between their constituents. They are biocompatible and biodegradable, non flammable, cheap and they have negligible toxicity, while they are prepared by economical and environmentally-friendly methods. These characteristics of theirs make them “green” solvents. They have the ability to dissolve a plethora of compounds and they are used in numerous applications. In extraction processes, NaDESs seem to be able to replace successfully the traditional organic solvents increasing the sustainability of the processes and stabilizing or protecting the obtained extracts. The extraction with the use of ultrasound as a green high-energy technique (Ultrasound-Assisted Extraction, UAE) is a promising method of obtaining substances of natural origin, that is characterized by high efficiency, selectivity, reproducibility, short extraction times and least environmental impact. The ancillary action of ultrasound in extraction is attributed to the phenomenon of cavitation. The aim of the present diploma thesis is the development on a laboratory scale and the optimization of a green extraction process of bioactive compounds using ginger as feedstock, in the presence of a NaDES as an extraction and storage medium for these bioactive compounds, using ultrasound. Two NaDESs were synthesized successfully by the heating method and were studied in terms of their capability to dissolve curcumin. The solvent in which this compound had the highest solubility was chosen as suitable for the extraction and it underwent characterization by thermogravimental analysis (TGA) and Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy (1H and 13C NMR). The extraction from ginger took place in an ultrasound probe device, after some preliminary experiments had been conducted in an ultrasound bath. Furthermore, 6-gingerol and 6-shogaol were isolated from ginger by a conventional extraction method and characterized through 1H NMR and LC-MS methods. The extracts from both the ultrasound bath and the probe were assessed based on their antioxidant activity and their Total Phenolic Content (TPC), by the DPPH and Folin-Ciocalteu methods respectively. It was found that the used NaDES (betaine-lactic acid) is a satisfactory solvent for the extraction of phenolic compounds from ginger. The effect of three factors (extraction time, NaDES/water ratio in the extraction solvent and solvent/solid raw material ratio) on the two responses mentioned above was studied and the process was optimized by Box Behnken Design of Experiment and statistical analysis of the results. The most significant term in the model is the liquid solvent volume to solid ginger mass ratio.	en
heal.advisorName	Δέτση, Αναστασία
heal.committeeMemberName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.committeeMemberName	Κοκόσης, Αντώνης	el
heal.committeeMemberName	Φιλιππόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua	en
heal.fullTextAvailability	false	en