Εκχύλιση βιοδραστικών συστατικών από βαλσαμόχορτο (Hypericum perforatum L.)

Fosteris, Spyridon; Φωστέρης, Σπυρίδων

dc.contributor.author	Fosteris, Spyridon	en
dc.contributor.author	Φωστέρης, Σπυρίδων	el
dc.date.accessioned	2021-09-03T09:50:22Z
dc.date.available	2021-09-03T09:50:22Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/53790
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21488
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	Εκχύλιση	el
dc.subject	Extraction	en
dc.subject	Βαλσαμόχορτο	el
dc.subject	Φαινολικά συστατικά	el
dc.subject	Υπερφορίνη	el
dc.subject	Υπερικίνη	el
dc.subject	Hypericum	en
dc.subject	Perforatum	en
dc.subject	St. John's wort	en
dc.subject	Phenolic compounds	en
dc.subject	Hyperforin	en
dc.subject	Hypericin	en
dc.title	Εκχύλιση βιοδραστικών συστατικών από βαλσαμόχορτο (Hypericum perforatum L.)	el
dc.title	St. John’s wort (Hypericum Perforatum L.) extraction and identification of bioactive compounds	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μηχανική τροφίμων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-02-17
heal.abstract	Το βαλσαμόχορτο (Hypericum perforatum L.) είναι ένα φυτό πλούσιο σε βιοδραστικά φαινολικά φυτοχημικά. Οι κύριες δράσεις που του αποδίδονται είναι αντικαταθλιπτική, αντιοξειδωτική και αντιμικροβιακή. Τα κύρια συστατικά του, στα οποία αποδίδονται και οι φαρμακολογικές του δράσεις, είναι οι ναφθοδιανθρόνες, οι φλορογλυκινόλες και τα φλαβονοειδή. Τα τελευταία μάλιστα είναι υπεύθυνα για την υψηλή αντιοξειδωτική δράση των προϊόντων του βαλσαμόχορτου. Στην παρούσα διπλωματική εργασία ερευνάται η διεργασία της εκχύλισης σε δείγμα βαλσαμόχορτου, με σκοπό α) την αριστοποίηση της ανάκτησης όλων των φαινολικών ουσιών και β) τον διαχωρισμό των ναφθοδιανθρόνων από τις φλορογλυκινόλες. Ο διαχωρισμός αυτός είναι επιθυμητός, διότι τα σκευάσματα που περιέχουν υπερικίνη (κύρια ένωση στην κατηγορία των ναφθοδιανθρόνων που περιέχεται στο φυτό) εμφανίζουν ως παρενέργεια την φωτοευαισθησία, και επομένως η παρουσία τους σε ορισμένα δερματολογικά/καλλυντικά προϊόντα είναι ανεπιθύμητη. Στην πειραματική διαδικασία χρησιμοποιήθηκε δείγμα βαλσαμόχορτου από το Πήλιο, από την εταιρεία ChironKentauros Greek Organic Herbs. Η συγκομιδή του έγινε τον Αύγουστο του 2019 και για το αποξηραμένο και αλεσμένο δείγμα χρησιμοποιήθηκαν άνθη και φύλλα του φυτού. Οι εκχυλίσεις έγιναν σε ανοξείδωτο κυλινδρικό εκχυλιστήρα ημιδιαλείποντος έργου, σταθερής κλίνης, ενώ η ροή του διαλύτη ρυθμίστηκε με την βοήθεια περισταλτικής αντλίας σε q=3,3 mL/min για όλα τα πειράματα. Για την εύρεση της απόδοσης εκχύλισης πραγματοποιήθηκαν αναλύσεις για τον προσδιορισμό των ολικών φαινολικών συστατικών (μέθοδος Folin – Ciocalteu), εκφρασμένα σε ισοδύναμα γαλλικού οξέος (gallic acid equivalent – GAE) και της αντιοξειδωτικής ικανότητας (μέθοδος DPPH), εκφρασμένη σε ισοδύναμα trolox (trolox equivalent – TE). Επίσης, με τη χρήση υγρής χρωματογραφίας υψηλής απόδοσης (HPLC) πραγματοποιήθηκε ταυτοποίηση και σχετική ποσοτικοποίηση (λόγω απουσίας προτύπου) της υπερικίνης και της υπερφορίνης στο βαλσαμόχορτο, υπολογισμένη σε μονάδες εμβαδού ανά ξηρή μάζα εκχυλίσματος ή φυτού. Η πρώτη παράμετρος που μελετήθηκε είναι η επίδραση του διαλύτη στην ανάκτηση του συνόλου των φαινολικών συστατικών. Ως διαλύτες χρησιμοποιήθηκαν το εξάνιο, ο οξικός αιθυλεστέρας, η ακετόνη, η αιθανόλη, το νερό και μίγματα αιθανόλης/νερού σε αναλογίες 70/30, 60/40, 50/50 και 40/60. Ο συνολικός όγκος του εκχυλίσματος που συλλέχθηκε με κάθε διαλύτη ήταν περίπου 200 mL. Οι αναλογίες μιγμάτων αιθανόλης/νερού 40/60, 50/50 και 60/40 στην εκχύλιση βαλσαμόχορτου οδήγησαν στην μεγαλύτερη ανάκτηση ολικών φαινολικών ουσιών. Με τις αναλογίες αυτές επιτεύχθηκε ανάκτηση περίπου 50 mg GAE/g ξηρού βάρους φυτού, με το μίγμα αιθανόλης νερού 50/50 να εμφανίζει τη μεγαλύτερη τιμή (51,7 ± 1,0 mg GAE/g ξηρού βάρους φυτού). Όμως το μίγμα αναλογίας 40/60 εμφάνισε τη μεγαλύτερη συγκέντρωση φαινολικών επί ξηρού βάρους εκχυλίσματος, 307,7 ± 7,5 mg GAE/g ξηρού βάρους εκχυλίσματος, άρα τη μεγαλύτερη εκλεκτικότητα εκχύλισης. Αντίστοιχα αποτελέσματα προέκυψαν για την αντιοξειδωτική δράση των εκχυλισμάτων, όπου το μίγμα αιθανόλης/νερού 50/50 εμφάνισε τη μεγαλύτερη τιμή ανά μάζα ξηρού βάρους φυτού, 86,1 ± 1,5 mg TE/g ξηρού βάρους φυτού, και το μίγμα 40/60 τη μεγαλύτερη τιμή ανά ξηρή μάζα εκχυλίσματος, 480,7 ± 39,8 mg TE/g ξηρού βάρους εκχυλίσματος. Με τη μέθοδο που χρησιμοποιήθηκε στην υγρή χρωματογραφία υψηλής απόδοσης επιτεύχθηκε η ανίχνευση των εξής ουσιών, με τους αντίστοιχους μέσους χρόνους έκλουσης να δίνονται στην παρένθεση: υπερφορίνη (58,88 ± 0,67 min), αδυπερφορίνη (61,85 ± 0,48 min), ψευδοϋπερικίνη (58,58 ± 0,71 min) και υπερικίνη (65,71 ± 0,74 min). Η υπερφορίνη ανακτήθηκε με όλους τους διαλύτες με εξαίρεση το νερό, ενώ το εξάνιο ήταν ο μόνος διαλύτης που είχε μηδενική ανάκτηση σε υπερικίνη. Η εκχύλιση με εξάνιο, οξικό αιθυλεστέρα, ακετόνη και αιθανόλη οδήγησε στην ίδια περίπου ανάκτηση υπεροφορίνης ανά ξηρή μάζα φυτού (περίπου 1100 μονάδες εμβαδού/g ξηρού βάρους φυτού), ωστόσο με το εξάνιο η ανάκτηση υπερφορίνης ανά ξηρό βάρος εκχυλίσματος ήταν τουλάχιστον 2,5 φορές μεγαλύτερη συγκριτικά με τους άλλους διαλύτες. Ως προς την υπερικίνη η καλύτερη ανάκτηση επιτεύχθηκε από την εκχύλιση με μίγμα αιθανόλης/νερού 60/40 (565 ± 30 μονάδες εμβαδού/g ξηρού βάρους φυτού). Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε κινητική μελέτη της εκχύλισης βαλσαμόχορτου με μίγματα αιθανόλης/νερού σε αναλογίες 100/0, 70/30, 60/40, 50/50, 40/60 και 0/100. Για το σκοπό αυτό, κατά τη διάρκεια της εκχύλισης, τις χρονικές στιγμές 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50 και 60 min συλλέγεται δείγμα 1,5 mL σε περιέκτες eppendorf, για τον προσδιορισμό της συγκέντρωσης των φαινολικών συστατικών και τις αντιοξειδωτικής ικανότητας σε συνάρτηση με το χρόνο. Τα αποτελέσματα προσαρμόστηκαν σε εκθετικές καμπύλες της μορφής C(t)=a∙e^(-bt). Από την ολοκλήρωση της σχέσης ∫_V1^V2▒C(t)dV=∫_t1^t2▒C(t) Qdt υπολογίζεται η μάζα των φαινολικών και αντιοξειδωτικών συστατικών που έχει ανακτηθεί σε χρόνο t της εκχύλισης, άρα και η συνολική μάζα τους στο τέλος της εκχύλισης. Η προσαρμογή του παραπάνω μοντέλου ήταν ικανοποιητική και δεν υπήρχαν σημαντικές αποκλίσεις μεταξύ των πειραματικών και θεωρητικών τιμών. Τα συμπεράσματα ήταν αντίστοιχα με αυτά που προέκυψαν από τη μελέτη της επίδρασης του διαλύτη με την καλύτερη ανάκτηση να προκύπτει για τα μίγματα αιθανόλης/νερού 40/60, 50/50 και 60/40, ενώ για την αντιοξειδωτική ικανότητα η βέλτιστη αναλογία ήταν 40/60. Για τον διαχωρισμό των συστατικών, πραγματοποιήθηκαν τρεις διαδοχικές εκχυλίσεις και συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκαν ως διαλύτες με τη σειρά: α) ακετόνη και έπειτα νερό, β) νερό και έπειτα ακετόνη και γ) διαδοχική εκχύλιση με εξάνιο, οξικό αιθυλεστέρα, αιθανόλη και τέλος νερό. Τα πειράματα αυτά είχαν σκοπό τον διαχωρισμό της υπερικίνης και της υπερφορίνης καθώς επίσης και την πιο εξαντλητική παραλαβή αυτών των συστατικών από τη μάζα του φυτού. Η διαδοχική εκχύλιση με ακετόνη και νερό έδωσε μεγαλύτερη ποσότητα φαινολικών συστατικών, και επομένως αντιοξειδωτική δράση από ότι η εκχύλιση με τον κάθε διαλύτη χωριστά. Συγκεκριμένα, το νερό χρησιμοποιούμενο ως διαλύτης μετά την εκχύλιση με ακετόνη, εκχύλισε σχεδόν ίδια ποσότητα με την εκχύλιση στην οποία δεν είχε προηγηθεί ακετόνη. Το αποτέλεσμα αυτό εν μέρει οφείλεται στο γεγονός ότι το νερό εκχυλίζει πιο πολικά συστατικά (φλαβανοειδείς γλυκοζίτες, φαινολικά οξέα) , τα οποία δεν παραλαμβάνονται από την ακετόνη. Παρόμοια ήταν τα αποτελέσματα και από τη διαδοχική εκχύλιση με νερό και ακετόνη. Ενδιαφέρον, όμως, ήταν το γεγονός ότι το ακετονικό εκχύλισμα που προέκυψε από τη διαδοχική εκχύλιση είχε αυξημένη ποσότητα φαινολικών ουσιών και υπερικίνης, καθώς και αντιοξειδωτική δράση σε σχέση με την εκχύλιση απευθείας με ακετόνη. Η διέλευση του νερού είχε ως αποτέλεσμα το άνοιγμα της φυτικής μάζας και επέτρεψε στην ακετόνη την καλύτερη πρόσβαση στα συστατικά του βαλσαμόχορτου. Τέλος, από διαδοχική εκχύλιση με εξάνιο, οξικό αιθυλεστέρα, αιθανόλη και νερό αποδείχθηκε ότι η υπερφορίνη έχει παραληφθεί σχεδόν ολοκληρωτικά από το φυτό (1442 ± 123 Μονάδες εμβαδού/g ξηρού βάρους φυτού). Το εξάνιο παραλαμβάνει το 78 % της υπερφορίνης που παραλήφθηκε αθροιστικά από τους τρεις διαλύτες), επομένως η εκχύλιση με τους άλλους διαλύτες δεν συμφέρει οικονομικά, αλλά θα ήταν προτιμότερο η συνέχιση της εκχύλισης με εξάνιο, που εμφανίζει μεγάλη εκλεκτικότητα στην υπερφορίνη. Σε κανένα από τα παραπάνω πειράματα δεν επιτεύχθηκε ο επιθυμητός διαχωρισμός υπερφορίνης και υπερικίνης, ενώ η ποσότητα φαινολικών ουσιών και υπερικίνης, και η αντιοξειδωτική δράση στο σύνολο των εκχυλισμάτων ήταν μικρότερη από τις αντίστοιχες τιμές που προέκυψαν για τις εκχυλίσεις με υδραλκοολικά μίγματα περιεκτικότητας 40 έως 60 % σε αιθανόλη. Ο μόνος διαλύτης που παραλαμβάνει εκχύλισμα ελεύθερο υπερικίνης είναι το εξάνιο, αλλά παραμένει ποσότητα αυτής στο φυτό που περνά στα επόμενα εκχυλίσματα με οργανικούς διαλύτες. Τέλος, αιθανολικό εκχύλισμα βαλσαμόχορτου χρησιμοποιήθηκε για την παρασκευή νανογαλακτώματος με σκοπό τον έλεγχο της διατηρησιμότητας της υπερικίνης και της υπερφορίνης στο γαλάκτωμα σε θερμοκρασία 15 και 37 oC. Πραγματοποιήθηκε μέτρηση του μεγέθους και της κατανομής των σταγονιδίων της ασυνεχούς φάσης των γαλακτωμάτων με τη βοήθεια διάταξης μέτρησης μεγέθους σωματιδίων με σκεδασμό δέσμης laser (Malvern Mastersizer) και βρέθηκε μέση διάμετρος σωματιδίων 0,43 ± 0,02 μm. Για τη θερμοκρασία των 15 oC στο διάστημα 11 ημερών, το γαλάκτωμα δεν είχε σημαντική μείωση στη συγκέντρωση υπερικίνης και υπερφορίνης (14,1 % και 14,8 %, αντίστοιχα). Αντίθετα, για τη θερμοκρασία των 37 oC στο ίδιο διάστημα, οι συγκεντρώσεις της υπερικίνης και της υπερφορίνης μειώθηκαν κατά 47,6 και 73,5 %, αντίστοιχα, και η μείωση της συγκέντρωσης ήταν εκθετική.	el
heal.advisorName	Ωραιοπούλου, Βασιλική	el
heal.committeeMemberName	Κόλλια, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Ταούκης, Πέτρος	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	103 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false