Ανάκτηση βιοδραστικών εκχυλισμάτων από φύλλα ελιάς με σύγχρονες τεχνικές

Νικολάου, Μαρία; Nikolaou, Maria

dc.contributor.author	Νικολάου, Μαρία	el
dc.contributor.author	Nikolaou, Maria	en
dc.date.accessioned	2022-01-31T10:43:34Z
dc.date.available	2022-01-31T10:43:34Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/54501
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.22199
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Βιοδραστικές ουσίες	el
dc.subject	Αντιοξειδωτικά	el
dc.subject	Εκχύλιση	el
dc.subject	Φύλλα ελιάς	el
dc.subject	Βαθείς ευτηκτικοί διαλύτες	el
dc.subject	Bioactive compounds	en
dc.subject	Antioxidants	en
dc.subject	Extraction	en
dc.subject	Deep eutectic solvents	en
dc.subject	Olive leaves	en
dc.title	Ανάκτηση βιοδραστικών εκχυλισμάτων από φύλλα ελιάς με σύγχρονες τεχνικές	el
dc.title	Recovery of bioactive compounds from olive leaves with modern techniques	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημική μηχανική	el
heal.classification	Chemical Engineering	en
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-09
heal.abstract	Οι πράσινες τεχνικές εκχύλισης υψηλής αξίας βιοδραστικών ουσιών από φυτικά υλικά έχουν συγκεντρώσει αξιοσημείωτο ενδιαφέρον από την παγκόσμια επιστημονική κοινότητα τα τελευταία χρόνια. Το εκχύλισμα φύλλων ελιάς, μίας άφθονης, μη βρώσιμης και ανεκμετάλλευτης πρώτης ύλης, έχει εδραιωθεί πλέον στην αγορά φαρμακευτικών προϊόντων και τροφίμων και η έρευνα έχει στραφεί σε νέους, πράσινους διαλύτες και τεχνικές που μπορούν να το βελτιώσουν ποιοτικά. Οι Βαθείς Ευτηκτικοί Διαλύτες (Deep Eutectic Solvents ή DESs) είναι τέτοιοι νέοι, πράσινοι διαλύτες που σχηματίζονται από ένα ευτηκτικό μείγμα δότη – δέκτη δεσμού υδρογόνου. Έχουν βελτιωμένη επιλεκτικότητα, εύκολη ανάκτηση, εύκολη επαναχρησιμοποίηση και φιλική προς το περιβάλλον φύση. Οι DESs έχουν αναδειχθεί στην παγκόσμια βιβλιογραφία, καθώς επιτυγχάνουν μία γρήγορη και ενεργειακά αποδοτική εκχύλιση φυτοχημικών προϊόντων. Νέοι συνδυασμοί δοτών και δεκτών δεσμών υδρογόνου μελετώνται συνεχώς για καινούριες εφαρμογές ή βελτιστοποίηση ήδη υπαρχόντων. Σε αυτήν την εργασία, μελετήθηκε πειραματικά η κλασική υγρή εκχύλιση φύλλων ελιάς με διαλύτη τον DES χλωριούχος χολίνη (choline chloride)/ ουρία σε αναλογία 1:2 κατά mol (ChCl:Urea (1:2)), έναν διαλύτη που ήδη μελετάται εκτενώς για την εκχύλιση φυτοχημικών προϊόντων, καθώς και με έναν νέο συνδυασμό δότη – δέκτη δεσμού υδρογόνου, τον DES χλωριούχος χολίνη/ οξικό οξύ (acetic acid) 1:2 κατά mol (ChCl:AA (1:2)). Ακόμη, εξετάστηκε η κλασική εκχύλιση φύλλων ελιάς με δύο συμβατικούς διαλύτες, την αιθανόλη και το νερό, για λόγους σύγκρισης. Μελετήθηκε επίσης η εκχύλιση υποβοηθούμενη με μικροκύματα (Microwave Assisted Extraction ή MAE) με τον συμβατικό διαλύτη αιθανόλη, με σκοπό τη σύγκρισή της με την κλασική. Διερευνήθηκε η επίδραση των λειτουργικών παραμέτρων της εκχύλισης και συγκεκριμένα, της θερμοκρασίας (55 - 70 °C για κλασική εκχύλιση και 40 – 70 °C για MAE), της αναλογίας βιομάζας/ διαλύτη (1:30 – 1:10 κατά βάρος (κ.β.)), του χρόνου εκχύλισης (10 – 24 ώρες (h) για κλασική εκχύλιση και 5 – 30 λεπτά για MAE) και επιπλέον της ισχύος (500 – 750 W) για τη ΜΑΕ, στην αντιοξειδωτική δράση (Antioxidant Capacity ή AC) του παραγόμενου εκχυλίσματος, το ολικό φαινολικό περιεχόμενο (Total Phenolic Content ή TPC) και τη συγκέντρωση στις αντιοξειδωτικές ουσίες ελαιοευρωπεΐνη, υδροξυτυροσόλη και τυροσόλη. Ακόμη, μετρήθηκαν η πυκνότητα και το ιξώδες των DESs και εξάχθηκαν εμπειρικές συσχετίσεις συναρτήσει της θερμοκρασίας, με βάση ένα εμπειρικό γραμμικό μοντέλο και το μοντέλο Vogel – Fulcher – Tammann, για την πυκνότητα και το ιξώδες αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι όλα τα εκχυλίσματα ήταν πλούσια σε ελαιοευρωπεΐνη και σε μεγαλύτερες συγκεντρώσεις από αυτές της βιβλιογραφίας. Υδροξυτυροσόλη ανιχνεύθηκε για όλους τους διαλύτες εκτός του νερού. Με χρήση του ChCl:AA (1:2), λήφθηκαν εκχυλίσματα πλουσιότερα σε υδροξυτυροσόλη σε σχέση με τους ChCl:Urea (1:2) και αιθανόλη. Συνολικά, υδροξυτυροσόλη ανιχνεύθηκε σε έξι (6) και τυροσόλη σε ένα (1) από τα είκοσι τέσσερα (24) εκχυλίσματα που λήφθηκαν με κλασική εκχύλιση. Όσον αφορά την απόδοση της κλασικής εκχύλισης, μεταξύ της αιθανόλης και του ChCl:Urea (1:2), o ChCl:Urea (1:2) είναι πιο αποτελεσματικός, με απόδοση που ανέρχεται στο 36,8%. Όσον αφορά την επίδραση των λειτουργικών παραμέτρων της κλασικής εκχύλισης στην AC και το TPC εκχυλισμάτων που λήφθηκαν με τους διαλύτες αιθανόλη, ChCl:Urea (1:2) και ChCl:AA (1:2), παρατηρήθηκε ότι, με αύξηση της θερμοκρασίας στο εύρος 55 - 70 °C, λαμβάνονται καλύτερα αποτελέσματα. Η μείωση της αναλογίας βιομάζας/ διαλύτη στο εύρος 1:30 – 1:10 κ.β. επέδρασε θετικά μόνο για τους αιθανόλη και ChCl:Urea (1:2), ενώ η αύξηση του χρόνου εκχύλισης στο εύρος 10 – 24 h είχε θετική επίδραση μόνο στην περίπτωση της αιθανόλης. Η ανάμειξη των αιθανόλη, ChCl:Urea (1:2) και ChCl:AA (1:2) με νερό 30% κ.β. είχε αρνητική επίδραση, ενώ με ανάμειξη των DESs με αιθανόλη 20% κ.β. λήφθηκαν καλύτερα αποτελέσματα και για τους δύο. Όσον αφορά την επίδραση των λειτουργικών παραμέτρων της κλασικής εκχύλισης στην ανάκτηση ελαιοευρωπεΐνης, παρατηρήθηκε ότι, με αύξηση της θερμοκρασίας στο εύρος 55 - 70 °C, λαμβάνονται καλύτερα αποτελέσματα μόνο για τους αιθανόλη και ChCl:Urea (1:2). Η μείωση της αναλογίας βιομάζας/ διαλύτη στο εύρος 1:30 – 1:10 κ.β. και η αύξηση του χρόνου εκχύλισης στο εύρος 10 – 24 h επέδρασαν θετικά. Η ανάμειξη των αιθανόλη, ChCl:Urea (1:2) και ChCl:AA (1:2) με νερό 30% κ.β. είχε θετική επίδραση μόνο στην περίπτωση της αιθανόλης, ενώ με ανάμειξη των DESs με αιθανόλη 20% κ.β. λήφθηκαν καλύτερα αποτελέσματα και για τους δύο. Στη MAE, με διαλύτη την αιθανόλη, λήφθηκαν καλύτερα αποτελέσματα με αύξηση της θερμοκρασίας στο εύρος 40 - 70 °C, αύξηση της αναλογίας βιομάζας/ διαλύτη στο εύρος 1:30 – 1:10 κ.β., μείωση του χρόνου εκχύλισης στο εύρος 5 – 30 λεπτά, και μείωση της ισχύος στο εύρος 500 – 750 W, τόσο όσον αφορά την AC, όσο και το TPC και την ανάκτηση ελαιοευρωπεΐνης. Η MAE κρίθηκε πιο αποτελεσματική από την κλασική εκχύλιση, καθώς λήφθηκαν εκχυλίσματα παρόμοια ή και ελαφρώς πλουσιότερα συγκριτικά με εκείνα της κλασικής υγρής εκχύλισης σε πολύ μικρότερους χρόνους. Όσον αφορά την AC και το TPC, ο ChCl:AA (1:2) αποδείχθηκε με μικρή διαφορά καλύτερος διαλύτης από τον ChCl:Urea (1:2), ο οποίος ακολουθείται από την αιθανόλη. Η διαφορά διευρύνθηκε σημαντικά με την προσθήκη αιθανόλης. Η αιθανόλη συνολικά ήταν πιο αποτελεσματική των DESs στην ανάκτηση ελαιοευρωπεΐνης. Ο ChCl:AA (1:2) παρουσιάζει χαμηλότερο ιξώδες και πυκνότητα από τον ChCl:Urea (1:2). Η επιτυχία των DESs και ειδικότερα, του ChCl:AA (1:2) είναι πολύ υποσχόμενη. Περαιτέρω βελτιστοποίηση μπορεί να οδηγήσει σε μία ανταγωνιστική πράσινη τεχνολογία έναντι των κοινών πρακτικών. Ήδη στις βέλτιστες συνθήκες, με ChCl:AA (1:2), λήφθηκε εκχύλισμα με +66 % AC, +96 % TPC και +40 % συγκέντρωση σε ελαιοευρωπεΐνη σε σχέση με την αιθανόλη. Αν συνδυαστούν οι βέλτιστες παράμετροι εκχύλισης της ΜΑΕ με τον βέλτιστο DES, δηλαδή τον ChCl:AA (1:2), μελλοντικά μπορούν να προκύψουν ακόμα καλύτερα αποτελέσματα.	el
heal.abstract	Green extraction techniques of high value bioactive compounds from plant material have drawn the interest of the global scientific community in recent years. Olive leaf extract, a product of an abundant, inedible and unexploited raw material, has been established on the pharmaceutical and food market, and research has now focused on new, green solvents and techniques that can improve its quality. Deep Eutectic Solvents (DESs) are such new, green solvents, formed by a hydrogen bond donor - acceptor eutectic mixture. They have improved selectivity, easy recovery, easy reuse and environmentally friendly nature. DESs have emerged in the world scientific literature, as their use can lead to a quick and energy efficient phytochemical extraction. New combinations of hydrogen bond donors and acceptors are constantly being studied for new applications or optimization of the existing ones. In the present diploma thesis, olive leaf extraction with solid – liquid extraction (SLE) was studied, using as solvent the DES choline chloride/ urea in a 1:2 molar ratio (ChCl:Urea (1:2)), a solvent already being studied widely for the extraction of phytochemicals, along with a new combination of hydrogen bond donor and acceptor, the DES choline chloride/ acetic acid in a 1:2 molar ratio (ChCl:AA (1:2)). Furthermore, SLE with two conventional solvents, ethanol and water, was studied for comparison purposes. Microwave Assisted Extraction (MAE) with the conventional solvent ethanol was also studied, in order to compare it with the SLE. The effect of the operating parameters of the extraction process was also examined, and specifically, that of temperature (55 - 70 °C for SLE and 40 – 70 °C for MAE), biomass to solvent ratio (1:30 – 1:10 per weight (w/w)), extraction time (10 – 24 hours for SLE and 5 – 30 min for MAE) and additionally power (500 – 750 W) for MAE, in the Antioxidant Capacity (AC) of the produced extract, the Total Phenolic Content (TPC), and the concentration in the antioxidants oleuropein, hydroxytyrosol and tyrosol. Furthermore, the density and viscosity of DESs were measured, and empirical correlations as a function of temperature were developed, based on a linear model and the Vogel - Fulcher - Tammann model, for the density and viscosity respectively. Results showed that all extracts were rich in oleuropein, and in higher concentrations than those in the literature. Hydroxytyrosol was detected in all solvents except for water. Using ChCl:AA (1:2) as solvent, extracts richer in hydroxytyrosol were obtained, in relation to ChCl:Urea (1:2) and ethanol. In total, hydroxytyrosol was detected in six (6) and tyrosol in one (1) among the twenty-four (24) extracts obtained using SLE. Regarding the yield of SLE, between ethanol and ChCl:Urea (1:2), ChCl:Urea (1:2) is more efficient, with a yield that amounts to 36.8%. Regarding the effect of the operating parameters of the SLE process on the AC and TPC of extracts obtained with the solvents ethanol, ChCl:Urea (1:2) and ChCl:AA (1:2), it was indicated that, by increasing the temperature in the range 55 - 70 °C, better results are obtained. The reduction of biomass to solvent ratio in the range 1:30 - 1:10 w/w had a positive effect only for ethanol and ChCl:Urea (1:2), while the increase of extraction time in the range 10 - 24 h had a positive effect only in the case of ethanol. Mixing ethanol, ChCl:Urea (1:2), and ChCl:AA (1:2) with water 30% w/w had a negative effect, while by mixing the DESs with ethanol 20% w/w, better results for both were obtained. Regarding the effect of the operating parameters of the SLE process on the recovery of oleuropein, it was indicated that, by increasing the temperature in the range 55 - 70 °C, better results are obtained only for ethanol and ChCl:Urea (1:2). The reduction of biomass to solvent ratio in the range 1:30 - 1:10 w/w and the increase of extraction time in the range 10 - 24 h had a positive effect. Mixing ethanol, ChCl: Urea (1:2), and ChCl: AA (1:2) with water 30% w/w had a positive effect only in the case of ethanol, while by mixing the DESs with ethanol 20% w/w, better results for both were obtained. In MAE, using ethanol as solvent, better results were obtained by increasing the temperature in the range 40 - 70 °C, increasing the biomass to solvent ratio in the range 1:30 - 1:10 w/w, reducing the extraction time in the range 5 - 30 min, and reducing the power in the range 500 - 750 W, both in terms of AC, TPC and oleuropein recovery. MAE was deemed to be more effective than SLE, as similar or richer extracts than those of SLE were obtained in much shorter times. In terms of AC and TPC, ChCl:AA (1:2) proved to be slightly better than ChCl:Urea (1:2), followed by ethanol. The difference widened significantly by adding ethanol. In total, ethanol was more effective than DESs in recovering oleuropein. ChCl:AA (1:2) has lower viscosity and density than ChCl:Urea (1:2). The success of DESs and of ChCl:AA (1:2) in particular is very promising. Further optimization can lead to a competitive green technology over common practices. Already, under the optimal conditions of those examined, using ChCl:AA (1:2), an extract with +66% AC, +96% TPC and +40% concentration in oleuropein relative to ethanol was obtained. If the optimal extraction parameters of MAE are combined with the optimal DES, i.e. ChCl:AA (1:2), even better results can be obtained in the future.	en
heal.advisorName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.advisorName	Voutsas, Epaminondas	en
heal.committeeMemberName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.committeeMemberName	Μαγουλάς, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Θεοδώρου, Θεόδωρος	el
heal.committeeMemberName	Magoulas, Konstantinos	en
heal.committeeMemberName	Voutsas, Epaminondas	en
heal.committeeMemberName	Theodorou, Doros	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ). Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Φαινομένων Μεταφοράς	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	100 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false