Παραλαβή φαινολικών συστατικών από τον καρπό της αρώνιας

Καλούδη, Θεοδώρα; Kaloudi, Theodora

dc.contributor.author	Καλούδη, Θεοδώρα	el
dc.contributor.author	Kaloudi, Theodora	en
dc.date.accessioned	2022-08-29T11:01:46Z
dc.date.available	2022-08-29T11:01:46Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55559
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23257
dc.relation	info:eu-repo/grantAgreement/EC/FP7/12345/Recovery of phenolic compounds from Aronia Melanocarpa berries	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Αρώνια	el
dc.subject	Πολυφαινόλες	el
dc.subject	Εκχύλιση πολυφαινολών	el
dc.subject	Ανθοκυάνες	el
dc.subject	Ενθυλάκωση ανθοκυανών	el
dc.subject	Ξήρανση με ψεκασμό	el
dc.title	Παραλαβή φαινολικών συστατικών από τον καρπό της αρώνιας	el
dc.title	Recovery of phenolic compounds from Aronia Melanocarpa berries	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Φαρμακευτική	el
heal.classification	Τρόφιμα	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-02-24
heal.abstract	Η Αρώνια (Aronia melanocarpa ή black chokeberry) είναι ένας φυλλοβόλος θάμνος που παλαιότερα χρησιμοποιούνταν ως καλλωπιστικό φυτό. Πλέον όμως είναι γνωστό ότι ο καρπός της είναι πλούσιος σε φαινολικά συστατικά και για το λόγο αυτό έχει προσελκύσει το ενδιαφέρον πολλών ερευνητών. Τα φαινολικά συστατικά είναι αναπόσπαστο κομμάτι της ανθρώπινης διατροφής, δρουν ως φυσικά αντιοξειδωτικά και διαθέτουν ένα πλήθος ωφελειών για την υγεία (αντιβακτηριακή, αντιφλεγμονώδης, αντιθρομβωτική δράση, αντικαρκινική πρόληψη κ.α.). Επιπλέον, χρησιμοποιούνται από τις βιομηχανίες τροφίμων ως φυσική απάντηση στα συντηρητικά πρόσθετα. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι ο καρπός της αρώνιας διαθέτει υψηλότερο φαινολικό περιεχόμενο από τους καρπούς συγγενικών της ειδών που θεωρούνται υπερτροφές, όπως είναι τα δαμάσκηνα, τα βατόμουρα και τα cranberries. Η παρούσα διπλωματική διαχωρίζεται σε δύο κύρια μέρη. Το πρώτο σκέλος έχει ως στόχο τον προσδιορισμό των φαινολικών συστατικών στα μέρη του καρπού μέσω μελέτης των κλασμάτων που τον συνθέτουν (φλοιός και εσωτερικό). Το δεύτερο έχει ως στόχο τη μελέτη της ολιστικής αξιοποίησής του. Η αρώνια διατίθεται στην αγορά συνήθως σε μορφή αποξηραμένου προϊόντος ή φυσικού χυμού. Για αυτό, διερευνήθηκε η εκμετάλλευση του υπολείμματος χυμοποίησης (πυρήνας) και μελετήθηκε η ανάκτηση φαινολικών συστατικών από τυχόν αδιάθετο προϊόν αποξηραμένου καρπού. Για το πρώτο μέρος, ποσότητα μούρων αρώνιας αποφλοιώθηκε και τα κλάσματα που προέκυψαν (φλοιός και σάρκα-κουκούτσια) υποβλήθηκαν σε 3 διαδοχικές εκχυλίσεις με μεθανόλη οξινισμένη κατά 0,5 % v/v, υποβοηθούμενες από υπερήχους. Η μεθανόλη γενικά αποφεύγεται ως μέσο εκχύλισης στη βιομηχανία γιατί είναι τοξική όμως ενδείκνυται για αναλυτικούς σκοπούς καθώς παρέχει υψηλές αποδόσεις στην ανάκτηση φαινολικών συστατικών. Το μέσο οξίνισης (τριφθοροξικό οξύ) προστέθηκε με σκοπό την προστασία των ανθοκυανών, ασταθών φαινολικών ενώσεων που είναι και τα πολυτιμότερα συστατικά της αρώνιας. Διαπιστώθηκε ότι ο φρέσκος καρπός αποτελείται κατά 86 % από σάρκα-κουκούτσια και κατά 14 % από φλοιό w/w. Σε ξηρή βάση τα αντίστοιχα ποσοστά είναι 81 % και 19 %. Τα εκχυλίσματα αναλύθηκαν ως προς το ολικό φαινολικό περιεχόμενό τους (ανάλυση Folin – Ciocalteu) και το περιεχόμενό τους σε επιμέρους φαινολικές ενώσεις: ανθοκυάνες, φαινολικά οξέα και φλαβονόλες (ανάλυση υγρής χρωματογραφίας υψηλής απόδοσης - HPLC). Για την ποσοτικοποίησή τους χρησιμοποιήθηκαν κατά αντιστοιχία οι ακόλουθες πρότυπες ενώσεις: Γαλλικό οξύ (GA), Κυανιδίνη (Cy), Χλωρογενικό οξύ (ChA) και Ρουτίνη (QRE). Ο φλοιός παρουσίασε ιδιαίτερα υψηλή περιεκτικότητα σε φαινολικά συστατικά (150 ± 5 mgGAE/g(1)) και η σάρκα περίπου τη μισή (79 ± 3 mgGAE/g) σε ξηρή βάση. Αναφορικά με την ανάκτηση των επιμέρους φαινολικών ενώσεων, διαπιστώθηκε ότι το 73 % των ανθοκυανών του καρπού περιέχεται στο φλοιό (63,19 ± 2,76 mgCyE/gφλοιού(2) και 5,44 ± 0,19 mgCyE/gσάρκας σε ξηρή βάση), το 78 % των φαινολικών οξέων περιέχεται στη σάρκα (3,70 ± 0,24 mgChAE/gφλοιού(3) και 3,121 ± 0,035 mgChAE/gσάρκας σε ξηρή βάση) και οι φλαβονόλες διαμοιράζονται εξίσου στα δύο κλάσματα (5,47 ± 0,13 mgQRE/gφλοιού(4) και 1,53 ± 0,02 mgQRE/gσάρκας σε ξηρή βάση). Επιπλέον, ταυτοποιήθηκαν οι κύριες ανθοκυάνες και τα κύρια φαινολικά οξέα του καρπού, με τις πρώτες να απαρτίζονται από 4 γλυκοζίτες της κυανιδίνης (κατά σειρά ελαττούμενης συγκέντρωσης: 3-Ο-γαλακτοζίτης της κυανιδίνης, 3-Ο-αραβινοζίτης της κυανιδίνης, 3-Ο-γλυκοζίτης της κυανιδίνης και 3-Ο-ξυλοζίτης της κυανιδίνης) και τα δεύτερα να απαρτίζονται από δύο ισομερή εστεροποιημένα οξέα (κατά σειρά ελαττούμενης συγκέντρωσης: χλωρογενικό και νεοχλωρογενικό οξύ). Με βάση τη σύσταση του καρπού σε φλοιό και σάρκα, υπολογίσθηκαν οι συγκεντρώσεις των πολυφαινολών που ανακτήθηκαν συνολικά: 94 ± 2 mgGAE/gκαρπού πολυφαινόλες, 16,78 ± 0,42 mgCyE/gκαρπού ανθοκυάνες, 3,27 ± 0,05 mgChAE/gκαρπού φαινολικά οξέα και 2,32 ± 0,00 mgQRE/gκαρπού φλαβονόλες (σε ξηρή βάση). Για την αξιοποίηση τυχόν αδιάθετου καρπού μέσω ανάκτησης των φαινολικών συστατικών, πραγματοποιήθηκε εκχύλιση αποξηραμένου προϊόντος αρώνιας του εμπορίου (πλήρης ανάμειξη, διαλύτης νερό σε αναλογία 1:20 w/v, χρόνος εκχύλισης 90 min, θερμοκρασία περιβάλλοντος) η οποία μελετήθηκε σε σχέση με το χρόνο. Η ανάκτηση που επετεύχθη σε φαινολικά συστατικά ήταν 27,9 ± 0,8 mgGAE/gκαρπού (σε ξηρή βάση) και διαπιστώθηκε ότι σε χρόνο t = 10 min η συγκέντρωση είχε ήδη ξεπεράσει το 75 % της τελική τιμής της. Η βέλτιστη περιγραφή της ανάκτησης φαινολικών συστατικών σε σχέση με το χρόνο εκχύλισης παρασχέθηκε από καμπύλη της μορφής c = c∞ - a∙e-kt, όπου , όπου c η ανάκτηση πολυφαινολών (mgGAE/g), t ο χρόνος εκχύλισης (min) και c∞, a, k, κινητικές σταθερές του συστήματος. Για την αξιοποίηση του υπολλείματος χυμοποίησης, προσομοιώθηκε αρχικά η βιομηχανική χυμοποίηση του φρέσκου καρπού, από την οποία παρελήφθη φυσικός χυμός (45,3 ± 1,9 % v/w) και πυρήνας χυμοποίησης (51 ± 2 % w/w). Ο φυσικός χυμός υποβλήθηκε σε αναλύσεις και βρέθηκε ότι διέθετε 53,0 ± 0,05 g/L αναγωγικά σάκχαρα, 6231 ± 159 mgGAE/L πολυφαινόλες, 892 ± 11 mgCyE/L ανθοκυάνες, 1116 ± 45 mgChAE/L φαινολικά οξέα, 269 ± 12 mgQRE/L φλαβονόλες και 2190 ± 109 mgGAE/L ταννίνες. Οι ταννίνες είναι πολυμερείς φαινολικές ενώσεις στις οποίες είναι ιδιαίτερα πλούσια η αρώνια, όμως δεν ήταν εφικτός ο προσδιορισμός τους στα εκχυλίσματα κλασμάτων του καρπού. Στο χυμό του καρπού κατέστη δυνατός ο προσδιορισμός τους μέσω καταβύθισης με πρωτεΐνη βόειου ορού (BSA). Ο πυρήνας της χυμοποίησης υπέστη αρχικά ήπια ξήρανση με αέρα 40oC και κονιοποίηση. Η σκόνη υποβλήθηκε σε εκχύλιση σταθερής κλίνης ημιδιαλείποντος έργου. Ως διαλύτης χρησιμοποιήθηκε νερό οξινισμένο κατά 0,75 % w/v με κιτρικό οξύ και η τελική αναλογία πρώτης ύλης - εκχυλίσματος προέκυψε ίση με 1:18 w/v. H ανάκτηση πολυφαινολών από τον πυρήνα μελετήθηκε σε σχέση με το χρόνο εκχύλισης και τον όγκο του παραγόμενου εκχυλίσματος. Διαπιστώθηκε ότι περιγράφεται από δύο στάδια: στο αρχικό στάδιο η διαφορική ανάκτηση αυξάνει γραμμικά σε σχέση με τον όγκο του παραγόμενου εκχυλίσματος (στάδιο έκπλυσης) ενώ έπειτα μειώνεται, ακολουθώντας κινητική της μορφής y = a∙x-b (0 < b < 1), όπου y η διαφορική ανάκτηση (δηλαδή η συγκέντρωση στο στιγμιαία παραγόμενο εκχύλισμα) σε πολυφαινόλες (mgGAE/L) και x o όγκος ολικού παρεληφθέντος εκχυλίσματος (L). Σχέση ίδιας μορφής προκύπτει και για τη διαφορική ανάκτηση σε σχέση με το χρόνο εκχύλισης (min). Οι συγκεντρώσεις των φαινολικών ενώσεων προσδιορίσθηκαν στο ολικό εκχύλισμα και εκφράστηκαν σε ξηρή βάση πυρήνα: 13,2 mgGAE/g πολυφαινόλες, 3,67 ± 0,14 mgCyE/g ανθοκυάνες, 1,63 ± 0,08 mgChAE/g φαινολικά οξέα και 1,512 mgQRE/g φλαβονόλες. Ο υπολογισμός της συνολικής ανάκτησης φαινολικών συστατικών (ανάκτηση μέσω χυμού + ανάκτηση μέσω πυρήνα) έδειξε πολύ μικρότερη παραλαβή από ότι η εκχύλιση κλασμάτων του καρπού με μεθανόλη, ως προς το ολικό φαινολικό περιεχόμενο και ιδιαίτερα ως προς τη συγκέντρωση σε ανθοκυάνες. Πραγματοποιήθηκε μερική διερεύνηση της αιτίας μέσω συμπληρωματικής εκχύλισης νωπού πυρήνα και αποδείχθηκε ότι ένας λόγος υποβάθμισης του υλικού ήταν η ξήρανση που προηγήθηκε. Τέλος, πραγματοποιήθηκε παραγωγή χρωστικής σκόνης με αντιοξειδωτικές ιδιότητες με ενθυλάκωση μέσω ξήρανσης με ψεκασμό. Για το σκοπό αυτό, το εκχύλισμα αναμίχθηκε με πολυμερή φορέα (αναλογία στερεού εκχυλίσματος – φορέα: 6,2 % w/w) και το παραγόμενο μίγμα συγκέντρωσης 30 % w/w σε ολικά στερεά ξηράνθηκε με ψεκασμό (θερμοκρασία εισόδου ξηραντήρα 140oC, θερμοκρασία εξόδου 90-100οC και ογκομετρική παροχή 4 mL/min). Πραγματοποιήθηκαν δοκιμές με 2 διαφορετικούς φορείς (μαλτοδεξτρίνη 17-20 DE και μίγμα μαλτοδεξτρίνης – αραβικού κόμμεος 4:1), που παρουσίασαν εξίσου υψηλές αποδόσεις στην ενθυλάκωση ανθοκυανών και ολικών πολυφαινολών (> 88 %). Και στις δύο περιπτώσεις οι κόνεις διέθεταν χαμηλή υγρασία (< 2,5 %), εντός των ορίων διασφάλισης μικροβιακής σταθερότητας. Λέξεις κλειδιά: αρώνια, εκχύλιση πολυφαινολών, εκχύλιση ανθοκυανών, υπόλειμμα χυμοποίησης αρώνιας, ενθυλάκωση ανθοκυανών, ξήρανση με ψεκασμό.	el
heal.advisorName	Ωραιοπούλου, Βασιλική	el
heal.committeeMemberName	Ωραιοπούλου, Βασιλική	el
heal.committeeMemberName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Φιλιππόπουλος, Κωνσταντίνος	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	135 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false