Εκχύλιση βιοδραστικών συστατικών από μελισσόχορτο και εγκλεισμός τους σε δομές κατάλληλες για τρόφιμα.

Στίνη, Ειρήνη Μαρία; Stini, Eirini Maria

dc.contributor.author	Στίνη, Ειρήνη Μαρία	el
dc.contributor.author	Stini, Eirini Maria	en
dc.date.accessioned	2022-12-08T09:10:40Z
dc.date.available	2022-12-08T09:10:40Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56375
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24073
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	Μελισσόχορτο	el
dc.subject	Εκχύλιση	el
dc.subject	Ξήρανση με ψεκασμό	el
dc.subject	Ξήρανση με ψύξη	el
dc.subject	Ενθυλάκωση πολυφαινολών	el
dc.subject	Lemon balm	en
dc.subject	Freeze drying	el
dc.subject	Spray drying	el
dc.subject	Polyphenols microencapsulation	el
dc.subject	Extraction	el
dc.title	Εκχύλιση βιοδραστικών συστατικών από μελισσόχορτο και εγκλεισμός τους σε δομές κατάλληλες για τρόφιμα.	el
dc.title	Extraction of bioactive compounds from Melissa Officinalis and microencapsulation in structures suitable for food	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μηχανική Τροφίμων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	7-07
heal.abstract	Τα εκχυλίσματα φυτικών πρώτων υλών αποτελούν πλούσια πηγή βιοδραστικών συστατικών, όπως φαινολικών ενώσεων, οι οποίες παρουσιάζουν σημαντική αντιοξειδωτική δράση. Εξαιτίας αυτού, τα φυτικά εκχυλίσματα βρίσκουν ευρεία χρήση στις βιομηχανίες καλλυντικών, φαρμάκων και τροφίμων. Το μελισσόχορτο (Melissa Officinalis), είναι ένα θαμνώδες φυτό, με άρωμα λεμονιού που ανήκει στην οικογένεια των Χειλανθών. Η πληθώρα βιοδραστικών συστατικών του (πτητικές ενώσεις, τριτερπένια, φαινολικές ενώσεις) καθιστούν τα εκχυλίσματα του ικανά να εκδηλώσουν βιολογικές δράσεις. Σημαντικό ενδιαφέρον για τους ερευνητές παρουσιάζει η αξιοποίηση παραπροϊόντων της βιομηχανίας. Η αξιοποίηση τέτοιων υλών αποτελεί έναν από τους 17 στόχους βιώσιμης ανάπτυξης και οδηγεί στην παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας. Το μελισσόχορτο είναι ένα ακριβό φυτό και έχει πολύ μικρή απόδοση σε αιθέριο έλαιο. Επομένως, η επιτυχής αξιοποίηση του απεσταγμένου μελισσόχορτου (παραπροϊόν βιομηχανίας), επιτρέπει τη μείωση της τιμής του αιθέριου ελαίου, καθώς καθίσταται δυνατή η μετέπειτα πώληση και αξιοποίηση του φυτού. Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελείται από πέντε κύρια σκέλη. Το πρώτο μέρος έχει ως στόχο την επιλογή του κατάλληλου διαλύτη εκχύλισης. Το δεύτερο σκέλος αφορά την κινητική μελέτη της εκχύλισης ως προς τα φαινολικά συστατικά και την αντιριζική ικανότητα. Στη συνέχεια, διεξάγεται μελέτη των υδατικών εκχυλισμάτων διαφορετικών πρώτων υλών, ως προς τα φαινολικά συστατικά και ως προς την αντιριζική ικανότητα. Ακολούθως, μελετάται η ολιστική αξιοποίηση του φυτού. Τέλος, γίνονται περαιτέρω αναλύσεις για τον ορθότερο χαρακτηρισμό και επεξεργασία των εκχυλισμάτων Στην συγκεκριμένη ερευνητική εργασία εξετάστηκε η εκχύλιση ξηρού μελισσόχορτου σε σταθερή κλίνη ημιδιαλείποντος έργου σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Μελετήθηκε η αποτελεσματικότητα διαφορετικών διαλυτών για την εκχύλιση παραπροϊόντων μελισσόχορτου από βιομηχανία παραγωγής αιθέριου ελαίου (διαδοχική εκχύλιση ακετόνη 100% και στη συνέχεια νερό 100%, μόνο νερό 100%, μόνο μεθανόλη 100%). Επιπλέον, διερευνήθηκαν, η προέλευση του φυτού, η σύσταση της παρτίδας και η απόσταξή του, ως παράμετροι αποτελεσματικότητας της εκχύλισης. Προκειμένου να αξιολογηθεί η αποτελεσματικότητα της κάθε μεθόδου και των διαφορετικών πρώτων υλών, διενεργήθηκαν ορισμένες αναλύσεις. Συγκεκριμένα, υπολογίστηκε η περιεκτικότητα των εκχυλισμάτων σε ολικές φαινόλες με τη μέθοδο Folin- Ciocalteuκαι τα αποτελέσματα που προέκυψαν εκφράστηκαν ως ισοδύναμα γαλλικού οξέος (Gallic Acid Equivalents, GAE). Συγχρόνως έγινε χρήση της μεθόδου DPPH για τον υπολογισμό της αντιριζικής ικανότητας των εκχυλισμάτων, η οποία εκφράστηκε σε ισοδύναμα trolox (Trolox Equivalents, TE). Τέλος, τα εκχυλίσματα υποβλήθηκαν σε ανάλυση υγρής χρωματογραφίας υψηλής απόδοσης (High- Performance Liquid Chromatography, HPLC), με στόχο τον χαρακτηρισμό των εκχυλισμάτων, την ταυτοποίηση και ποσοτικοποίηση των κυριότερων φαινολικών συστατικών Από τη σύγκριση των διαλυτών προέκυψε πως τα υδατικά εκχυλίσματα απεσταγμένου μελισσόχορτου παρουσιάζουν καλύτερα αποτελέσματα, ως προς τα ολικά φαινολικά συστατικά και την αντιριζική τους δράση. Συγκεκριμένα, το υδατικό εκχύλισμα του απεσταγμένου ξηρού μελισσόχορτου παρουσίασε συγκέντρωση φαινολικών ενώσεων 76 mg/g ξ.φ (ξηρού φυτού) και αντιριζική ικανότητα 92 mg TE/g ξ.φ. Το υδατικό εκχύλισμα που προέκυψε μετά την εκχύλιση με ακετόνη παρουσίασε υψηλότερη αντιριζική ικανότητα 114±3 mg TE/g ξ.φ. Η υψηλότερη ανάκτηση ροσμαρινικού οξέος επετεύχθη με τη μεθανόλη ως διαλύτη και ήταν 8.2 mg/g ξ.φ. Ο χαρακτηρισμός των εκχυλισμάτων του βιομηχανικά απεσταγμένου4 μελισσόχορτου με την HPLC- DAD έδειξε πως το ακετονικό εκχύλισμα είναι φτωχό σε φαινολικές ενώσεις με κύρια ένωση το ροσμαρινικό οξύ που εκλούεται στα 36.1 min. Επιπλέον, ταυτοποιήθηκε το κύριο καροτενοειδές, η λουτεΐνη που εκλούεται στα 62.6 min. Στο υδατικό εκχύλισμα βρέθηκε μεγαλύτερη ποσότητα φαινολικών ενώσεων. Με την ανάλυση HPLC-DAD ταυτοποιήθηκαν το ροσμαρινικό οξύ ως το κύριο φαινολικό οξύ, η ισοσκουτελαρεΐνη ως το κύριο φλαβονοειδές που εκλούεται στα 38.7 min και ποσότητα παραγώγων ροσμαρινικού οξέος. Τέλος, το μεθανολικό εκχύλισμα παρουσίασε πολύ μεγάλη εκλεκτικότητα σε ροσμαρινικό οξύ, που ήταν η κύρια φαινολική ένωση μαζί με παράγωγα ροσμαρινικού οξέος. Το υδατικό εκχύλισμα που θεωρήθηκε το καταλληλότερο για την παραγωγή σε βιομηχανική κλίμακα και τη χρήση στη βιομηχανία τροφίμων, παρουσίασε μια ευρεία κορυφή στο χρωματογράφημα που προέκυψε από ανάλυση HPLC, η οποία επιχειρήθηκε να μελετηθεί περεταίρω. Διενεργήθηκαν διάφορες αναλύσεις για την ύπαρξη ταννινών, συμπυκνωμένων ταννινών και λιγνινοκυτταρινούχων υλικών. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν δεν ήταν ξεκάθαρα για την ύπαρξη ταννινών, αντίθετα δεν ταυτοποιήθηκαν συμπυκνωμένες ταννίνες στο υδατικό εκχύλισμα, αλλά ένα μέρος της ευρείας κορυφής ήταν πολυμερή, λιγνινοκυτταρινούχα υλικά. Η κινητική μελέτη της εκχύλισης πραγματοποιήθηκε στην ακετονική και ακόλουθα υδατική εκχύλιση του απεσταγμένου βιομηχανικά μελισσόχορτου. Η κινητική που ακολουθεί η εκχύλιση ολικών φαινολικών συστατικών είναι εκθετικής μορφής. Για το ακετονικό εκχύλισμα η εκθετική συνάρτηση είναι: y = 846.4·e-0.05·xμε συντελεστή προσαρμογής R2=0.933 και για την υδατική εκχύλιση y=27356·e- 0.05·x με R2=0.997. Αντίστοιχη συμπεριφορά παρατηρείται και στην αντιριζική ικανότητα των εκχυλισμάτων. Επιπλέον, μελετήθηκε ποιοτικά η εκλεκτικότητα της εκχύλισης στο πέρας του χρόνου και βρέθηκε ότι το νερό παρουσιάζει σταθερή εκλεκτικότητα στο χρόνο σε αντίθεση με την ακετόνη, της οποίας η εκλεκτικότητα μειώνεται. Κατόπιν, διεξήχθησαν υδατικές εκχυλίσεις για την μελέτη της επίδρασης της προέλευσης πρώτης ύλης και της σύστασης της παρτίδας και για την μελέτη της επίδρασης της υδροατμο-απόσταξης στην απόδοση σε φαινολικά συστατικά και την καθαρότητα του εκχυλίσματος. Η πρώτη σύγκριση έγινε μεταξύ δύο υδατικών εκχυλισμάτων μη απεσταγμένου μελισσόχορτου ίδιας προέλευσης πριν και μετά το στάδιο της συσκευασίας. Καλύτερα αποτελέσματα προέκυψαν για το συσκευασμένο προϊόν που δεν περιείχε ξυλώδη υλικά, συγκεκριμένα στο εκχύλισμα βρέθηκαν 116 mg GAE/g ξ.φ., 180 mg TE/g ξ.φ. και ροσμαρινικό οξύ 31.9 mg/g ξ.φ. Η σύσταση του προς εκχύλιση δείγματος επιδρά στην ποιότητα του εκχυλίσματος. Ακολούθως, πραγματοποιήθηκε συγκριτική μελέτη για την επίδραση της προέλευσης του φυτού στην περιεκτικότητα των εκχυλισμάτων σε φαινολικά συστατικά, ροσμαρινικό οξύ και αντιοξειδωτική δράση. Προέκυψε ότι το μελισσόχορτο Θεσπρωτίας είχε μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε φαινολικά συστατικά 81 mg GAE/g ξ.φ. και αντιριζική ικανότητα 193 mg TE/g ξ.φ., αλλά είχε σχεδόν υποδιπλάσια συγκέντρωση ροσμαρινικού οξέος 8.6 mg/g ξ.φ. έναντι 14.0 mg/g ξ.φ. το μελισσόχορτο Βόλου. Γίνεται αντιληπτό, πως η γεωγραφική τοποθεσία, οι συνθήκες και η ποικιλία επηρεάζουν τη σύσταση του εκχυλίσματος. Όσον αφορά την επίδραση της υδροατμο-απόσταξης, βρέθηκε πως το υδατικό εκχύλισμα εργαστηριακά απεσταγμένου μελισσόχορτου είναι πλουσιότερο σε φαινολικά συστατικά ροσμαρινικό οξύ και αντιριζική δράση, από το βιομηχανικά απεσταγμένο. Συγκεκριμένα προσδιορίστηκαν 111 mg GAE/g ξ.φ., 205 mg TE/g ξ.φ. και ροσμαρινικό οξύ 25.3 mg/g ξ.φ. Τα παραπάνω αποτελέσματα υποδηλώνουν πως η εργαστηριακή υδροατμο-απόσταξη ενισχύει την εκχυλιστική ικανότητα του φυτού, πιθανότατα λόγω απομάκρυνσης λιπόφιλων συστατικών και διάνοιξη5 της φυτικής μήτρας. Το εργαστηριακά απεσταγμένο μελισσόχορτο παρουσίασε καλύτερα αποτελέσματα από το βιομηχανικά απεσταγμένο, γεγονός που μπορεί να οφείλεται στον μη ενδεδειγμένο χειρισμό του φυτού κατά τη διάρκεια της διεργασία της απόσταξης και μετά το πέρας της. Το αιθέριο έλαιο που προέκυψε από την εργαστηριακή απόσταξη του μελισσόχορτου μελετήθηκε ως προς τη σύσταση του σε πτητικά συστατικά, μέσω ανάλυσης GC-MS, τα οποία ήταν: cis-citral (neral) (49.6%), 1,3,8-p-menthatriene (28.8%), trans-caryophyllene (β-caryophyllene) (16.6%), delta-3-carene (4.0%), alpha-caryophyllene (0.8%) και thymol (0.2%).Τα ίδια συστατικά βρέθηκαν και στο ανθόνερο του φυτού. Για τον προσδιορισμό των λοιπών συστατικών του φυτού έγιναν αναλύσεις για τον υπολογισμό του πρωτεϊνικού περιεχομένου του φυτού και βρέθηκε για την αρχική πρώτη ύλη, πριν την εκχύλιση 10.7% (μελισσόχορτο Θεσπρωτίας) έως και 16.3% επί ξ.φ. (απεσταγμένο βιομηχανικά μελισσόχορτο Βόλου), και βρέθηκε ότι για το τελευταίο, ότι πέρασε στο υδατικό εκχύλισμα το 4.11%. Επίσης μελετήθηκε η ύπαρξη βιταμίνης C, η οποία βρέθηκε 1.0±0.1 mg/g ξ.φ. Για την περαιτέρω επεξεργασία των εκχυλισμάτων, πραγματοποιήθηκε υδατική εκχύλιση μεγαλύτερης κλίμακας σε 260 g εργαστηριακά απεσταγμένο μελισσόχορτο, με στόχο τη μικροενθυλάκωση των βιοδραστικών του συστατικών σε δομές κατάλληλες για τρόφιμα. Στο εκχύλισμα που παραλήφθηκε, προσδιορίστηκε αρχικά το ολικό φαινολικό περιεχόμενο, το οποίο βρέθηκε ίσο με 61 mg GAE/g ξ.φ. Οι ενώσεις που ταυτοποιήθηκαν και ποσοτικοποιήθηκαν στο εκχύλισμα ήταν το ροσμαρινικό οξύ 12.6 mg/g ξ.φ., παράγωγα ροσμαρινικού οξέος 5.0 mgRA/g ξ.φ., ισοσκουτελαρεΐνη 0.4 mgAP/g ξ.φ., χλωρογενικό οξύ 1.2 mg/g ξ.φ. που εκλούεται στα 10.85 min, νεοχλωρογενικό οξύ 9.4 mgCLA/g ξ.φ. που εκλούεται στα 7.80 min. Η μικροενθυλάκωση πραγματοποιήθηκε με δύο διαφορετικές μεθόδους: ξήρανση με ψεκασμό (θερμοκρασία εισόδου του αέρα ξήρανσης 160 °C) και ξήρανση με κατάψυξη. Χρησιμοποιήθηκαν δύο διαφορετικοί φορείς εγκλεισμού: μαλτοδεξτρίνη 100%, μείγμα αραβικού κόμμεος- μαλτοδεξτρίνης 1:4. Οι συνθήκες των διαφορετικών μεθόδων ήταν ίδιες και για τους δύο φορείς εγκλεισμού στην ξήρανση με κατάψυξη και με ψεκασμό και η αναλογία core:wall ήταν ίδια επίσης 1:4. Σκοπός ήταν η εύρεση του καλύτερου μείγματος φορέων εγκλεισμού και μεθόδου εγκλεισμού, για τις οποίες επιτυγχάνεται μέγιστη απόδοση (Microencapsulation Yield, MEY (%)) και αποτελεσματικότητα μικροεγκλεισμού (Microencapsulation Efficiency, MEE (%)) των προς εγκλεισμό συστατικών. Όσον αφορά την ξήρανση με κατάψυξη και οι δύο φορείς εγκλεισμού παρουσίασαν αποδόσεις 89±1 % -90±4% ως προς τα φαινολικά συστατικά και 95±3%- 101±0.4% ως προς το ροσμαρινικό οξύ. Καλύτερος φορέας εγκλεισμού ως προς το ροσμαρινικό οξύ θεωρείται η μαλτοδεξτρίνη που οδήγησε σε πλήρη ανάκτηση του. Η αποτελεσματικότητα και για τους δύο φορείς ήταν εξίσου υψηλή ως προς τα φαινολικά συστατικά 97.93±0.003%-98.48±0.09% και 97.35 ±0.02%-97.7±0.70% ως προς το ροσμαρινικό οξύ. Η ξήρανση με ψεκασμό παρουσίασε πολύ καλές αποδόσεις ως προς τα φαινολικά συστατικά με καλύτερη αυτή της μαλτοδεξτρίνης: 100±1% , η απόδοση του μικροεγκλεισμού ως προς το ροσμαρινικό οξύ ήταν σχεδόν ίδια για τα δύο διαφορετικά μείγματα φορέων εγκλεισμού. Η αποτελεσματικότητα ροσμαρινικού οξέος και φαινολικών συστατικών ήταν εξίσου υψηλή και για τα δύο μείγματα φορέων εγκλεισμού, έτσι επιλέγεται η μαλτοδεξτρίνη ως οικονομικότερη σκόνη. Συγκρίνοντας τις δύο μεθόδους εγκλεισμού η ξήρανση με ψεκασμό παρουσιάζει καλύτερα αποτελέσματα, ως προς τους παράγοντες που εξετάστηκαν.6 Τέλος, πραγματοποιήθηκε επεξεργασία μεθανολικού εκχυλίσματος με ενεργό άνθρακα, Supreme B81 και Perform 4000 για τον αποχρωματισμό του, ο ενεργός άνθρακας βρέθηκε το μόνο ικανό αντιδραστήριο για την επίτευξη του συγκεκριμένου στόχου και μελετήθηκε η διατηρησιμότητα του αποχρωματισμένου εκχυλίσματος σε ψύξη και σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Με ανάλυση HPLC-DAD προέκυψε ότι το μεθανολικό εκχύλισμα που διατηρήθηκε σε θερμοκρασία περιβάλλοντος υποβαθμίστηκε λιγότερο ως προς το ροσμαρινικό οξύ από αυτό που αποθηκεύτηκε στο ψυγείο σε διάστημα 2 μηνών, στο πρώτο μειώθηκε το ροσμαρινικό οξύ κατά 30% και στο δεύτερο κατά 37%.	el
heal.advisorName	Ωραιοπούλου, Βασιλική	el
heal.advisorName	Oreopoulou, Vassiliki	en
heal.committeeMemberName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Ζουμπουλάκης, Λουκάς	el
heal.committeeMemberName	Ωραιοπούλου, Βασιλική	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	136 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false