Ενζυμικά υποβοηθούμενη εκχύλιση βιοδραστικών μορίων από τον καρπό του άγριου τριαντάφυλλου (Rosa canina L.): μελέτη της επίδρασης κυτταρινολυτικών και πηκτινολυτικών ενζύμων

Τσόχα, Λυδία; Tsocha, Lydia

dc.contributor.author	Τσόχα, Λυδία	el
dc.contributor.author	Tsocha, Lydia	en
dc.date.accessioned	2023-01-13T08:16:20Z
dc.date.available	2023-01-13T08:16:20Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56654
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24352
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	Άγριο Τριαντάφυλλο	el
dc.subject	Βιοδραστικές Ενώσεις	el
dc.subject	Πολυφαινόλες	el
dc.subject	Αντιοξειδωτικά	el
dc.subject	Extraction	en
dc.subject	Rosa canina L.	en
dc.subject	Bioactive Compounds	en
dc.subject	Polyphenols	en
dc.subject	Antioxidants	en
dc.title	Ενζυμικά υποβοηθούμενη εκχύλιση βιοδραστικών μορίων από τον καρπό του άγριου τριαντάφυλλου (Rosa canina L.): μελέτη της επίδρασης κυτταρινολυτικών και πηκτινολυτικών ενζύμων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Biotechnology	en
heal.classification	Βιοτεχνολογία	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-09-30
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια αξιοποιούνται όλο και περισσότερες φυτικές πρώτες ύλες στην φαρμακευτική βιομηχανία αλλά και στην παραγωγή καλλυντικών προϊόντων και τροφίμων. Η αυξανόμενη ζήτησή τους οφείλεται στις ευεργετικές για την υγεία ιδιότητες καθώς και στις θεραπευτικές τους δράσεις. Ο καρπός της άγριας τριανταφυλλιάς (Rosa canina L.) αποτελεί ένα δημοφιλές και ευρείας χρήσης φυτικό θεραπευτικό μέσο, λόγω της αντιοξειδωτικής, αντιμικροβιακής, αντιφλεγμονώδους αλλά και αντικαρκινικής δράσης που παρουσιάζει. Οι ιδιότητες αυτές οφείλονται στις βιοδραστικές ενώσεις που διαθέτει και συγκεκριμένα στα αντιοξειδωτικά, τις πολυφαινολικές ενώσεις, τα καροτενοειδή, τις βιταμίνες αλλά και τα τριτερπενοϊκά οξέα. Τα συστατικά αυτά καθιστούν τον καρπό, αλλά και τα υπόλοιπα μέρη του φυτού, αποτελεσματικά μέσα καταπολέμησης και πρόληψης πληθώρας ασθενειών και παθήσεων, όπως για παράδειγμα οι διαταραχές του νευρικού, του καρδιαγγειακού αλλά και του κατώτερου ουροποιητικού συστήματος, το άσθμα, η έλλειψη βιταμίνης C, η γρίπη, ο διαβήτης, η αρθρίτιδα αλλά και ο καρκίνος. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εφαρμογή της ενζυμικά υποβοηθούμενης εκχύλισης για την άντληση επιθυμητών βιοδραστικών ενώσεων από το περικάρπιο του καρπού της άγριας τριανταφυλλιάς (πρώτη ύλη), αλλά και η διερεύνηση της επίδρασης διαφορετικών παραμέτρων της εκχύλισης στην απόδοση της. Η απόδοση της διεργασίας εκτιμήθηκε με τον προσδιορισμό του ολικού περιεχομένου φαινολικών ενώσειων (TPC), του ολικού περιεχομένου φλαβονοειδών ενώσεων (TFC) αλλά και της αντιοξειδωτικής δράσης (δείκτης IC50) του εκάστοτε εκχυλίσματος. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε προσδιορισμός της σύστασης της ξηρής πρώτης ύλης. Στην συνέχεια, πραγματοποιήθηκαν συμβατικές εκχυλίσεις με υδροαιθανολικό διάλυμα ως διαλύτη, σε εύρος συγκεντρώσεων πρώτης ύλης 1-7 % w/v, και προσδιορίστηκε η απόδοση των εκχυλισμάτων στις επιθυμητές βιοδραστικές ενώσεις. Ακολούθησαν πειράματα ενζυμικά υποβοηθούμενης εκχύλισης (ΕΥΕ) της πρώτης ύλης, με χρήση των εμπορικών ενζυμικών σκευασμάτων Viscoferm και Pectinex Ultra Color. Οι χαρακτηρισμοί των εκχυλισμάτων επιβεβαίωσαν ότι η ενζυμικά υποβοηθούμενη εκχύλιση αποδίδει αυξημένη ποσότητα βιοδραστικών ενώσεων συγκριτικά με την συμβατική. Κατά τα πειράματα ΕΥΕ μελετήθηκε η επίδραση της μεταβολής μίας παραμέτρου της εκχύλισης στην απόδοση της διεργασίας σε συνάρτηση με τον χρόνο και διατηρώντας τις υπόλοιπες παραμέτρους σταθερές. Αρχικά, χρησιμοποιήθηκε το ενζυμικό σκεύασμα Viscoferm και διερευνήθηκε η επίδραση της κοκκομετρίας της πρώτης ύλης, στα εύρη: <500, 500-600 και 800-1000 μm, και ακολούθως της συγκέντρωσης της πρώτης ύλης, στα εύρη συγκεντρώσεων 1-7 % w/v, και 20-50 % w/v. Μέγιστη απόδοση υπολογίστηκε στα εκχυλίσματα στερεού κοκκομετρίας <500 μm, ενώ η αύξηση της συγκέντρωσης της πρώτης ύλης είχε αρνητική επίδραση στην απόδοση, αλλά θετική επίδραση στην συγκέντρωση των μετρούμενων βιοδραστικών ενώσεων. Στη συνέχεια, εξετάστηκε η συνεργιστική δράση των ενζυμικών σκευασμάτων Viscoferm και Pectinex Ultra Color σε σύστημα συγκέντρωσης στερεού 25% w/v και κοκκομετρίας στερεού <500 μm, υπό σταθερό ενζυμικό φορτίο και σε διαφορετικούς χρόνους προσθήκης των ενζύμων στο εκάστοτε σύστημα. Έπειτα, βάσει του πειραματικού σχεδιασμού Box-Wilson Central Composite Design, ολοκληρώθηκαν εκχυλίσεις με χρήση των Viscoferm και Pectinex Ultra Color σε 9 διαφορετικούς συνδυασμούς ενζυμικής συγκέντρωσης- του εύρους 0.3-0.9% v/v- και με στερεό κοκκομετρίας <500 μm και συγκέντρωσης 25% w/v. Ακολούθησε στατιστική μελέτη των αποτελεσμάτων και εξαγωγή των μαθηματικών μοντέλων που περιγράφουν ικανοποιητικά την απόκριση των τιμών TFC και του δείκτη αντιοξειδωτικής δράσης IC50, συναρτήσει της συγκέντρωσης των σκευασμάτων Viscoferm και Pectinex Ultra Color στο σύστημα της εκχύλισης (ανεξάρτητες μεταβλητές). Για την απόκριση του συστήματος σε φαινολικές ενώσεις δεν εξήχθη κάποιο στατιστικά σημαντικό μοντέλο. Τέλος, πραγματοποιήθηκε η βελτιστοποίηση της διεργασίας με χρήση της συνάρτησης επιθυμίας και με στόχο την ταυτόχρονη μεγιστοποίηση των τιμών TFC και την ελαχιστοποίηση των δεικτών αναστολής IC50 (εξαρτημένες μεταβλητές). Οι βέλτιστες τιμές των ανεξάρτητων μεταβλητών που υπολογίστηκαν ήταν 0.88% v/v Viscoferm και 0.71% v/v Pectinex Ultra Color. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε και ποιοτικός έλεγχος των αντιμικροβιακών ιδιοτήτων των εκχυλισμάτων του καρπού της Rosa canina L. μέσω των μεθόδων διάχυσης δίσκου και διάχυσης πηγαδιού, με χρήση καλλιέργειας του μικροοργανισμού E.Coli.	el
heal.abstract	In recent years, more and more plant raw materials have been used in the pharmaceutical industry, as well as in the production of cosmetics and food products. Their growing demand is due to their health-beneficial properties and their medicinal actions. The fruit of the wild rose Rosa canina L., also known as rosehip, is a popular and widely used herbal remedy, due to its antioxidant, antimicrobial, anti-inflammatory and anti-cancer effects. Rosehip owes these properties to its bioactive compounds, such as antioxidants, polyphenolic compounds, carotenoids, vitamins and triterpenic acids. Due to these components, the fruits, flowers and roots of the wild rose can be effective means of combating and preventing many diseases and ailments, such as disorders of the nervous, cardiovascular and lower urinary system, asthma, lack of vitamin C, flu, diabetes, arthritis and even cancer. This thesis aims at the application of enzyme-assisted extraction for the extraction of desired bioactive compounds from the shell (hypanthium) of the wild rose fruit (raw material), but also at the investigation of the effect that different extraction parameters have on its performance. The determination of the extraction yield was based on the calculation of the total phenolic content (TPC), the total flavonoid content (TFC) and the antioxidant activity (IC50) of each extract, via the Folin-Ciocalteau, Aluminum Chloride and DPPH Scavenging Activity assays. First, a component analysis of the dried raw material was performed, according to the Association of Official Analytical Chemists’ methods. Then, a hydroethanolic solution was used as a solvent in conventional extractions in a range of raw material concentration of 1-7 % w/v. Enzyme-assisted extractions (EAE) of the raw material followed, using the commercial enzyme blends Viscoferm and Pectinex Ultra Color. The characterizations of the extracts confirmed that the enzyme-assisted extraction has a higher yield than the conventional one. The EAE experiments, focused on the effect of different extraction parameters at its performance as a function of time and by keeping the rest parameters constant. The influence of raw material’ s particle size was investigated, in the ranges: <500, 500-600 and 800-1000 μm, whereas the influence of raw material’ s concentration, in the ranges of 1-7 % w/ v, and 20-50% w/v. The particle size of <500 μm demonstrated the highest extraction yield, while the increase of raw material’ s concentration had a negative effect on the yield, but a positive effect on the concentration of the measured bioactive compounds. Then, the synergistic effect of the enzyme blends Viscoferm and Pectinex Ultra Color was examined by adding, at different points of time, a fixed enzyme load of each blend in systems, where the raw material’ s concentration was 25% w/v and its particle size less than 500 μm. Thereafter, some EAEs were carried out, based on the Box-Wilson Central Composite Experimental Design, in order to study the synergistic influence of Viscoferm and Pectinex Ultra Color at a concentration range of 0.3-0.9% v/v, by keeping constant the solid concentration (25% w/v) and the particle size (<500 μm). The results of the bioactive compounds characterization were statistically analyzed. Subsequently, mathematical models, that predict the TFC and IC50 values, were derived, depending on the concentration of Viscoferm and Pectinex Ultra Color enzyme blends in the extraction system (independent variables). No statistically significant model was derived for the prediction of TPC values. Finally, process optimization was performed, using a desirability function and by aiming to the simultaneous maximization of TFC values, and minimization of IC50 values (dependent variables). The optimal values of the independent variables were 0.88% v/v Viscoferm and 0.71% v/v Pectinex Ultra Color. Moreover, an antimicrobial activity assessment of the extracts was carried out, via the Disk Diffusion and Well Diffusion Methods, by using E.Coli as a test microorganism.	en
heal.advisorName	Μαμμά, Διομή	el
heal.committeeMemberName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Γεώργιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Βιοτεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	121 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false