Ανάπτυξη και βελτιστοποίηση διεργασίας αξιοποίησης υπολειμμάτων βύνης ζυθοβιομηχανίας (Brewer’s Spent Grains, BSG) με χρήση φυσικών βαθέως ευτηκτικών διαλυτών

Σκαλτσάς, Φώτιος; Skaltsas, Fotios

dc.contributor.author	Σκαλτσάς, Φώτιος	el
dc.contributor.author	Skaltsas, Fotios	en
dc.date.accessioned	2023-02-06T08:01:24Z
dc.date.available	2023-02-06T08:01:24Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57076
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24774
dc.rights	Default License
dc.subject	Μπίρα πειραματικός σχεδιασμός Taguchi	el
dc.subject	Ζυθοβιομηχανία	el
dc.subject	Υπολείμματα βύνης (BSG)	el
dc.subject	Πράσινη Χημεία
dc.subject	Φυσικοί βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες (NaDES)	el
dc.subject	Εκχύλιση υποβοηθούμενη από υπερήχους (UAE)	el
dc.subject	Ολικό περιεχόμενο φλαβονοειδών ενώσεων (TFC)	el
dc.subject	Πειραματικός σχεδιασμός Taguchi	el
dc.title	Ανάπτυξη και βελτιστοποίηση διεργασίας αξιοποίησης υπολειμμάτων βύνης ζυθοβιομηχανίας (Brewer’s Spent Grains, BSG) με χρήση φυσικών βαθέως ευτηκτικών διαλυτών	el
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	Ανάπτυξη και βελτιστοποίηση διεργασίας αξιοποίησης υπολειμμάτων βύνης ζυθοβιομηχανίας (Brewer’s Spent Grains, BSG) με χρήση φυσικών βαθέως ευτηκτικών διαλυτών	el
heal.classification	Χημικών Επιστημών	el
heal.classification	Χημικών Επιστημών	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-10-04
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη και βελτιστοποίηση της διεργασίας αξιοποίησης υπολειμμάτων βύνης ζυθοβιομηχανίας (Brewer’s Spent Grains) με την χρήση φυσικών βαθέως ευτηκτικών διαλυτών (NaDES), οι οποίοι ανήκουν στην κατηγορία των πράσινων διαλυτών. Η μέθοδος με την οποία πραγματοποιήθηκαν τα πειράματα είναι η υποβοηθούμενη από υπερήχους εκχύλιση, μια πράσινη τεχνική παροχής υψηλής ενέργειας, με σκοπό την επίτευξη μεγάλων αποδόσεων στην παραλαβή των επιθυμητών βιοδραστικών ενώσεων από την πρώτη ύλη. Η επιλογή των υπολειμμάτων βύνης ζυθοβιομηχανίας έγινε με αφορμή την σημασία που εμφανίζουν ως παραπροϊόν πλούσιο σε βιοδραστικές ενώσεις. Στην παρούσα εργασία η αξιοποίησή τους γίνεται μέσω της παραλαβής εκχυλισμάτων υψηλής προστιθέμενης αξίας με χρήση πράσινων μεθόδων και διαλυτών. Για την μέθοδο των εκχυλίσεων απαιτήθηκε αρχικά ο σχεδιασμός και η σύνθεση φυσικών βαθέως ευτηκτικών διαλυτών (NaDES). H παρασκευή τους προέρχεται από φιλικά προς το περιβάλλον επιμέρους συστατικά (υδροξυ-οξέα, αμινοξέα, σάκχαρα τα οποία χρησιμοποιούνται ήδη σε μεγάλο βαθμό από τη βιομηχανία και στην ανάπτυξη προϊόντων με τελικό αποδέκτη τον άνθρωπο) προσδίδοντας πράσινο χαρακτήρα στην συνολική διεργασία. Η χρήση των NaDES ως διαλύτες εκχύλισης σε συνδυασμό με την εφαρμογή τεχνικών υψηλής ενέργειας, όπως οι υπέρηχοι, οδηγούν σε μειωμένο χρόνο εκχύλισης παρέχοντας ταυτόχρονα υψηλούς βαθμούς απόδοσης. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε ο σχεδιασμός και η παραγωγή πέντε φυσικών βαθέως ευτηκτικών διαλυτών NaDES για τη διεργασία εκχύλισης και προσδιορίστηκε, ύστερα από μια σειρά πειραμάτων, ο καταλληλότερος εξ΄ αυτών όσον αφορά σε παραμέτρους όπως το ολικό περιεχόμενο σε φαινολικές και φλαβονοειδείς ενώσεις των εκχυλισμάτων. Ως καταλληλότερος διαλύτης επιλέχθηκε ο NaDES βεταΐνη- γλυκερόλη (1:3) και ακολούθησε μια σειρά προκαταρκτικών πειραμάτων. Συγκεκριμένα, μεταξύ των πειραμάτων χρησιμοποιήθηκαν διαφορετικής επεξεργασίας υπολείμματα βύνης, ως προς το καβούρδισμα τους από την ζυθοποιία, την μέθοδο ξήρανσης και την κοκκομετρία. Η διαδικασία επεξεργασίας της πρώτης ύλης BSG που επιλέχθηκε ήταν η ξήρανση των υπολειμμάτων βύνης με την μέθοδο της λυοφιλοποίησης (freeze drying), η χρήση του αποξηραμένου BSG μικρότερης κοκκομετρίας και διατήρησή του σε ψυχρό περιβάλλον. Επιπλέον από τα πειράματα αυτά, έγινε προσέγγιση τα εύρη τιμών της εκάστοτε μεταβλητής που ορίστηκαν στην συνέχεια για τον πειραματικό σχεδιασμό. IV Η διεργασία εκχύλισης βελτιστοποιήθηκε μέσω του πειραματικού σχεδιασμού Taguchi λαμβάνοντας ως παραμέτρους μελέτης τον χρόνο εκχύλισης (Τime), την ισχύ των υπερήχων (Power) και την περιεκτικότητα NaDES στο σύστημα διαλύτη NaDES-Νερό (%NaDES) και ως μεταβλητές απόκρισης το ολικό περιεχόμενο φαινολικών ενώσεων (TPC) και φλαβονοειδών ενώσεων (TFC). Η χρήση της μεθόδου Folin-Ciocalteu χρησιμοποιήθηκε για τον ποσοτικό προσδιορισμό του ολικού περιεχομένου φαινολικών ενώσεων των εκχυλισμάτων BSG εκφρασμένο σε mg ισοδύναμου γαλλικού οξέος προς g πρώτης ύλης BSG. Ενώ με την μέθοδο χλωριούχου αργιλίου με ένωση αναφοράς την κατεχίνη προσδιορίστηκε το ολικό περιεχόμενο σε φλαβονοειδείς ενώσεις. Τα αποτελέσματα των εκχυλίσεων υποβοηθούμενων από υπερήχους παρουσίασαν διακύμανση των τιμών τους, αναλόγως με τις διαφορετικές συνθήκες εκχύλισης. Με την χρήση του εργαλείου Minitab και την εντολή βελτιστοποίησης μοντέλου του πειραματικού σχεδιασμού προέκυψαν ως βέλτιστες συνθήκες εκχύλισης για ταυτόχρονη μεγιστοποίηση TPC και TFC οι εξής: Χρόνος εκχύλισης Time,opt= 24.39 min, Ισχύς υπερήχων Power,opt= 46,97% (187.94Watt) και περιεκτικότητα του διαλύτη σε NaDES, %NaDES,opt= 73.03%NaDES (26. 97% H2O). Τέλος, με την πραγματοποίηση πειραμάτων επιβεβαίωσης λήφθηκαν αποτελέσματα που υπέδειξαν καλή προσαρμογή του μοντέλου καθιστώντας το στατιστικά σημαντικό(ολικό περιεχόμενο φαινολικών ενώσεων TPC = 25.891 mgGAE/gBSG και φλαβονοειδών TFC = 14.652 mgCat/gBSG). Λέξεις- Κλειδιά: Μπίρα, ζυθοβιομηχανία, υπολείμματα βύνης (BSG), Πράσινη Χημεία, φυσικοί βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες (NaDES), Εκχύλιση υποβοηθούμενη από υπερήχους (UAE), πειραματικός σχεδιασμός Taguchi, ολικό περιεχόμενο φλαβονοειδών ενώσεων (TFC), ολικών περιεχόμενο φαινολικών ενώσεων (TPC).	el
heal.advisorName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.committeeMemberName	Διομή, Μαμμά	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I). Εργαστήριο Οργανικής Χημείας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	82 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false