Εκχύλιση βιοδραστικών ενώσεων από το καρπό του άγριο τριαντάφυλλου (Rosa Canina L.) με συνδυασμό ενζυμικής προκατεργασίας και πράσινων διαλυτών

Φατούρου, Νεφέλη; Fatourou, Nefeli

dc.contributor.author	Φατούρου, Νεφέλη	el
dc.contributor.author	Fatourou, Nefeli	en
dc.date.accessioned	2023-05-24T07:06:59Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57753
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.25450
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	Φυσικά Βαθέως Ευτηκτικοί Διαλύτες	el
dc.subject	Ενζυμικά Υποβοηθούμενη Εκχύλιση	el
dc.subject	Ενζυμική Σταθερότητα	el
dc.subject	Αντιοξειδωτικές Ουσίες	el
dc.subject	Άγριο τριαντάφυλλο (Rosa Canina L.)	el
dc.subject	Natural Deep Eutectic Solvents	en
dc.subject	Enzyme Assisted Extraction	en
dc.subject	Enzymatic Stability	en
dc.subject	Antioxidant substances	en
dc.subject	Wild Rose (Rosa Canina L.)	en
dc.title	Εκχύλιση βιοδραστικών ενώσεων από το καρπό του άγριο τριαντάφυλλου (Rosa Canina L.) με συνδυασμό ενζυμικής προκατεργασίας και πράσινων διαλυτών	el
dc.title	Extraction of bioactive compounds from the fruit of the wild rose (Rosa Canina L.) combining enzymatic pretreatment and green solvents	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Βιοτεχνολογία	el
heal.classification	Biotechnology	en
heal.dateAvailable	2024-05-23T21:00:00Z
heal.language	el
heal.access	embargo
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-02-23
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η μελέτη της ενοποίησης δύο πράσινων τεχνικών εκχύλισης, της ενζυμικά υποβοηθούμενης εκχύλισης σε συνδυασμό με την εκχύλιση με χρήση φυσικά βαθέως ευτηκτικούς διαλύτες (NaDES) με στόχο (α) την αύξηση της απόδοσης της διεργασίας, (β) την ενίσχυση της βιοδραστικότητας του εκχυλίσματος και (γ) στην αντικατάσταση των συμβατικών μεθόδων εκχύλισης με μία φιλική προς το περιβάλλον τεχνική. Η εκχύλιση βιοδραστικών ενώσεων από φυτικές πρώτες ύλες, όπως ο καρπός του άγριου τριαντάφυλλου Rosa Canina L., αποκτά ολοένα και περισσότερο ενδιαφέρον λόγω των βιοδραστικών συστατικών που περιέχουν, συμπεριλαμβανομένων φαινολικών και αντιοξειδωτικών ενώσεων, βιταμινών, τερπενίων και καροτενοειδών, τα οποία εμφανίζουν εκτός των άλλων αντιοξειδωτικές, αντιφλεγμονώδεις, αντικαρκινικές, αντιμικροβιακές και καρδιοπροστατευτικές ιδιότητες. Η Ενζυμικά Υποβοηθούμενη Εκχύλιση στηρίζεται στη χρήση υδρολυτικών ενζύμων και στοχεύει στην αποικοδόμηση του φυτικού κυτταρικού τοιχώματος, πλεονεκτεί έναντι των συμβατικών μεθόδων εκχύλισης, λόγω της αποφυγής της χρήσης τοξικών οργανικών διαλυτών, των ήπιων λειτουργικών συνθηκών και των ενισχυμένων αποδόσεων χάρη στην υψηλή εκλεκτικότητα των ενζύμων. Η εκχύλιση με Φυσικά Βαθέως Ευτυκτικούς Διαλύτες ( NaDES) είναι μία πρόσφατη, καινοτόμα ανακάλυψη πολλά υποσχόμενη για αντικατάσταση των οργανικών διαλυτών. Η φυσική προέλευσή τους και η προσαρμοστικότητά τους, τους καθιστά κατάλληλους για πολλές βιοτεχνολογικές εφαρμογές. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η ενζυμική σταθερότητα πέντε εμπορικών σκευασμάτων με κυτταρινολυτική (Cellic®CTec3 HS, Cellic®CTec2 HS), ημικυτταρινολυτική (Viscoferm®), πηκτινολυτική (Pectinex® Ultra Color), και πρωτεολυτική (Neutrase®) δράση σε ρυθμιστικό διάλυμα με pH=7.5 και σε Φυσικά Βαθέως Ευτηκτικούς Διαλύτες (NaDES) με διαφορετικά ποσοστά συν-διαλύτη (νερό), σε θερμοκρασίες 40 και 50οC για 24 ώρες. Υπολογίστηκαν, οι σταθερές θερμικής απενεργοποίησης k_d (h^(-1)), οι χρόνοι ημίσειας ζωής (t_(1/2)), οι χρόνοι υποδεκαπλασιασμού D και η ενέργεια θερμικής απενεργοποίησης (E_((a)d)) των εμπορικών ενζυμικών σκευασμάτων. Οι Φυσικά Βαθέως Ευτηκτικοί Διαλύτες που επιλέχθηκαν ήταν η Βεταΐνη-Γλυκερόλη σε μοριακή αναλογία 1:2 και 1:3 με συν-διαλύτη νερό σε ποσοστό 20, 35, 50% v/v. Βρέθηκε ότι οι NaDES προστατεύουν τα εμπορικά ενζυμικά σκευάσματα καθότι υπολογίστηκαν μεγαλύτεροι χρόνοι ημιζωής και μεγαλύτερες τιμές της ενέργειας θερμικής απενεργοποίησης συγκριτικά με τα σκευάσματα που επωάστηκαν σε ρυθμιστικό διάλυμα. Επίσης, προέκυψε ότι τα ενζυμικά σκευάσματα απενεργοποιούνται πιο γρήγορα στους 50οC. Ο βέλτιστος διαλύτης για τη σταθερότητα των ενζυμικών σκευασμάτων εμφανίστηκε ο NaDES Βεταΐνη-Γλυκερόλη 1:3 με συν-διαλύτη Η_2 Ο σε ποσοστό 20% v/v σε θερμοκρασία εκχύλισης τους 40οC. Στη συνέχεια διερευνήθηκε η επίδραση της χρήσης των επιλεγμένων από το πρώτο στάδιο εμπορικών ενζυμικών σκευασμάτων με ΝADES στην απόδοση της εκχύλισης του περικαρπίου του καρπού του άγριου τριαντάφυλλου Rosa Canina L. με συνδυασμό NaDES Βεταΐνη-Γλυκερόλη 1:3 με συν-διαλύτη Η_2 Ο σε ποσοστά 20, 35 και 50% v/v. Η θερμοκρασία εκχύλισης ρυθμίστηκε στους 40οC, το ενζυμικό φορτίο στο 1% ν/ν, ρυθμός ανάδευσης 1300 rpm σε thermomixer και περιεκτικότητα στερεής πρώτης ύλης στο 7.5% με κοκκομετρία <500μm. Τα εκχυλίσματα χαρακτηρίστηκαν ως προς το ολικό περιεχόμενο φαινολικών ενώσεων (TPC) με τη μέθοδο Folin-Ciocalteu, το ολικό περιεχόμενο φλαβονοειδών ενώσεων (TFC) με τη χρωματομετρική μέθοδο χλωριούχου αργιλίου και την αντιοξειδωτική δράση μέσω της μεθόδου προσδιορισμού της ικανότητας δέσμευσης της ρίζας DPPH. Οι καλύτερες αποδόσεις σε ολικό περιεχόμενο φαινολικών (TPC) και φλαβονοειδών (TFC) επιτεύχθηκαν για NaDES Βεταΐνη-Γλυκερόλη 1:3 με συν-διαλύτη Η_2 Ο σε ποσοστό 20% v/v μέχρι τις 2 ώρες εκχύλισης σε θερμοκρασία 40οC για τα κυτταρινολυτικά και πηκτινολυτικά σκευάσματα. Η εφαρμογή των NaDES Βεταϊνη-Γλυκερόλη στην ΕΥΕ παρουσιάζει το πλεονέκτημα ότι αποτελούν συστατικά των καλλυντικών κρεμών και σε δυνητική κλιμάκωση μεγέθους για βιομηχανική εφαρμογή δεν θα χρειάζεται να απομακρυνθούν, επιπλέον η ΕΥΕ με NaDES είναι πιο αποδοτική στους 40οC σε 2 ώρες συγκριτικά με την απλή ΕΥΕ στους 50οC γεγονός που ενισχύει την απόφαση για βιομηχανική εφαρμογή καθώς το ζητούμενη στην βιομηχανία είναι η εφαρμογή διεργασιών με μειωμένες ενεργειακές απαιτήσεις. Τέλος, η συνθήκη της ΕΥΕ με NaDES που επέφερε τις καλύτερες αποδόσεις σε βιοενεργά συστατικά περιείχε το μικρότερο ποσοστό νερού ως συν-διαλύτη στον NaDES, γεγονός που αποτελεί ακόμα ένα πλεονέκτημα για βιομηχανική εφαρμογή καθώς υπάρχει απαίτηση για μικρή περιεκτικότητα σε νερό για αποφυγή ανάπτυξης μικροοργανισμών στις καλλυντικές κρέμες.	el
heal.abstract	The aim of the present thesis is to study the integration of two green extraction techniques, enzyme-assisted extraction combined with extraction using Natural Deep Eutectic Solvents (NaDES) in order to (a) increase the process efficiency, (b) enhance the bioactivity of the extract and (c) replace conventional extraction methods with an environmentally friendly technique. The extraction of bioactive compounds from plant raw materials, such as the fruit of the wild rose Rosa Canina L., is of increasing interest due to the bioactive constituents they contain, including phenolic and antioxidant compounds, vitamins, terpenes and carotenoids, which exhibit, among others, antioxidant, anti-inflammatory, anti-cancer, antimicrobial and cardioprotective properties. Enzyme-assisted extraction is based on the use of hydrolytic enzymes and aims at the degradation of the plant cell wall, it has advantages over conventional extraction methods due to the avoidance of the use of toxic organic solvents, mild operating conditions and enhanced yields due to the high selectivity of the enzymes. Extraction with Natural Deep Eutectic Solvents (NaDES) is a recent, innovative discovery promising for the replacement of organic solvents. Their natural origin and adaptability make them suitable for many biotechnological applications. In this thesis, the enzymatic stability of five commercial formulations with cellulolytic (Cellic®CTec3 HS, Cellic®CTec2 HS), semicellulolytic (Viscoferm®), pectinolytic (Pectinex® Ultra Color), and proteolytic (Neutrase®) activity in pH=7.5 buffer was studied and in Natural Deep Eutectic Solvents (NaDES) with different percentages of co-solvent water, at temperatures of 40 and 50 οC for 24 hours. The thermal inactivation constants k_d (h^(-1)), half-life times (t_(1/2)), sub-digestion times D and thermal inactivation energy (E_((a)d)) of commercial enzyme formulations were calculated. The Natural Deep Eutectic Solvents selected were Betaine-Glycerol in molar ratio of 1:2 and 1:3 with co-solvent water at 20, 35, 50% v/v. NaDES were found to protect the commercial enzyme formulations by increasing the half-life and thermal deactivation energy. It was also found that the enzyme formulations are deactivated faster at 50 οC. NaDES Betaine-Glycerol 1:3 with addition of co-solvent Η_2 Ο at 20% v/v and temperature at 40 οC is chosen as the optimum solvent for the stability of the enzyme formulations. The effect of using the commercial enzyme formulations with NADES selected from the first stage on the performance of the extraction of wild rose Rosa Canina L. fruit pericarp by a combination of NaDES Betaine-Glycerol 1:3 with co-solvent Η_2 Ο at 20, 35 and 50% v/v was then investigated. The extraction temperature was set at 40°C, enzyme loading at 1% v/v, stirring rate 1300 rpm in a thermomixer and solids content at 7.5% with a grain size <500μm. The extracts were characterized for total phenolic compound content (TPC) by Folin-Ciocalteu method, total flavonoid compound content (TFC) by aluminum chloride colorimetric method and antioxidant activity by DPPH radical binding capacity determination method. The best performances in total phenolic content (TPC) and total flavonoid content (TFC) were obtained for NaDES Betaine-Glycerol 1:3 with co-solvent Η_2 Ο at 20% v/v up to 2 hours of extraction at 40°C and for the cellulolytic enzyme formulation Cellic®CTec3 HS. The application of NaDES Betaine-Glycerol in EAE has the advantage that they are components of cosmetic creams and at potential size scaling for industrial application they will not need to be removed, furthermore EAE with NaDES is more efficient at 40°C in 2 hours compared to simple EAE at 50°C which reinforces the decision for industrial application as the demand in industry is for processes with reduced energy requirements. Finally, the condition of EAE with NaDES that yielded the best performance in bioactive ingredients contained the least amount of water as co-solvent in NaDES, which is another advantage for industrial application as there is a requirement for low water content to avoid microorganism growth in cosmetic creams.	en
heal.advisorName	Μαμμά, Διομή	el
heal.committeeMemberName	Μαμμά, Διομή	el
heal.committeeMemberName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.committeeMemberName	Κακάλη, Γλυκερία	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	120 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false