Μελέτη της εκχύλισης λουτεολίνης από Ελληνικές φυτικές πρώτες ύλες και ανάπτυξη παρασκευασμάτων της για συμπληρώματα διατροφής

Επισκόπου, Ευστράτιος; Episkopou, Efstratios

dc.contributor.author	Επισκόπου, Ευστράτιος	el
dc.contributor.author	Episkopou, Efstratios	en
dc.date.accessioned	2023-12-18T10:58:48Z
dc.date.available	2023-12-18T10:58:48Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/58463
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26159
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	Λουτεολίνη	el
dc.subject	Εκχύλιση	el
dc.subject	Ελληνικές φυτικές πηγές	el
dc.subject	Reseda Luteola	en
dc.subject	Ανάπτυξη στερεού παρασκευάσματος	el
dc.subject	Luteolin	en
dc.subject	Extraction	en
dc.subject	Greek plant sources	en
dc.subject	Reseda Luteola	en
dc.subject	Luteolin product development	en
dc.title	Μελέτη της εκχύλισης λουτεολίνης από Ελληνικές φυτικές πρώτες ύλες και ανάπτυξη παρασκευασμάτων της για συμπληρώματα διατροφής	el
dc.title	Study of luteolin extraction from greek plant sources and luteolin-product development for food supplements	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ανάπτυξη διεργασιών εκχύλισης και απομόνωσης βιοδραστικών ουσιών	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-07-04
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η μελέτη της εκχύλισης και της απομόνωσης της λουτεολίνης από Ελληνικές φυτικές πηγές προκειμένου να χρησιμοποιηθεί ως βάση για την παρασκευή συμπληρωμάτων διατροφής. Συγκεκριμένα δύο Ελληνικές φυτικές πηγές (Reseda luteola L. και κέλυφος φιστικιού Arachis Hypogea) αξιολογήθηκαν ως προς το περιεχόμενο τους σε λουτεολίνη και άλλα βιοδραστικά συστατικά, ώστε να βρεθεί η δυνατότητα ανάπτυξης διεργασίας εκχύλισης λουτεολίνης σε μεγάλη ποσότητα από τα φυτά αυτά. Έπειτα, αναπτύσσεται πρότυπη διεργασία εκχύλισης λουτεολίνης χρησιμοποιώντας ως βάση το φυτό Reseda luteola L., προκειμένου να αποτελέσει μια συμβατική ενεργειακά αποδοτική διεργασία εκχύλισης της λουτεολίνης από τα φυτά που την εμπεριέχουν. Τέλος, μελετήθηκε η ικανότητα απομόνωσης στερεού παρασκευάσματος πλούσιου σε λουτεολίνη από τα εκχυλίσματα του φυτού Reseda luteola L. προκειμένου να αποτελέσει τη βάση για την ανάπτυξη και την παρασκευή συμπληρωμάτων διατροφής λουτεολίνης. Η λουτεολίνη είναι μια χημική ένωση που ανήκει στην κατηγορία των φλαβονοειδών, που αποτελούν ομάδα ενώσεων που παράγονται στα φυτά και έχουν τη δυνατότητα ανάπτυξης αντιοξειδωτικών και άλλων βιολογικών δράσεων. Η λουτεολίνη αποτελεί ένα φλαβονοειδές της υποομάδας των φλαβονών με πλούσια βιολογική δράση σε πάρα πολλούς τομείς της ανθρώπινης υγείας. Συγκεκριμένα δημοσιεύσεις πάνω στη λουτεολίνη έχουν δείξει ότι αποτελεί χημική ένωση με ισχυρή αντιοξειδωτική και αντικαρκινική δράση, προστατευτική δράση απέναντι σε διάφορα είδη μικροβίων, καθώς και αντιφλεγμονώδεις και άλλες χρήσιμες βιολογικές ιδιότητες που καθιστούν χρήσιμη την μελέτη των φυτικών πηγών που την περιέχουν καθώς και την ανάπτυξη διατροφικών σκευασμάτων πλούσιων σε λουτεολίνη από τις πηγές αυτές. Για την μελέτη της διεργασίας εκχύλισης της λουτεολίνης χρησιμοποιήθηκαν δύο φυτικές πηγές: τα υπέργεια μέρη του φυτού Reseda luteola L. καθώς και το κέλυφος του αράπικου φιστικιού. Λόγω του ότι στην Ελλάδα το φυτό Reseda luteola L. ήταν εκτός εποχής κατά την περίοδο εκπόνησης της διπλωματικής εργασίας προμηθεύτηκε Τουρκική ποικιλία υπέργειων ελαφρώς κατατμημένων μερών του φυτού, τα οποία διαχωρίστηκαν σε ένα λεπτό, κυρίως φυτώδες, κλάσμα και ένα ξυλώδες κλάσμα, για την σε βάθος μελέτη της περιεκτικότητας του φυτού σε λουτεολίνη, ενώ τα κελύφη αράπικου φιστικιού που προμηθεύτηκαν από την αγορά και τη βιομηχανία υπέστησαν επεξεργασία προκειμένου να καταστούν κατάλληλα για εκχύλιση. Ο προσδιορισμός της λουτεολίνης στα εκχυλίσματα έγινε με τη μέθοδο HPLC, μέσω της κατασκευής καμπύλης αναφοράς της λουτεολίνης από πρότυπο καθαρής ένωσης (Extrasynthese). Οι ολικές φαινόλες προσδιορίστηκαν με την μέθοδο Folin-Ciocalteu και τα αποτελέσματα εκφράστηκαν ως ισοδύναμα γαλλικού οξέος (GAE) και ως ισοδύναμα λουτεολίνης (LUT), μέσω της παρασκευής καμπυλών αναφοράς με πρότυπα διαλυμάτων γαλλικού οξέος και λουτεολίνης από συμπλήρωμα διατροφής λουτεολίνης του εμπορίου το οποίο προηγουμένως ποσοτικοποιήθηκε με τη μέθοδο HPLC. Αντίστοιχα τα αντιοξειδωτικά εκφράστηκαν με τη μέθοδο DPPH ως ισοδύναμα Trolox (TE) και λουτεολίνης (LUT). Η περιεκτικότητα του συμπληρώματος διατροφής σε καθαρή λουτεολίνη ανέρχεται στο 91%. Οι εκχυλίσεις στο φυτό Reseda luteola πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση μεθανόλης ως μέσου εκχύλισης, ενώ για το κέλυφος της αραχίδας μελετήθηκαν μεθανολικά και υδατικά εκχυλίσματα. Χρησιμοποιείται μέθοδος εκχύλισης ημιδιαλείποντος έργου σε σταθερή κλίνη με συνεχή είσοδο διαλύτη και συνεχή έξοδο εκχυλίσματος από τον εκχυλιστήρα σταθερής κλίνης σε σταθερό ρυθμό ροής, υπό θερμοκρασία περιβάλλοντος (25 ˚C). Για την μελέτη του περιεχομένου των δύο φυτικών πηγών σε λουτεολίνη βρίσκεται ότι το λεπτό κλάσμα του φυτού Reseda luteola L. περιέχει 14 ± 3 mg LUT/g σε λουτεολίνη, ενώ το ξυλώδες κλάσμα 11 ± 0,1 mg LUT/g. Λαμβάνοντας υπόψιν την αναλογία των δύο κλασμάτων στο εξεταζόμενο δείγμα (43:57 % w/w υπέρ του ξυλώδους κλάσματος) το συνολικά μετρούμενο περιεχόμενο των υπέργειων τμημάτων του Reseda luteola L. σε λουτεολίνη είναι ίσο με 12 mg LUT/g υλικού κατά μέσο όρο, για την εκχύλιση της ουσίας από το φυτό με μεθανόλη σε αναλογία g πρώτης ύλης/mL διαλύτη 1:20. Αντίστοιχα τα υπέργεια μέρη του φυτού περιέχουν στο σύνολο τους 17 mg LUT/g υλικού σε ολικές φαινόλες (TPC) και 17 mg LUT/g υλικού σε αντιοξειδωτικά , όπως υπολογίστηκε από τις αναλύσεις στα εκχυλίσματα του λεπτού και του ξυλώδους κλάσματος του φυτού. Για τις αντίστοιχες αναλύσεις στα εκχυλίσματα του κελύφους της αραχίδας το περιεχόμενο σε λουτεολίνη είναι ίσο με 1,4 ± 0,5 mg LUT/g, 8 φορές μικρότερο από το αντίστοιχο της Reseda luteola, το οποίο ισχύει και για τις περιεκτικότητες σε TPC και αντιοξειδωτικά που υπολογίζονται από την μελέτη των εκχυλισμάτων της πηγής, το οποίο αποδεικνύει την συγκριτική υπεροχή της Reseda luteola ως πηγή λουτεολίνης σε σύγκριση με το κέλυφος του φιστικιού και ωθεί στην περαιτέρω μελέτη των κλασμάτων της πηγής για την ανάπτυξη κινητικών μοντέλων. Η λουτεολίνη στα υπέργεια μέρη της Reseda συναντάται κυρίως ως λουτεολίνη-7-γλυκοζίτης και αγλυκόνη, ενώ στο κέλυφος του φιστικιού παρίσταται μόνο ως αγλυκόνη. Ακόμη έγινε μελέτη της χρονικής εξέλιξης της εκχυλιζόμενης συγκέντρωσης λουτεολίνης και TPC από τα κλάσματα του φυτού Reseda luteola για να προσδιοριστεί η κινητική εξίσωση της εκχύλισης με βάση το 2ο νόμο του Fick, λαμβάνοντας δείγματα 1 mL από την έξοδο του εκχυλιστήρα σε συγκεκριμένους χρόνους για την εκχύλιση όγκου 300 mL σε κάθε κλάσμα και εξετάζοντας τα δείγματα με Folin-Ciocalteu και HPLC για τον προσδιορισμό της εξέλιξης της συγκέντρωσης σε TPC και λουτεολίνη αντίστοιχα. Από τους υπολογισμούς και την κατασκευή των κινητικών διαγραμμάτων προκύπτει ότι η κινητική της εκχύλισης στα κλάσματα του φυτού ακολουθεί δύο στάδια: ένα στάδιο έκπλυσης των βιοδραστικών συστατικών από τη μάζα του εκχυλιζόμενου υλικού στα πρώτα 9-10 min της διεργασίας και ένα αργό στάδιο που επιδρά η διάχυση του διαλύτη στο εσωτερικό της μάζας του μητρικού υλικού που έπεται μέχρι το τέλος της κινητικής. H αναλογία των ρυθμών γρήγορου και αργού σταδίου ανέρχεται στο 3:1 για την εκχύλιση λουτεολίνης και 4:1 για την εκχύλιση TPC για το λεπτό κλάσμα, με το ξυλώδες κλάσμα να έχει 7:2 και 4:1 αντίστοιχα. Το γεγονός αυτό συνεπάγεται την εκχύλιση της πλειοψηφίας του περιεχομένου του φυτού σε λουτεολίνη και TPC κατά το αργό στάδιο. Από την μελέτη της κινητικής εξίσωσης των δύο σταδίων επίσης προκύπτει ότι σε χρονικό διάστημα 105 min εκχυλίζεται το 83% της περιεχόμενης λουτεολίνης από το σύνολο των υπέργειων μερών του φυτού, με την αναλογία μάζας/διαλύτη να ανέρχεται σε 1:15, ενώ σε χρόνο μιας ώρας το ποσοστό γίνεται 67% και η αναλογία 1:9. Άρα η εκχύλιση λουτεολίνης από το φυτό με τη μέθοδο που ακολουθήθηκε δύναται να αποτελέσει μια ικανοποιητική πρότυπη συμβατική διεργασία για την εκχύλιση λουτεολίνης από το φυτό Reseda luteola L., συγκριτικά με τις άλλες συμβατικές τεχνικές που ακολουθούνται στη βιβλιογραφία. Τέλος ακολουθείται διαδικασία κατεργασίας των εκχυλισμάτων του λεπτού και του ξυλώδους κλάσματος με στόχο την απομόνωση στερεού παρασκευάσματος πλούσιου σε λουτεολίνη από το φυτό Reseda luteola L.. Αυτό επιτυγχάνεται με την όξινη υδρόλυση των συμπυκνωμένων εκχυλισμάτων για κάθε κλάσμα του φυτού στους 70 ˚C με θειικό οξύ σε αναλογία 5:3 με τα στερεά του εκχυλίσματος που έχουν υπολογιστεί με σταθμική ανάλυση. Στη συνέχεια γίνεται κατεργασία με απιονισμένο νερό για καταβύθιση ιζήματος πλούσιου σε αγλυκόνη της λουτεολίνης το οποίο διαχωρίζεται με διήθηση και αφού απομακρυνθούν από αυτό τα ίχνη θειικού οξέος μέσω της έκπλυσης του με απιονισμένο νερό αναδιαλύεται σε μεθανόλη, ώστε να αναλυθεί με τη μέθοδο HPLC, παράλληλα με το διήθημα που συλλέγεται για να υπολογιστεί η περιεκτικότητα των στερεών σε λουτεολίνη και ο βαθμός απόδοσης της διεργασίας. Έπειτα ακολουθεί προσδιορισμό της % λουτεολίνης στο σκεύασμα. Κατά την διεργασία που ακολουθήθηκε απομονώθηκε στερεό προϊόν περιεκτικότητας 55% κατά βάρος σε λουτεολίνη και 75% κατά βάρος σε φλαβονοειδή, ενώ η απόδοση της υδρόλυσης του κύριου γλυκοζίτη είναι 71,5 ± 0,1 % w/w και η αύξηση της λουτεολίνης στα τελικά στερεά 250-280%. Συνεπώς η διεργασία που ακολουθείται δίνει στερεό παρασκεύασμα από το φυτό Reseda luteola L. το οποίο δύναται να αποτελέσει τη βάση για την ανάπτυξη καθαρών στερεών συμπληρωμάτων διατροφής λουτεολίνης.	el
heal.abstract	The purpose of the present diploma thesis was the study of luteolin extraction and isolation from Greek plant sources, to be used as a basis for the production of food supplements. More specifically, two Greek plant sources (Reseda luteola L. and shell of Arachis Hypogea peanuts) were examined at the basis of their content of luteolin and other bioactive compounds, with the intention of developing a process of luteolin extraction in large quantinties from said plant sources. Furthermore, a standard process of luteolin extraction with the use of Reseda luteola L. as a base source was developed, with the purpose of becoming a conventional energy efficient extraction techinique of the compound from the plants that contain it. Lastly, the ability to isolate a luteolin-rich solid product from the Reseda luteola extracts was studied in order to constitute as a base for the creation and development of luteolin food supplements. Luteolin is a chemical compound that belongs to the category of flavonoids, a compound group produced in plants that is characterized by its ability to develop antioxidant and other biological activities. Luteolin belongs to the sub-group of flavones and has a rich biological activity in many sectors of human health. Papers studying the flavonoid has shown that it constitutes a compound with strong antioxidant and anticancer activity, protective action against various microbial types as well as anti-inflammatory and other useful bioactive abilities that make the study of the luteolin-containing plants and the development of luteolin-rich products significant for the food industry. Two plant sources were used to examine the luteolin extraction process: the aerial parts of Reseda luteola L. and the shell of the Arachis Hypogea peanut. Due to the fact that Reseda luteola was out of season while the thesis was being composed, a Turkish variety of segmented aerial parts of the plant was utilized. They were separated into a fine segment, mostly composed of flowers and leaves, and a wooden segment, for a detailed study of the total amount of luteolin in the aerial parts of the plant and the peanut shells that were supplied by the market and the industry were processed to be deemed suitable for extraction. Determining the quantity of luteolin in the extracts became possible with the HPLC method, through the construction of a luteolin reference curve from a pure luteolin standard (Extrasynthese). The total phenolic content was determined with the Folin-Ciocalteu method and the results were expressed as Gallic acid (GAE), and luteolin equivalents (LUT), through the construction of reference curves by using standards of Gallic acid and market luteolin supplement which was previously quantified with the HPLC method. Respectively, the antioxidant content was determined with the DPPH method as Trolox (TE) and luteolin equivalents (LUT). The supplement has a 91% w/w of luteolin content. The extractions in the Reseda luteola plant used methanol as the extraction solvent, when in the peanut shells both methanolic and aquatic extracts were examined. The extraction used a semi-batch method in a fixed bed extractor, with a continuous solvent input in a constant flow rate, in room temperature (25 ˚C). After studying the content of the plant sources with exhaustive extraction, it was found that the content of luteolin of the fine fraction of the plant is 14 ± 3 mg LUT/g material while the content of the wooden fraction was 11 ± 0,1 mg LUT/g material. Considering the analogy of the two fractions in the examined plant sample (43:57 in favor of the wooden fraction) the total content of luteolin in the aerial parts of Reseda luteola is in average 12 mg LUT/g material for methanolic extraction of luteolin from the plant in a 1:20 analogy of g material/mL extraction solvent. Respectively, the aerial parts of the plants contain in total an average 17 mg LUT/g of material in total phenolic content (TPC) and 17 mg LUT/g of material in antioxidants as estimated from the analyses in the methanolic extracts of the fine and the wooden fractions. The respective analyses on the Arachis Hypogea peanut shells reveal that their content in luteolin is equal to 1,4 ± 0,5 mg LUT/g of material, 8 times less than the content of Reseda luteola aerial parts, which is also true for the TPC and antioxidants contents that were estimated from the study of the source extracts. This proves the superiority of Reseda luteola as a luteolin source compared to the peanut shells and leads to further observation of the plant fraction for the development of kinetic models. Luteolin in the aerial parts of Reseda luteola L. appears mostly as luteolin-7-glucoside and aglycone, while in peanut shells only the aglycone of luteolin is observed. Furthermore, a study of the time process of the extracted concentration of luteolin and TPC from the R. Luteola fractions was conducted, intending to determine the kinetic equation of the extraction based on the second Fick law, by collecting 1 mL samples in specific times for the extraction of 300 mL of volume in each fraction and examining the samples with the Folin-Ciocalteu and HPLC methods to determine the TPC and luteolin concentration progress. The calculations and the construction of the kinetic diagrams reveal that the extraction kinetics in both fractions follows two phases, one that represents the leaching of the biodrastic compounds from the material mass in the first 9-10 min of the process and one slower phase representing the diffusion of the solvent in the material mass which lasts until the end of the process. The rate analogy of the fast and the slow phase of extraction is equal to 3:1 for luteolin extraction and 4:1 for TPC extraction in the fine parts of the plant, with the wooden parts having 7:2 and 4:1 respectively. This means that the majority of luteolin and the TPC of plant parts are extracted during the slow diffusion stage. The study of the kinetic equations of both phases also shows that in the timespan of 105 min, 83% of the luteolin contained in the aerial parts of the plant was extracted, with the mass/solvent analogy reaching 1:15, while in the span of an hour the percentage is 67% and the analogy 1:9. This proves that the extraction method followed to obtain luteolin from the plant is potentially an adequate standard conventional process for luteolin extraction from the Reseda luteola L., compared to other conventional methods followed in other studies. Lastly, a processing of methanolic extracts from the fine and the wooden fraction is followed in order to isolate a solid product rich in luteolin from the R. Luteola. This is achieved through acidic hydrolysis of condensed extracts of each fraction at 70 ˚C with sulfuric acid at a 5:3 analogy with the total solids of each extract previously calculated. Afterwards the mixture is processed with deionized water, in order to subduct a sediment rich in luteolin aglycone which can be separated through filtration. The sediment, after being washed with cold deionized water to remove sulfuric acid traces, is resolubilized with methanol in order to be analyzed with HPLC alongside the filtrate to find the concentration of luteolin in the solution and the efficiency of the process of hydrolysis. Then follows the calculation of the % luteolin in the final product. The isolated product has a 55 % w/w content in the aglycone of luteolin and 75% in total flavonoids, while the efficiency of the acidic hydrolysis of the main glycoside was 71.5 ± 0.1 % and the increase of luteolin reaching 250-280%. Consequently, the process followed gives a solid product from the plant R. Luteola L., which has the potential to become a base for the development of pure solid luteolin food supplements.	en
heal.advisorName	Γιαννακούρου, Μαρία	el
heal.committeeMemberName	Τσιμογιάννης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Χαμηλάκης, Στυλιανός	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	132 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false