Εκχύλιση βιοδραστικών ουσιών από τον φλοιό του ροδιού με χρήση περιβαλλοντικά φιλικών διεργασιών

Αγγάνη, Βασιλική; Angani, Vasiliki

dc.contributor.author	Αγγάνη, Βασιλική	el
dc.contributor.author	Angani, Vasiliki	en
dc.date.accessioned	2024-01-26T11:46:58Z
dc.date.available	2024-01-26T11:46:58Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/58695
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26391
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	Αντιοξειδωτική δράση	el
dc.subject	Φλοιός ροδιού	el
dc.subject	Βαθείς ευτηκτικοί διαλύτες	el
dc.subject	Εκχύλιση υποβοηθούμενη με μικροκύματα	el
dc.subject	Bioactive compounds	en
dc.subject	Antioxidant activity	en
dc.subject	Pomegranate peel	en
dc.subject	Microwave assisted extraction	en
dc.subject	Deep eutectic solvents	en
dc.subject	Βιοδραστικά συστατικά	el
dc.title	Εκχύλιση βιοδραστικών ουσιών από τον φλοιό του ροδιού με χρήση περιβαλλοντικά φιλικών διεργασιών	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημική Μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-07-05
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια, η επιστημονική κοινότητα έχει στρέψει το ενδιαφέρον της στην μελέτη της εκχύλισης βιοδραστικών συστατικών υψηλής προστιθέμενης αξίας από φυτικά υλικά. Συχνά η μελέτη συνδυάζει και πράσινες μεθόδους εκχύλισης, όπως η εκχύλιση με μικροκύματα ή υπερήχους, που είναι πιο φιλικές για το περιβάλλον. Η ταυτόχρονη ανάγκη της βιομηχανίας, στα πλαίσια της κυκλικής οικονομίας, εντατικοποίησαν την έρευνα για αξιοποίηση παραπροϊόντων ή αποβλήτων για την ανάκτηση βιοδραστικών συστατικών. Η γνωστοποίηση των ευεργετικών ιδιοτήτων του χυμού του ροδιού, οδήγησε στην αυξημένη παραγωγή του και κατ’ επέκταση την αύξηση των αποβλήτων από την βιομηχανία χυμοποιήσης του ροδιού. Έτσι, μιας και ο φλοιός αποτελεί το 50 με 60% του συνολικού βάρους του ροδιού και είναι το κύριο απόβλητο της βιομηχανίας, η έρευνα για αξιοποίηση του έχει εντατικοποιηθεί. Επίσης, η ανάγκη για φυτικά αντιοξειδωτικά, μιας και αποδείχθηκαν πιο αποτελεσματικά από τα συνθετικά, έδωσε κίνητρο για την μελέτη εκχύλισης βιοδραστικών συστατικών από τον φλοιό του ροδιού. Οι Βαθείς Ευτηκτικοί Διαλύτες (Deep Eutectic Solvents ή DESs) είναι πράσινοι διαλύτες που σχηματίζονται από ένα δότη και ένα δέκτη δεσμού υδρογόνου. Το κύριο χαρακτηριστικό αυτών των διαλυτών είναι ότι το σημείο τήξης του είναι πιο χαμηλό από ότι των συστατικών του. Οι DESs είναι φιλικοί προς το περιβάλλον και συχνά τα συστατικά τους είναι από φυσικά συστατικά (Natural Deep Eutectic Solvents ή NADESs), είναι εύκολοι στην σύνθεση τους και οικονομικοί. Βιβλιογραφικά έχουν χρησιμοποιηθεί για την εκχύλιση φυτοχημικών προϊόντων, αφού συχνά αυξάνουν την απόδοση ή και την εκλεκτικότητα της εκχύλισης σε σχέση με τους συμβατικούς διαλύτες. Η μελέτη των DESs είναι συνεχής, είτε για νέους συνδυασμούς δοτών και δεκτών δεσμών υδρογόνου είτε για βελτιστοποίηση των ήδη υπάρχοντών είτε για καινούργιες εφαρμογές. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η εκχύλιση βιοδραστικών συστατικών από τον φλοιό του ροδιού με την κλασική υγρή εκχύλιση και την εκχύλιση υποβοηθούμενη από μικροκύματα, με συμβατικούς διαλύτες και βαθείς ευτηκτικούς διαλύτες. Στην κλασική εκχύλιση, οι διαλύτες που εξετάσθηκαν είναι η αιθανόλη, το νερό και μίγματα αυτών με αναλογία 50-50% και 70-30% αντίστοιχα καθώς και οι πράσινοι διαλύτες χλωριούχος χολίνη/1,2 βουτανοδιόλη με αναλογία 1:4 κατά mol και χλωριούχος χολίνη/1,4 βουτανοδιόλη με αναλογία 1:4 κατά mole. Στην εκχύλιση με μικροκύματα εξετάσθηκαν οι διαλύτες αιθανόλη- νερό (50%-50% κ.β.) και χλωριούχος χολίνη/1,2 βουτανοδιόλη, που ήταν οι πιο αποτελεσματικοί στην κλασική εκχύλιση σε σύγκριση με τους συμβατικούς και DES διαλύτες αντίστοιχα. Οι λειτουργικές παράμετροι που εξετάσθηκαν είναι: (α) η θερμοκρασία, στην κλασική εκχύλιση για 50 και 70 °C και στην εκχύλιση με μικροκύματα σε εύρος 40-60 °C, (β) ο χρόνος, με εύρος 5-30 min στην εκχύλιση με μικροκύματα, ενώ στην κλασική έμεινε σταθερός 24h, (γ) ο λόγος διαλύτη/βιομάζα, όπου στην κλασική εκχύλιση ήταν 10:1 και 20:1, ενώ στην εκχύλιση με μικροκύματα είχε εύρος από 10:1 έως 30:1 και (δ) η ισχύς της εκχύλιση με μικροκύματα με εύρος 300-700W. Για όλα τα εκχυλίσματα μετρήθηκε η αντιοξειδωτική δράση (Antioxidant Capacity ή ΤΕAC) και η ολική συγκέντρωση φαινολικών ενώσεων (Total Phenolic Content ή TPC). Τα αποτελέσματα από την κλασική υγρή εκχύλιση έδειξαν ότι τα εκχυλίσματα είναι πλούσια σε φαινολικές ενώσεις και έχουν αντιοξειδωτική δράση. Τα βέλτιστα αποτελέσματα λήφθηκαν για εκχύλιση στους 50 °C, αναλογία διαλύτη/ βιομάζα 10:1 και διαλύτη την χλωριούχο χολίνη/1,2 βουτανοδιόλη. Μάλιστα τόσο το TEAC όσο και το TPC, αυξήθηκαν περίπου 40% χρησιμοποιώντας διαλύτη την χλωριούχο χολίνη/1,2 βουτανοδιόλη αντί του συμβατικού διαλύτη 50% αιθανόλη-50% νερό, που ήταν ο πιο αποτελεσματικός συμβατικός διαλύτης. Στην κλασική εκχύλιση παρατηρήθηκε πως για μικρότερη θερμοκρασία και λόγο διαλύτη / βιομάζα, δηλαδή 50 °C και αναλογία 10:1, λήφθηκαν τα καλύτερα αποτελέσματα TEAC και TPC για τον κάθε διαλύτη. Στην εκχύλιση υποβοηθούμενη από μικροκύματα, τα πειράματα έγιναν χρησιμοποιώντας ως διαλύτες το 50% αιθανόλη-50% νερό και την χλωριούχο χολίνη/1,2 βουτανοδιόλη, που έδωσαν την καλύτερα απόδοση στην κλασική εκχύλιση. Καλύτερα αποτελέσματα στην εκχύλιση με μικροκύματα λήφθηκαν με μείωση του λόγου διαλύτη/βιομάζα στο εύρος 10:1-30:1 και για τις κεντρικές συνθήκες της ισχύος, της θερμοκρασίας και του χρόνου. Οι βέλτιστες συνθήκες για την εκχύλιση υποβοηθούμενη από μικροκύματα ήταν τα 15 min, 500W, 50°C και 10:1. Η εκχύλιση με μικροκύματα χρησιμοποιώντας τον συμβατικό διαλύτη 50% αιθανόλη-50% νερό ήταν αποτελεσματικότερη σε σχέση με την κλασική εκχύλιση. Αντίθετα στην εκχύλιση με διαλύτη την χλωριούχο χολίνη/1,2 βουτανοδιόλη καλύτερα αποτελέσματα TEAC και TPC λήφθηκαν στην κλασική εκχύλιση. Η προσθήκη αιθανόλης στην χλωριούχο χολίνη/1,2 βουτανοδιόλη με κατά βάρος αναλογία 30 και 70% αντίστοιχα, δεν επηρέασε τα αποτελέσματα της εκχύλισης με μικροκύματα, στην αναλογία διαλύτη προς βιομάζα 10:1. Αντίθετα στην αναλογία 20:1, η χρήση του, αύξησε τόσο το TEAC όσο και το TPC, σε σχέση με τα εκχυλίσματα με καθαρό διαλύτη χλωριούχο χολίνη/1,2 βουτανοδιόλη και 50% αιθανόλη-50% νερό. Οι υπόλοιπες παράμετροι έμειναν σταθερές, δηλαδή 15 min, 500W και 50°C. Η χρήση των DESs, στην κλασική εκχύλιση φλοιών ροδιού έδωσε καλύτερα αποτελέσματα από ότι οι συμβατικοί διαλύτες. Ειδικότερα η χρήση της χλωριούχου χολίνη/1,2 βουτανοδιόλη είναι πολλά υποσχόμενη για μελλοντική μελέτη, μιας και αυξάνει την αντιοξειδωτική δράση και την ολική συγκέντρωση φαινολικών ενώσεων πάνω από 40% σε σχέση με τους συμβατικούς διαλύτες. Τα βέλτιστα αποτελέσματα από όλα τα πειράματα είναι για το εκχύλισμα με διαλύτη την χλωριούχο χολίνη/1,2 βουτανοδιόλη με κλασική εκχύλιση και συνθήκες 50oC και αναλογία 10:1, όπου η αντιοξειδωτική δράση μετρήθηκε 952 mg Trolox/L και ολική συγκέντρωση φαινολικών ενώσεων 29704,7 mg GAE/L. Αν και ο συνδυασμός του DES με την μέθοδο της εκχύλισης υποβοηθούμενης από μικροκύματα δεν έδωσε καλύτερα αποτελέσματα σε σχέση με την κλασική εκχύλιση, απαιτείται περαιτέρω μελέτη για αναζήτηση άλλων DESs καθώς και βέλτιστων λειτουργικών παραμέτρων ή και το συνδυασμό με άλλη καινοτόμο μέθοδο εκχύλισης των φλοιών του ροδιού.	el
heal.abstract	In recent years, the scientific community has turned its interest in studying the extraction of high value-added bioactive ingredients from plant materials. Often, green extraction methods, which are more environmentally friendly, are studied, such as microwaved or ultrasound extraction. The simultaneous need of the industry, in the context of the circular economy, intensified the research on the utilization of by-products or wastes for the recovery of bioactive ingredients. The awareness of the beneficial properties of pomegranate led to increased production of pomegranate juice and consequently increased the wastes from the pomegranate juicing industry. Thus, since the peel constitutes 50 to 60 % of the total weight of pomegranate and is the main waste of the industry, research on its utilization has intensified. Also, the need for plant-based antioxidants, as they have proven to be more effective than synthetic ones, has motivated the study of extracting bioactive compounds from pomegranate peel. Deep Eutectic Solvents (DESs) are green solvents formed by a hydrogen bond donor and a hydrogen bond acceptor. The main characteristic of these solvents is that their melting point is lower than that of their components. DESs are environmentally friendly and often their components are made from natural ingredients (Natural Deep Eutectic Solvents or NADESs), they are easy to synthesize and economical. They have been used in literature for the extraction of phytochemicals since they often increase the extraction efficiency and/or selectivity compared to conventional solvents. The study of DESs is ongoing, either for new combinations of hydrogen bond donors and acceptors or for optimization of existing ones or for new applications. In the present work, the extraction of bioactive components from pomegranate peel was studied by solid – liquid extraction (SLE) and microwave-assisted extraction (MAE) with conventional solvents and deep eutectic solvents. In the SLE, were tested the solvents: ethanol, water and mixtures of them in the proportions of 50-50% and 70-30% respectively, and the green solvents: choline chloride/1,2 butanediol in a 1:4 molar ratio and choline chloride/1,4 butanediol in a 1:4 molar ratio. In MAE, the solvents ethanol- water (50%-50%) and choline chloride/1,2 butanediol were tested, which were the most effective in SLE extraction compared to conventional and DES solvents, respectively. The functional parameters investigated were (a) temperature, in SLE for 50 and 70 °C and in MAE in the range of 40-60 °C, (b) time, with a range of 5-30 min in MAE, while in SLE it remained constant for 24 h, (c) solvent/biomass ratio, where in SLE it was 10: 1 and 20:1, while in MAE it had a range of 10:1 to 30:1, and (d) the power of microwave, with a range of 300-700W. Antioxidant capacity (TEAC) and total phenolic content (TPC) were measured for all extracts. The results from the SLE showed that the extracts are rich in phenolic compounds and have high antioxidant activity. Optimal results were obtained for extraction at 50 °C temperature, solvent/biomass ratio 10:1 and solvent was choline chloride/1,2 butanediol. In fact, both TEAC and TPC were increased by 40% using choline chloride/1,2 butanediol chloride as solvent instead of the conventional 50% ethanol-50% water solvent, which was the most effective conventional solvent. In the classical extraction it was observed that for lower temperature and solvent/biomass ratio, which where 50 °C and 10:1, the best TEAC and TPC results were obtained for each solvent. In MAE, the experiments were carried out using 50% ethanol-50% water and choline chloride /1,2 butanediol as solvents, which gave the best performance in SLE. Best results in microwave extraction were obtained by reducing the solvent/biomass ratio in the range of 10:1-30:1 and for the central conditions of power, temperature and time, which where 15 min, 500W and 50°C. Microwave assisted extraction using the conventional solvent 50% ethanol-50% water was more efficient than the SLE. On the other hand, in extraction with choline chloride/1,2 butanediol were obtained better TEAC and TPC results in SLE. The mixture of ethanol with choline chloride/1,2-butanediol at a weight ratio of 30 and 70% respectively did not affect the results of MAE at a solvent to biomass ratio of 10:1. In contrast, at the 20:1 ratio, both TEAC and TPC increased, compared to the extracts with pure solvent choline/1,2 butanediol chloride and 50% ethanol-50% water. The other parameters were kept constant, which where 15 min, 500W and 50°C. The use of DESs, in classical pomegranate peel extraction gave better results than conventional solvents. In particular, the use of choline chloride/1,2-butanediol is very promising for future studying since it increases the antioxidant activity and total phenolic compounds concentration by more than 40% compared to conventional solvents. The best results from all experiments are for the extract with choline chloride/1,2 butanediol as solvent with SLE and conditions, 50oC and solvent/biomass ratio 10:1, where the antioxidant activity was measured 952 mg Trolox/L and total phenolic compounds concentration 29704.7 mg GAE/L. Although the combination of DES with the microwave-assisted extraction method did not give better results compared to the SLE, further study to search for the optimal functional parameters and/or combination with other innovative method of pomegranate peel extraction is encouraging.	en
heal.advisorName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.committeeMemberName	Μαγουλάς, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Ταραντίλη, Πετρούλα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ). Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Φαινομένων Μεταφοράς	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	93 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false