Πράσινες διεργασίες εκχύλισης. Σχεδιασμός λειτουργικών εκχυλισμάτων μικροφυκών, οικολογική παραγωγή αυτών και εφαρμογή τους στη βιομηχανία τροφίμων

Χρόνης, Μάριος; Chronis, Marios

dc.contributor.author	Χρόνης, Μάριος	el
dc.contributor.author	Chronis, Marios	en
dc.date.accessioned	2024-09-05T10:19:43Z
dc.date.available	2024-09-05T10:19:43Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60137
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27833
dc.rights	Default License
dc.subject	Μικροφύκη	el
dc.subject	Πράσινες Εκχυλίσεις	el
dc.subject	Βιοδραστικές ενώσεις	el
dc.subject	Εκχύλιση με μικροκύμματα	el
dc.subject	Εκχύλιση με υπερήχους	el
dc.subject	Green extraction processes	en
dc.subject	Microalgae	en
dc.subject	Agro-food industry	en
dc.title	Πράσινες διεργασίες εκχύλισης. Σχεδιασμός λειτουργικών εκχυλισμάτων μικροφυκών, οικολογική παραγωγή αυτών και εφαρμογή τους στη βιομηχανία τροφίμων	el
dc.title	Design of green extraction processes for the recovery of bioactive extracts from microalgae and “green” application of them in the agro-food industry	en
heal.type	doctoralThesis
heal.secondaryTitle	Design of green extraction processes for the recovery of bioactive extracts from microalgae and “green” application of them in the agro-food industry	en
heal.generalDescription	Πειραματική Διδακτορική Διατριβή που αφορά στην υποβοηθούμενη εκχύλιση βιοδραστικών ουσιών από μικροφύκη	el
heal.classification	Χημική Μηχανική, Διεργασίες	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-12-22
heal.abstract	Στην διατριβή αυτή, μελετήθηκαν βιομηχανικά εφαρμόσιμες διεργασίες εκχύλισης ως προς την ανάκτηση βιοδραστικών ενώσεων υψηλής αξίας από μικροφύκη. Συγκεκριμένα, εκχυλίσματα ασταξανθίνης και άλλων καροτενοειδών ανακτήθηκαν από ξηρή βιομάζα προερχόμενη από το φύκος Haematococcus pluvialis καθώς επίσης και εκχυλίσματα εικοσαπενταενοϊκού οξέος (EPA), εικοσιδιεξαενοϊκού οξέος (DHA) και ωμέγα-3- λιπαρών οξέων ανακτήθηκαν από ξηρή βιομάζα προερχόμενη από το διάτομο Phaeodactylum tricornutum αλλά και από το φύκος Cholera Vulgaris. Στόχος της παρούσας έρευνας είναι η μελέτη των διεργασιών εκχύλισης και η βελτιστοποίηση των παραμέτρων τους με σκοπό τη μέγιστη ανάκτηση των παραπάνω ουσιών. Στη συνέχεια, τα εκχυλίσματα που προέκυψαν από τη βέλτιστη διεργασία εκχύλισης ενσωματώθηκαν σε προϊόντα αναψυκτικών και χυμών αλλά και προϊόντων αρτοποιίας. H προσθήκη εκχυλισμάτων πλούσια σε βιοδραστικές ενώσεις που προέρχονται από το φύκος Haematococcus pluvialis και το διάτομο Phaeodactylum tricornutum σε προϊόντα χυμών έχει ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη φυσικών προϊόντων με αυξημένη διατροφική αξία και βελτιωμένα ποιοτικά χαρακτηριστικά. Συγκεκριμένα, η χρήση αυτών των εκχυλισμάτων έχει ως αποτέλεσμα τη φυσική ενίσχυση του χρώματος των προϊόντων λόγω της παρουσίας των καροτενοειδών, καθώς επίσης και την επέκταση της διατηρησιμότητας τους λόγω της αντιοξειδωτικής και αντιμικροβιακής δράσης των εκχυλισμάτων. Επιπλέον, η ενσωμάτωση των εκχυλισμάτων από το διάτομο Phaeodactylum tricornutum ευνοεί την επέκταση του χρόνου ζωής των προϊόντων και την αύξηση της διατροφικής τους αξίας. Συνεπώς, η προσθήκη των παραπάνω εκχυλισμάτων προωθεί την αντικατάσταση των ευρέως χρησιμοποιούμενων συνθετικών προσθέτων όπως το βουτυλιωμένο υδροξυτολουόλιο (BHT) ή την βουτυλοϋδροξυανισόλη (BHA) τα οποία τα τελευταία χρόνια θεωρούνται ύποπτα καρκινογόνα. Η ξηρή βιομάζα από το φύκος Haematococcus pluvialis παραχωρήθηκε από την εταιρεία Algatechnologies Ltd (Israel). Όλοι οι διαλύτες που χρησιμοποιήθηκαν στις εκχυλίσεις ήταν αναλυτικής ποιότητας ενώ οι διαλύτες που χρησιμοποιήθηκαν στις αναλύσεις ήταν ποιότητας HPLC. Η ακετόνη, ο πετρελαϊκός αιθέρας, η μεθανόλη, ο βουτυλομεθυλαιθέρας, το νερό, το άλας άνυδρου θειικού νατρίου, το φωσφορικό οξύ αγοράστηκαν από την εταιρεία Fisher scientific, UK. Το ένζυμο χολινεστεράσης και τα πρότυπα ασταξανθίνης και trans-beta-apo-8’-carotenal αγοράστηκαν από την εταιρεία Sigma–Aldrich (USA). Το MCT και το έλαιο πορτοκαλιού παραλήφθηκαν από την εταιρεία ΑΣΠΙΣ Α.Ε. Πριν από την εκχύλιση τα μικροφύκη υποβλήθηκαν σε ξήρανση προκειμένου να αποφευχθεί η μικροβιακή αλλοίωση τους και να διατηρηθεί το οργανικό τους περιεχόμενο. Η ανάκτηση διεξήχθη μέσω συμβατικών τεχνικών εκχύλισης με τους τυπικούς οργανικούς διαλύτες καθώς και με εναλλακτικούς, περιβαλλοντικά φιλικότερους διαλύτες όπως τα αιθέρια έλαια εσπεριδοειδών ενώ εφαρμόστηκαν και νέες μέθοδοι που αξιοποιούν μικροκύματα ή υπερήχους. Η χρήση μικροκυμάτων και υπερήχων βρέθηκε να ενισχύει την αποτελεσματικότητα της ανάκτησης των βιοδραστικών ενώσεων, ακόμη και όταν χρησιμοποιούν πιο πράσινους / ηπιότερους διαλύτες. Η αποτελεσματικότητα των εκχυλίσεων εξετάστηκε υπολογίζοντας τις αποδόσεις τους, ενώ και η επιλεκτικότητα των διεργασιών αξιολογήθηκε χρησιμοποιώντας φασματοφωτομετρικά πρωτόκολλα και αναλύσεις υψηλής απόδοσης υγρής χρωματογραφίας. Επίσης, σε μια άλλη διεργασία, εκχύλισμα ελαίου από το φύκος Cholera Vulgaris χρησιμοποιήθηκε ως υποκατάστατο ζωικής λίπους σε ποσοστό 100% για την παραγωγή αρτοσκευάσματος τύπου Brioche με εξαιρετικά αποτελέσματα. Η ξηρή βιόμαζα Cholera Vulgaris αποκτήθηκε από την εταιρεία Mega Foods και χρησιμοποιήθηκε ως πρώτη ύλη για την εκχύλιση του βιοδραστικού ελαίου. Ακολουθώντας τεχνική εκχύλισης με ισοπροπανόλη, υποβοηθούμενη με υπερήχους σε συνθήκες T=45°C, P=400 Watt, F=25 kHz ανακτήθηκε το κλάσμα των λιπών. Ακολούθως αποχρωματίστηκε με ενεργό άνθρακα και ομογενοποιήθηκε προς ανάλυση του τύπου των Ω3 λιπαρών οξέων και προετοιμάστηκε για την εφαρμογή σε ζύμη για αρτοσκεύασμα τύπου Brioche. Από το ίδιο φύκος έγινε υδατική εκχύλιση πρωτεϊνών οι οποίες στη συνέχεια ανακτήθηκαν με φυγοκέντριση και καθαρίστηκαν με φίλτρανση. Η σταθεροποίησή τους έγινε με λυοφιλίωση ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως σκόνη για την υποκατάσταση του αυγού που είναι η κλασική πηγή πρωτεΐνης στην συγκεκριμένη συνταγή. Στη συνέχεια προσδιορίστηκε η περιεκτικότητα των πρωτεϊνών στο εκχύλισμα και αξιολογήθηκε η μέθοδος. Ακολούθως, το επόμενο στάδιο ήταν η εφαρμογή των υποκατάστατων λίπους και πρωτεΐνης στην συνταγή του αρτοσκευάσματος Brioche και η οργανοληπτική αξιολόγηση του προϊόντος με αντικειμενικά κριτήρια αποδοχής. Τα αποτελέσματα ήταν θετικά, δίνοντας εξίσου ή καλύτερα οργανοληπτικά στοιχεία στο προϊόν με εξέχουσα επίδραση αυτή στην αύξηση του χρόνου ζωής του προϊόντος. Η συγκεκριμένη εργασία έχει ήδη δημοσιευτεί από την ερευνητική ομάδα. Τέλος, αξιοποιώντας την εμπειρία των διαφορετικών μεθόδων εκχύλισης γίνεται μια συγκριτική μελέτη ανάμεσά τους και παραθέτουμε τα σχετικά αποτελέσματα στη παρούσα διατριβή. Η συγκεκριμένη εργασία μέρος της οποίας είναι και στην παρούσα διατριβή, έχει ήδη δημοσιευθεί.	el
heal.abstract	In this thesis, industrially applicable extraction processes were studied in relation to the recovery of high-value bioactive compounds from microalgae. Specifically, extracts of astaxanthin and other carotenoids were recovered from dry biomass derived from the alga Haematococcus pluvialis as well as extracts of eicosapentaenoic acid (EPA), docosahexaenoic acid (DHA) and other omega-3-fatty acids were recovered from dry biomass derived from the diatom Phaeodactylum tricornutum and the algae Cholera Vulgaris. The aim of this research is to study the extraction processes and optimize their parameters in order to maximize the recovery of the above substances. Subsequently, the extracts obtained from the optimal extraction process were incorporated into soft drink and juice products as well as in bakery preparations. The addition of extracts rich in bioactive compounds derived from the algae Haematococcus pluvialis and the diatom Phaeodactylum tricornutum in juice products results in the development of natural products with increased nutritional value and improved quality characteristics. In particular, the use of extracts from the alga Haematococcus pluvialis results in the natural enhancement of the color of the products due to the presence of carotenoids, as well as the extension of their shelf-life due to the antioxidant and antimicrobial activity of the extracts. Moreover, the incorporation of extracts from the diatom Phaeodactylum tricornutum results in extending the shelf life of the products and increasing their nutritional value. As a result, the addition of the above extracts promotes the replacement of widely used synthetic additives such as butylated hydroxytoluene (BHT) or butylhydroxyanisole (BHA) which, in recent years, have been considered suspected carcinogens. The dry biomass from the algae Haematococcus pluvialis was provided by Algatechnologies Ltd (Israel). All solvents used in the extractions were of analytical grade while the solvents used in the analyses were of HPLC grade. Acetone, petroleum ether, methanol, butylmethyl ether, water, anhydrous sodium sulfate salt, phosphoric acid were purchased by the company Fisher scientific, UK. The cholinesterase enzyme and the astaxanthin and trans-beta-apo-8'-carotenal standards were purchased by Sigma–Aldrich (USA). The MCT and orange oil were received by ASPIS S.A. Before extraction, the microalgae were dried in order to avoid microbial spoilage and preserve their organic content. Recovery was carried out through conventional extraction techniques with standard organic solvents as well as new and environmental friendlier ones such as citrus essential oils, while new methods utilizing microwaves or ultrasound were also deployed. The use of microwave and ultrasound was found to enhance the recovery efficiency of bioactive compounds even when using greener/milder solvents. The efficiency of the 12 extractions was examined by calculating their yields, while the selectivity of the processes was evaluated using spectrophotometric protocols and high-performance liquid chromatography analyses. Also, in another process, oil extract from the algae Cholera Vulgaris was used as a substitute for animal fat at a rate of 100% for the production of Brioche type pastry with excellent results. The dry biomass Cholera Vulgaris was obtained by Mega Foods and was used as raw material for the extraction of the bioactive oil. Following an ultrasonically assisted isopropanol extraction technique at conditions T=45°C, P=400 watts, F=25 kHz, the fat fraction was recovered. It was then discolored with activated charcoal and homogenized for analysis of the type of Omega-3 fatty acids and prepared for application to dough for bakery product type Brioche. Proteins were aqueously extracted from the same algae and then recovered by centrifugation and purified by filtration. They were stabilized by freeze-drying so that they could be used as a powder to replace the egg, which is the classic source of protein in this recipe. The protein content in the extract was then determined and the method was evaluated. Subsequently, the final stage was the application of fat and protein substitutes in the Brioche bakery recipe and the organoleptic assessment of the product with objective acceptance criteria. The results were positive, giving equal or better organoleptic elements to the product with a prominent effect on increasing the shelf life of the product. This paper has already been published. Finally, utilizing the experience of different extraction methods, a comparative study is made between them and we present the relevant results. A relevant paper has been also published	en
heal.advisorName	Κροκίδα, Μαγδαλινή	el
heal.committeeMemberName	Κροκίδα, Μαγδαλινή	el
heal.committeeMemberName	Ταούκης, Πέτρος	el
heal.committeeMemberName	Παππά, Αθηνά	el
heal.committeeMemberName	Μαρούλης, Ζαχαρίας
heal.committeeMemberName	Τσακανίκας, Άγγελος	el
heal.committeeMemberName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Τσόπελας, Φώτιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ). Εργαστήριο Σχεδιασμού και Ανάλυσης Διεργασιών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	246 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false