Ανάπτυξη πράσινης διεργασίας εκχύλισης του φυτού Sideritis scardica και μελέτη του φυτοχημικού προφίλ των εκχυλισμάτων

Καραντώνη, Άννα; Karantoni, Anna

dc.contributor.author	Καραντώνη, Άννα	el
dc.contributor.author	Karantoni, Anna	en
dc.date.accessioned	2025-04-11T08:49:45Z
dc.date.available	2025-04-11T08:49:45Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/61677
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.29373
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	Sideritis scardica	en
dc.subject	Φυσικοί βαθέως ευτηκτικοί διαλύτες	el
dc.subject	Βιοδραστικές ενώσεις	el
dc.subject	Πράσινη εκχύλιση	el
dc.subject	Πειραματικός σχεδιασμός	el
dc.subject	Καλλυντική κρέμα	el
dc.subject	Sideritis scardica	en
dc.subject	Natural deep eutectic solvents	en
dc.subject	Bioactive compounds	en
dc.subject	Green extraction	en
dc.subject	Experimental design	en
dc.subject	Cosmetic cream	en
dc.title	Ανάπτυξη πράσινης διεργασίας εκχύλισης του φυτού Sideritis scardica και μελέτη του φυτοχημικού προφίλ των εκχυλισμάτων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Πράσινη Χημεία	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-10-01
heal.abstract	Το ανθοφόρο φυτικό είδος Sideritis scardica αποτελεί μια πλούσια πηγή βιοδραστικών ενώσεων, ενώ επιπλέον διαθέτει σημαντική βιοδραστικότητα, όπως αντιοξειδωτική και αντιφλεγμονώδη δράση, βρίσκοντας μεγάλη ποικιλία εφαρμογών, ιδιαίτερα στον τομέα των καλλυντικών. Η καινοτομία της παρούσας μελέτης έγκειται στη χρήση Φυσικών Βαθέως Ευτηκτικών Διαλυτών (Natural Deep Eutectic Solvents, NADES), οι οποίοι αποτελούν μια νέα γενιά πράσινων διαλυτών που προέρχονται από φυσικές πρώτες ύλες. Οι διαλύτες αυτοί έχουν αποδειχθεί ιδιαίτερα αποτελεσματικοί και ευεργετικοί στην εκχύλιση βιοδραστικών ενώσεων από διάφορες φυσικές πηγές και στην επακόλουθη ενσωμάτωση των εκχυλισμάτων σε καλλυντικά σκευάσματα καθώς τα NADES-εκχυλίσματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν απευθείας στα τελικά προϊόντα χωρίς περαιτέρω καθαρισμό ή απομάκρυνση του διαλύτη. Αυτά αποτελούν σημαντικά πλεονεκτήματα καθώς μειώνεται το κόστος και ο χρόνος της διεργασίας παραγωγής των εκχυλισμάτων καθώς επίσης μειώνεται σημαντικά το περιβαλλοντικό αποτύπωμά της. Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως σκοπό την ανάπτυξη και εν συνεχεία τη βελτιστοποίηση μιας πράσινης διεργασίας εκχύλισης του φυτού S. scardica το οποίο προέρχεται από του πρόποδες του Ολύμπου. Ως εκχυλιστικό μέσο γίνεται χρήση NADES, ενώ το βέλτιστο NADES-εκχύλισμα, όπως λαμβάνεται, ενσωματώνεται τελικά σε μια καλλυντική σύνθεση. Μάλιστα, η άμεση χρήση του βέλτιστου εκχυλίσματος NADES καθίσταται δυνατή εξαιτίας της στοχευμένης επιλογής των συστατικών του έτσι ώστε είναι συμβατά με την τελική σύνθεση καλλυντικής κρέμας. Αναλυτικότερα, προκειμένου να σχεδιαστεί η πράσινη διεργασία εκχύλισης για το τσάι του βουνού, αρχικά σχεδιάστηκαν στοχευμένα και παρασκευάστηκαν 7 διαφορετικά είδη NADES χρησιμοποιώντας τις φυσικές πρώτες ύλες όπως βεταΐνη, γλυκερόλη, γλυκόζη, γλυκίνη, φρουκτόζη, γαλακτικό οξύ και 1,3-προπανοδιόλη. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε αξιολόγηση των φυσικοχημικών χαρακτηριστικών των διαφορετικών NADES (pH και πολικότητα) και μελετήθηκαν περεταίρω ως διαλύτες εκχύλισης. Τα προκαταρκτικά πειράματα εκχύλισης πραγματοποιήθηκαν σε ίδιες συνθήκες και ακολούθως όλα τα NADES-εκχυλίσματα αξιολογήθηκαν ως προς το ολικό περιεχόμενο φαινολικών ενώσεων (Total Phenolic Content, TPC) και το ολικό περιεχόμενο φλαβονοειδών ενώσεων (Total Flavonoid Content, TFC). Από τους 7 διαφορετικούς NADES που παρασκευάστηκαν, επιλέχθηκε ως καταλληλότερος ο διαλύτης Βεταΐνη-1,3 Προπανοδιόλη για τη διεξαγωγή πειραματικού σχεδιασμού με σκοπό την εύρεση των βέλτιστων συνθηκών εκχύλισης. Στη συνέχεια, κατά τον πειραματικό σχεδιασμό πραγματοποιήθηκαν 16 πειράματα εκχύλισης και εξετάστηκε η επίδραση τριών σημαντικών για την εκχύλιση παραγόντων (χρόνος εκχύλισης, %περιεκτικότητα διαλύτη σε νερό και αναλογία μάζας τσάι του βουνού/ g διαλύτη) στις τιμές TPC και TFC των εκχυλισμάτων. Για την βελτιστοποίηση της διεργασίας έγινε χρήση Box-Behnken, ενώ έγινε και στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων. Ως βέλτιστες συνθήκες εκχύλισης, για ταυτόχρονη βέλτιστη απόκριση σε ολικό περιεχόμενο φαινολικών και φλαβονοειδών ενώσεων, βρέθηκαν οι εξής: χρόνος εκχύλισης 240 min, περιεκτικότητα διαλύτη σε νερό 40%, αναλογία μάζας τσάι του βουνού ανά g διαλύτη 20 mg. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκαν επιτυχώς πειράματα επιβεβαίωσης των βέλτιστων συνθηκών τα οποία. Ακόμα, για το βέλτιστο εκχύλισμα έγινε και μέτρηση της αντιοξειδωτικής του δράσης, από την οποία διαπιστώνεται ότι, εξαιτίας της προστατευτικής δράσης του NADES, με την αύξηση του χρόνου επώασης παρατηρείται μείωση της αντιοξειδωτικής δράσης του εκχυλίσματος καθώς απαιτείται περισσότερος χρόνος για να αντιδράσουν οι βιοδραστικές ενώσεις με τη ρίζα DPPH. Για λόγους σύγκρισης, πραγματοποιήθηκε συμβατική εκχύλιση υπό βέλτιστες συνθήκες με αιθανόλη-νερό (60:40) ως διαλύτη. Επίσης, τα εκχυλίσματα που προέκυψαν από τις βέλτιστες συνθήκες τόσο με τη χρήση NADES όσο και με τη χρήση συμβατικού διαλύτη, χαρακτηρίστηκαν μέσω της αναλυτικής μεθόδου της Υγρής Χρωματογραφίας (HPLC). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το NADES-εκχύλισμα είχε περίπου 2,5 φορές υψηλότερες τιμές TPC και TFC σε σύγκριση με το συμβατικό εκχύλισμα, ενώ οι καμπύλες HPLC έδειξαν την εκχύλιση περισσότερων ενώσεων όταν πραγματοποιήθηκε εκχύλιση με χρήση NADES. Τέλος, πραγματοποιήθηκε ενσωμάτωση, ως έχει και χωρίς περαιτέρω επεξεργασία, του βέλτιστου εκχυλίσματος NADES σε καλλυντική κρέμα, η οποία ακολούθως μελετήθηκε ως προς τη σταθερότητά και τα ποιοτικά της χαρακτηριστικά. Από τη μελέτη αυτή διαπιστώθηκε ότι μετά από 2 κύκλους κατάψυξης-απόψυξης (freeze-thaw cycle), η καλλυντική κρέμα διατηρεί τόσο την ομοιογένεια όσο και την σταθερότητα της.	el
heal.abstract	The flowering plant species Sideritis scardica is a rich source of bioactive compounds, while in addition, it has significant bioactivity, such as antioxidant and anti-inflammatory activity, finding a wide variety of applications, especially in the field of cosmetics. The innovation of the present study lies in the use of Natural Deep Eutectic Solvents (NADES), a new generation of green solvents derived from natural raw materials. These solvents have proven to be particularly effective and beneficial in extracting bioactive compounds from various natural sources and the subsequent incorporation of the extracts into cosmetic formulations as NADES-extracts can be used directly in the final products without further purification or solvent removal. These are significant advantages as the cost and time of the extract production process are reduced as well as its environmental footprint is significantly reduced. The purpose of this thesis is to develop and then optimize a green extraction process for the S. scardica plant which comes from the foothills of Olympus. NADES is used as an extraction medium, and the optimal NADES-extract, “as obtained”, is finally incorporated into a cosmetic composition. The direct use of the optimal NADES extract is made possible due to the targeted selection of its ingredients so that they are compatible with the final composition of the cosmetic cream. More specifically, to design the green extraction process for mountain tea, seven different kinds of NADES were firstly purposefully designed and prepared using natural raw materials such as betaine, glycerol, glucose, glycine, fructose, lactic acid, and 1,3-propanediol. The physicochemical characteristics of the different NADES (pH and polarity) were then evaluated and further studied as extraction solvents. The preliminary extraction experiments were carried out under the same conditions and then all NADES-extracts were evaluated for the total content of phenolic compounds (TPC) and the total content of flavonoid compounds (Total Flavonoid Content, TFC). From the 7 different NADES prepared, the solvent Betaine-1,3 Propanediol was chosen as the most suitable for carrying out an experimental design to find the optimal extraction conditions. Then, during the experimental design, 16 extraction experiments were carried out and the effect of three extraction-important factors (extraction time, %solvent content in water, and mountain tea/g solvent mass ratio) on the TPC and TFC values of the extracts were examined. To optimize the process, Box-Behnken was used, while a statistical analysis of the results was also performed. As optimal extraction conditions, for simultaneous optimal response in total content of phenolic and flavonoid compounds, the following were found; extraction time 240 min, solvent content in water 40%, mountain tea mass ratio per g solvent 20 mg. Subsequently, experiments were successfully carried out to confirm the optimal conditions. Furthermore, for the optimal extract, its antioxidant activity was also measured, from which it was found that, due to the protective effect of NADES, with increasing incubation time, a decrease in the antioxidant activity of the extract is observed as more time is required for the bioactive compounds to react with the DPPH radical. For comparison purposes, a conventional extraction was performed under optimal conditions with ethanol-water (60:40) as solvent. Also, the extracts obtained from the optimal conditions both using NADES and using a conventional solvent were characterized through the analytical method of Liquid Chromatography (HPLC). The results showed that the NADES-extract had about 2.5 times higher TPC and TFC values compared to the conventional extract, while the HPLC curves showed the extraction of more compounds when extraction was performed using NADES. Finally, the optimal NADES extract was incorporated, as is and without further processing, into a cosmetic cream, which was then studied for its stability and quality characteristics. From this study, it was found that after two freeze-thaw cycles, the cosmetic cream maintains both its homogeneity and stability.	en
heal.advisorName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.committeeMemberName	Μαμμά, Διομή	el
heal.committeeMemberName	Μαρούλης, Ζαχαρίας	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I). Εργαστήριο Οργανικής Χημείας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	126 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false