Εκχύλιση φαινολικών ενώσεων από παραπροϊόντα βασιλικού με χρήση μοντέλων πειραματικού σχεδιασμού και υγρής χρωματογραφίας-φασματομετρίας μάζας
Extraction of phenolic compounds from basil by-products using experimental design models and liquid chromatography-mass spectroscopy
![Thumbnail](/xmlui/bitstream/handle/11400/6183/Thesis%20-%20Theofilatos%20%26%20Koletsou.pdf.jpg?sequence=4&isAllowed=y)
Πτυχιακή εργασία
Author
Θεοφιλάτος, Σπυρίδων
Κολέτσου, Γαρυφαλλιά
Date
2024-03-07Advisor
Τσιάκα, ΘάλειαKeywords
Βασιλικός ; Παραπροϊόντα υδροαπόσταξης ; Εκχύλιση με υπερήχους ; Πειραματικός σχεδιασμός Box-Behnken ; Φαινολικές ενώσεις ; Αντιοξειδωτική δράση ; Αντιριζική δράση ; Υγρή χρωματογραφία- Φασματομετρία μάζας (LC-MS/MS)Abstract
Η απόσταξη των αιθέριων ελαίων από τα αρωματικά φυτά παράγει μεγάλες ποσότητες παραπροϊόντων, τα οποία χαρακτηρίζονται από ένα πλούσιο περιεχόμενο σε βιοδραστικά συστατικά. Στην παρούσα εργασία έγινε ανάκτηση των φαινολικών συαστατικών από παραπροϊόντα υδροαπόσταξης και επιλεγμένες δρόγες δύο ειδών βασιλικού (Σγουρού ή Ocimum basilicum var. Minimum & Πλατύφυλλού ή Ocimum basilicum var. Genovese) εφαρμόζοντας την εκχύλιση με υπερήχους (Ultrasound-Assisted Extraction, UAE). Ο πειραματικός σχεδιασμός Box-Behnken, ο οποίος κατατάσσεται στην μεθοδολογία επιφάνειας απόκρισης (Response Surface Methodology, RSM), χρησιμοποιήθηκε για την βελτιστοποίηση 4 παραγόντων εκχύλισης UAE σε τρία επίπεδα τιμών (-1, 0, +1). Οι 4 ανεξάρτητοι παράγοντες του μοντέλου ήταν η συγκέντρωση της αιθανόλης στο υδατοαιθανολικό διαλύτη εκχύλισης (20-100% v/v), ο χρόνος εκχύλισης (10-40 min), η αναλογία διαλύτη/υλικού (20-60 mL/g), το ποσοστό της έντασης των υπερήχων (20-80%), ενώ η απόκριση του μοντέλου ήταν το ολικό φαινολικό περιεχόμενο (Total Phenolic Content, TPC). Σύμφωνα με την ανάλυση διακύμανσης για επίπεδο εμπιστοσύνης 95% απορρίφθηκαν οι όροι με p >> 0,05, δηλαδή p≥0,20, κρατώντας το μοντέλο ιεραρχικό. Το τελικό πειραματικό μοντέλο Box-Behnken θεωρείται ότι είναι αξιόπιστο (R^2=85,65%, R^2(adj)=78,05%, P-value για Lack-of-Fit=0,955) και προβλέπει αξιόπιστα σε ποσοστό 59,04%. Η πιο καθοριστική παράμετρος φάνηκε να είναι η συγκέντρωση της αιθανόλης. Το βέλτιστο ολικό φαινολικό περιεχόμενο ισούται με 18,0 mg GAE/g dry basil και αντιστοιχεί σε συνθήκες εκχύλισης: 20% συγκέντρωση αιθανόλης ( %v/v), 10 min χρόνος εκχύλισης, 49,5 mL/g αναλογία διαλύτη/υλικού και 80% έντασης υπερήχων. Η αντιοξειδωτική (FRAP) και αντιριζική (ABTS) δράση προσδιορίστηκαν σε εκχυλίσματα που είχαν προκύψει από συνθήκες που έδωσαν βέλτιστο και χαμηλό TPC. Οι τιμές για TPC και ABTS ήταν υψηλότερες στα δείγματα του πλατύφυλλου βασιλικού, ενώ η τιμή της FRAP ήταν μέγιστη σε δείγμα σγουρού βασιλικού. Το φυτοχημικό προφίλ, και ιδιαίτερα το φαινολικό προφίλ, αναλύθηκε με την τεχνική της υγρής χρωματογραφίας-φασματομετρίας μάζας (LC-MS/MS). Με την βοήθεια της βιβλιογραφίας, εντοπίστηκαν συνολικά 64 ενώσεις, εκ΄ των οποίων κυριάρχες ήταν τα φαινολικά οξέα, οι γλυκοζίτες και τα σαλβιανολικά οξέα. Επίσης, ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι εκτός από τις φαινολικές ενώσεις, ταυτοποιήθηκε το παλμιτικό οξύ και παράγωγα άλλων λιπαρών οξέων.
Abstract
The distillation of essential oils from aromatic plants produces large quantities of by-products, which are characterized by a rich content of bioactive compounds. In the current study, phenolic compounds were recovered from hydrodistillation by-products and selected dry herbs of two basil species (Greek Basil or Ocimum basilicum var. Minimum & Genovese Basil or Ocimum basilicum var. Genovese) by applying Ultrasound-Assisted Extraction (UAE). Box Behnken experimental design, which is classified as Response Surface Methodology (RSM), was used to optimize 4 extraction factors at 3 levels (-1, 0, +1). The 4 Independent factors of the model were ethanol concentration in aqueous ethanol extraction solvent (20-100% v/v), extraction time (10-40 min), solvent/material ratio (20-60 mL/g), percentage of ultrasound intensity (20-80%), while the response of the model was Total Phenolic Content (TPC). According to the analysis of variance for a 95% confidence level, terms with p>>0.05, more specifically p≥0.20, were rejected, keeping the experimental model hierarchical. The final Box-Behnken design is considered to be reliable (R^2=85,65%, R^2(adj)=78,05%, P-value for Lack-of-Fit=0,955). Moreover, it has a reliable predictive ability of 59.04%. The most determining parameter appeared to be the ethanol concentration. The optimal total phenolic content equals 18.0 mg GAE/g dry basil and corresponds to extraction conditions: 20% ethanol (% v/v), 10 min extraction time, 49.5 mL/g solvent/material ratio and 80% ultrasonic intensity. Antioxidant (FRAP) and antiradical (ABTS) activities were determined in extracts obtained from conditions that gave optimal and Low TPC. The values for TPC and ABTS were highest in the Genovese basil, while the FRAP value was maximum in Greek Basil. The phytochemical profile, particularly the phenolic profile, was analyzed by liquid chromatography-mass spectrometry (LS-MS/MS) method. With the aid of literature, a total of 64 compounds were identified, of which phenolic acids, glycosides and salvianolic acids were dominant. It is also interesting that in addition to phenolic compounds, palmitic acid and other fatty acids derivatives were identified.