Εκχύλιση φαινολικών ενώσεων από παραπροϊόντα χαμομηλιού με χρήση μοντέλων πειραματικού σχεδιασμού
Extraction of phenolic compounds from chamomile byproducts using experimental design models
Πτυχιακή εργασία
Συγγραφέας
Ρίπης, Μιχαήλ
Συμεωνίδης, Αθανάσιος
Ημερομηνία
2024-03Επιβλέπων
Λάζου, ΑνδριάναΛέξεις-κλειδιά
Χαμομήλι ; Παραπροϊόντα αρωματικών φυτών ; Εκχύλιση με υπερήχους ; Φαινολικές ενώσεις ; Chamomile ; Aromatic plant byproducts ; Ultrasound assisted extraction ; Phenolic compoundsΠερίληψη
Στη σημερινή εποχή, η ανάγκη που υπάρχει για οικολογική διαχείριση των αποβλήτων και
των παραπροϊόντων αλλά και η τάση για την εφαρμογή «πράσινων» μεθόδων κατά την
παραγωγή βιομηχανικών προϊόντων τροφίμων, έχει οδηγήσει σε ένα πλήθων μελετών που
σχετίζονται με το κατά πόσο είναι εφικτή η αξιοποίηση των παραπροϊόντων επεξεργασίας των
αρωματικών φυτών. Τα παραπροϊόντα επεξεργασίας αρωματικών και φαρμακευτικών φυτών
κατά την παραγωγή αιθέριων ελαίων αποτελούν υπόστρωμα πλούσιο σε βιοδραστικές ενώσεις,
το οποίο συχνά μένει ανεκμετάλλευτο και απορρίπτεται ως απόβλητο. Στην εν λόγω πτυχιακή
εργασία μελετάται το φαινολικό περιεχόμενο των εκχυλισμάτων από παραπροϊόντα ατμο
υδροαπόσταξης χαμομηλιού (Chamomile, Matricaria chamomilla L.), κατά την εκχύλιση με
υπερήχους. Η εκχύλιση των φαινολικών ενώσεων πραγματοποιήθηκε με τη βοήθεια υπερήχων
(Ultrasound Assisted Extraction, UAE), ενώ για τη βελτιστοποίηση των συνθηκών εκχύλισης
χρησιμοποιήθηκε το μαθηματικό πρότυπο πειραματικού σχεδιασμού Box-Behnken. Οι
παράμετροι της διεργασίας που μελετήθηκαν είναι τέσσερεις : η περιεκτικότητα του διαλύτη σε
αιθανόλη (% v/v), ο χρόνος εκχύλισης (min), η % ένταση του μηχανήματος υπερήχων και η
αναλογία διαλύτη/υποστρώματος (mL/g), με τρία επίπεδα τιμών η καθεμία και προέκυψαν
(αριθμός) ανεξάρτητων περαμάτων. Οι βέλτιστες συνθήκες εκχύλισης εφαρμόστηκαν στη δρόγη
χαμομηλιού και έγινε σύγκριση μεταξύ των προβλεπόμενων και πειραματικών τιμών, με σκοπό
την επικύρωση του μαθηματικού προτύπου ως προς τις βέλτιστες συνθήκες UAE για την
παραλαβή του μέγιστου φαινολικού περιεχομένου από τα εκχυλίσματα χαμομηλιού. Τόσο στο
ξηρό δείγμα αλλά και στο παραπροϊόν επεξεργασίας χαμομηλιού έγινε αξιολόγηση του
φαινολικού περιεχομένου, καθώς και της αντιριζικής και αντιοξειδωτικής δράσης τους με τις
μεθόδους ABTS●+ και FRAP, αντίστοιχα, και βάση αποτελεσμάτων στο παραπροϊόν οι βέλτιστες
συνθήκες, που δίνουν την βέλτιστη απόδοση τόσο σε TPC (14.673±0,18 mg GAE/g dry herb) όσο
και σε ιόντα Fe(II) κατά την μέτρηση της αντιοξειδωτικής ικανότητας ( 28,338±3,3 mg Fe(II)/g
herb), καθώς και κατά την εκτίμηση της ικανότητας ανάσχεσης της ελεύθερης ρίζας ABTS●+ (
36,079±2,4 mg TE/g dry herb), είναι 62,5 % v/v περιεκτικότητα σε αιθανόλη, χρόνος εκχύλισης
10 min, ένταση υπερήχων 80% και αναλογία διαλύτη/υπόστρωμα 60 mL/g. Όσον αφορά το
παραπροϊόν επεξεργασίας χαμομηλιού τα αποτελέσματα έδειξαν ότι στις βέλτιστες συνθήκες
εκχύλισης έχει τη μεγαλύτερη απόδοση σε TPC, (μεγαλύτερη από αυτή της δρόγης), ίδια
απόδοση με τη δρόγη σε περιεχόμενο του Fe(III) που ανήχθη σε Fe(II) από τις
αναγωγικές/αντιοξειδωτικές ενώσεις ανά γραμμάριο δείγματος χαμομηλιού και υψηλότερο
περιεχόμενο σε mg TE ανά g δείγματος. Τα αποτελέσματα αυτά πιθανώς οφείλονται στη μέθοδο
απόσταξης που χρησιμοποιήθηκε (υδροαπόσταξη με ατμό). Συμπερασματικά η υδροαπόσταξη
με ατμό είναι μια ήπια μέθοδος απόσταξης κατά την οποία γίνεται παραλαβή των επιθυμητών
αιθέριων ελαίων χωρίς να καταστρέφεται το φαινολικό περιεχόμενο που απομένει.
Περίληψη
Nowadays, the need for ecological management of waste and by-products, as well as the
trend that exists for the application of "green" methods in the production of food products, has
led to a multitude of studies related to whether it is possible to utilize the by-products generated
during the processing of aromatic plants. The by-products of the processing of aromatic and
medicinal plants for the production of essential oils constitute a substrate rich in bioactive
compounds, which is often left unexploited and discarded as waste. In this thesis, the phenolic
content of extracts, obtained by using ultrasounds, from by-products of chamomile steam
hydrodistillation (Chamomile, Matricaria chamomilla L.) is studied. The extraction of the desired
compounds is carried out using ultrasound (Ultrasound Assisted Extraction, UAE), while the Box
Behnken experimental design model is used to optimize the extraction conditions. The
parameters that were optimized at three different value levels each, are four: the ethanol content
of the solvent (% v/v), the extraction time (min), the % intensity/power of the ultrasonic probe
and the solvent/material ratio (mL /g),. The total phenolic content was determined by means of
the spectrophotometric Folin-Ciocalteu method, initially on a dried chamomile sample in order
to find the optimal extraction conditions based on Box-Behnken design.The optimal extraction
conditions were applied to the chamomile and a comparison was made between the predicted
and experimental values, in order to validate the mathematical model regarding the optimal UAE
conditions for obtaining the maximum phenolic content from the chamomile extracts.. The
estimation of the statistical importance of the extraction parameters was conducted using the
ANOVA statistical tool. Both the dry sample and the by-product of chamomile distillation were
evaluated for their total phenolic content (TPC), as well as for their antiradical and antioxidant
activity with the ABTS+ and FRAP methods, respectively.Based on results the optimal conditions
thatprovided the highest TPC (14.673±0.18 mg GAE/g dry herb), the highest antioxidant capacity
( 28.338±3.3 mg Fe(II)/g herb) as well as the highest antiradical acitivity ( 36.079±2.4 mg TE/g dry
herb), in both raw and chamomile byproducts, is 62.5795 % v/v ethanol content, extraction time
10 min, sonication intensity 80% and solvent/substrate ratio 60 mL/g. Regarding the by-product
of chamomile processing, the results showed that in the optimal extraction conditions it has the
highest yield in TPC, (greater than that of the dry sample), same performance as the dry sample
in Fe(III) content that was reduced to Fe(II) by reducing/antioxidant compounds per gram of
chamomile sample and higher content in mg TE per g of sample. These results are probably due
to the distillation method used (hydrodistillation with steam). In conclusion steam
hydrodistillation is a mild distillation method in which the desired essential oils are obtained
without destroying the remaining phenolic content.