Μελέτη της διεργασίας εκχύλισης για την ανάκτηση βιοδραστικών συστατικών λυγαριάς και αξιολόγηση της αντιοξειδωτικής δράσης των εκχυλισμάτων - Μήτρου, Σταματίνα (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων, 2017)
Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η μελέτη της διεργασίας της εκχύλισης για την ανάκτηση βιοδραστικών συστατικών του φυτού Vitex Agnus Castus (λυγαριά), που ανήκει στην οικογένεια Verbenaceae, και η αξιολόγηση της αντιοξειδωτικής δράσης των εκχυλισμάτων. Στα πλαίσια του πειραματικού σχεδιασμού, κρίθηκε αναγκαίο να μελετηθούν τόσο οι καρποί όσο και τα φύλλα/άνθη του φυτού. Οι διεργασίες που χρησιμοποιήθηκαν ήταν η υδρο-ατμοαπόσταξη με σκοπό την παραλαβή των πτητικών βιοδραστικών συστατικών που συνιστούν το αιθέριο έλαιο, και η συμβατική εκχύλιση Soxhlet για την ανάκτηση κυρίως των φαινολικών βιοδραστικών συστατικών. Όσον αφορά την υδρο-ατμοαπόσταξη, η ποσότητα του αιθέριου ελαίου που προέκυψε και στις δύο περιπτώσεις ήταν χαμηλή· 0,07 mL /100 g στους καρπούς και 0,12 mL/100 g στα φύλλα/άνθη. Η σύσταση του αιθέριου ελαίου και του ανθόνερου προσδιορίστηκε με αέρια χρωματογραφία-φασματομετρία μάζας GC-MS. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το βασικότερο συστατικό του αιθέριου ελαίου των καρπών είναι το β-φαρνεσένιο σε ποσοστό 22,92 %, επί των συνολικών συστατικών του ελαίου, με αμέσως επόμενο συστατικό το trans-καρυοφυλλένιο , σε ποσοστό 19,54 %. Όσον αφορά το ανθόνερο των καρπών, τα δύο κυριότερα βιοδραστικά συστατικά που ταυτοποιήθηκαν ήταν η 1,8-κινεόλη σε ποσοστό 71% και το 2-p-κυμένιο σε αντίστοιχο ποσοστό 20,5%. Συνεχίζοντας με τα φύλλα/άνθη, το βασικότερο συστατικό του αιθέριου ελαίου είναι το trans-καρυοφυλλένιο σε ποσοστό 32,00 %, επί των συνολικών συστατικών του ελαίου, ενώ ακολουθεί το δικυκλογερμακρένιο σε ποσοστό 17,55 %. Αναφορικά με το ανθόνερο των φύλλων/ανθών, τα δύο κυριότερα βιοδραστικά συστατικά που ταυτοποιήθηκαν ήταν πάλι η 1,8-κινεόλη και το 2-p-κυμένιο, αυτή τη φορά σε ποσοστά σε 54,04% και 14,51% αντίστοιχα, ενώ στην προκειμένη περίπτωση ταυτοποιήθηκαν και δύο επιπλέον βιοδραστικά συστατικά: η (+)-Ρ-μενθ-1-εν-4-όλη σε ποσοστό 11,63% και η (R)-(+)-α- τερπινεόλη σε 7,34% αντίστοιχα. Στο δεύτερο στάδιο, μελετήθηκε η δυνατότητα ανάκτησης των πολυφαινολών από την αποσμημένη φυτόμαζα με διεργασίες εκχύλισης. Πραγματοποιήθηκαν διαδοχικές εκχυλίσεις σε ξηρά και κονιοποιημένα δείγματα του απεσταγμένου φυτού (καρποί και φύλλα/άνθη), χρησιμοποιώντας διαλύτες αυξανόμενης πολικότητας: οξικός αιθυλεστέρας, αιθανόλη και νερό, ώστε να απομονωθούν τα άπολα, τα λιγότερο πολικά και τα πολικά βιοδραστικά συστατικά. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα των εκχυλίσεων των καρπών λυγαριάς, μεγαλύτερη απόδοση βρέθηκε κατά την εκχύλιση με διαλύτη οξικό αιθυλεστέρα, και ίση με 11,9 % w/w ξ.β (σε ξηρή βάση), ενώ παραπλήσια απόδοση σε ποσοστό 11,52% εμφάνισε η εκχύλιση με νερό. Τελευταία σε απόδοση έρχεται η εκχύλιση με αιθανόλη με ποσοστό 4,8% w/w ξ.β. φυτού. Όσον αφορά την αντιοξειδωτική δράση των αντίστοιχων εκχυλισμάτων των καρπών, το αιθανολικό εκχύλισμα, παρά τη χαμηλότερη απόδοση, εμφάνισε την υψηλότερη αντιοξειδωτική δράση, με βάση την ικανότητα δέσμευσης της ελεύθερης ρίζας DPPH (τιμή EC50=851 g ξηρού εκχυλίσματος/kg DPPH). Ακολουθεί το υδατικό εκχύλισμα με τιμή EC50=1251 g ξηρού εκχυλίσματος/kg DPPH και τέλος το εκχύλισμα του οξικού αιθυλεστέρα, το οποίο παρά τη μεγάλη απόδοση της διεργασίας, έδειξε πολύ μικρή ικανότητα δέσμευσης ελευθέρων ριζών (EC50=9194 g ξηρού εκχυλίσματος/kg DPPH). Στην περίπτωση των φύλλων/ανθών του φυτού, τα αποτελέσματα διαφέρουν συγκριτικά με τους καρπούς με την εκχύλιση με αιθανόλη να εμφανίζει τη μεγαλύτερη απόδοση σε ποσοστό 15,7% w/w σε ξηρή βάση φυτού, ενώ ακολουθούν η εκχύλιση με οξικό αιθυλεστέρα και τέλος με νερό με αποδόσεις 9,4% και 7,2 w/w ξ.β., αντίστοιχα. Όσον αφορά το αντιοξειδωτικό προφίλ των εκχυλισμάτων των φύλλων/ανθών λυγαριάς είναι παρόμοιο με αυτό των καρπών. Πιο συγκεκριμένα, το αιθανολικό εκχύλισμα παραμένει το πιο αντιοξειδωτικά ισχυρό με εμφανίζει τιμή EC50=446 g ξηρού εκχυλίσματος/kg DPPH, ενώ ακολουθεί το υδατικό εκχύλισμα με EC50=1004 g ξηρού εκχυλίσματος/kg DPPH, και τέλος το λιγότερο δραστικό εκχύλισμα του οξικού αιθυλεστέρα με EC50=2211 g ξηρού εκχυλίσματος/kg DPPH. Αξίζει να τονιστεί πως και τα τρία εκχυλίσματα των φύλλων εμφανίζουν μικρότερες τιμές EC50 συγκριτικά με τα αντίστοιχα των καρπών, γεγονός που αποδεικνύει πως τα φύλλα περιείχαν δραστικότερα αντιοξειδωτικά συστατικά. Τα παραπάνω πειράματα απέδειξαν πως πέραν του αιθέριου ελαίου, είναι εφικτή η επιπλέον αξιοποίηση του φυτού Vitex Agnus Castus, καθώς μπορεί να οδηγήσει σε αποδόσεις ανάκτησης αντιοξειδωτικών ουσιών έως και 28,22 % στην περίπτωση των καρπών και 32,3 % στα φύλλα/άνθη αντίστοιχα. Τα δείγματα εξετάστηκαν ως προς το φαινολικό περιεχόμενό τους, το οποίο υπολογίστηκε με τη μέθοδο Folin-Ciocalteau, και τα αποτελέσματα εκφράστηκαν σε 5 ισοδύναμα ppm γαλλικού οξέος (GAE). Με βάση τα αποτελέσματα των καρπών, το υδατικό εκχύλισμα εμφανίζει το μεγαλύτερο συνολικό φαινολικό περιεχόμενο με συγκέντρωση 11163 ppm, ενώ ακολουθεί το αιθανολικό με 7032 ppm και τελευταίο το εκχύλισμα του οξικού αιθυλεστέρα (4112 ppm). Στο σημείο αυτό αξίζει να επισημανθεί πως ενώ το υδατικό εκχύλισμα περιέχει μεγαλύτερη ποσότητα φαινολών συγκριτικά με το αιθανολικό, το δεύτερο περιέχει πιο ισχυρά αντιοξειδωτικές φαινόλες, όπως προαναφέρθηκε. Συνεχίζοντας με τα αποτελέσματα των φύλλων/ανθών, τα εκχυλίσματα κατά σειρά μειούμενου συνολικού φαινολικού περιεχομένου είναι το υδατικό, το αιθανολικό και το εκχύλισμα του οξικού αιθυλεστέρα με συγκεντρώσεις 23631 ppm, 15614 ppm και 8863 ppm, αντίστοιχα. Σε σύγκριση με τα αντίστοιχα αποτελέσματα των καρπών, το συνολικό φαινολικό περιεχόμενο και για τα τρία εκχυλίσματα είναι σημαντικά μεγαλύτερο στην περίπτωση των φύλλων/ανθών. Αν ληφθεί υπόψιν και το αντιοξειδωτικό προφίλ που αναλύθηκε παραπάνω, προκύπτει το συμπέρασμα ότι τα εκχυλίσματα των φύλλων εμφανίζουν ποσοτικά περισσότερα αλλά και δραστικότερα αντιοξειδωτικά συστατικά. Τέλος, το αιθανολικό εκχύλισμα των φύλλων/ανθών (το οποίο κρίθηκε ως αυτό με την πιο έντονη αντιοξειδωτική δράση) χρησιμοποιήθηκε για τον εμπλουτισμό εμπορικά διαθέσιμου γαλακτώματος καλλυντικής χρήσης με στόχο τη μελέτη της επίδρασης του χρόνου και της θερμοκρασίας αποθήκευσης στην αντιοξειδωτική δράση του εμπλουτισμένου γαλακτώματος με φυσικά αντιοξειδωτικά λυγαριάς (συγκέντρωσης 2,5% w/w ξηρού εκχυλίσματος). Τα εμπλουτισμένα γαλακτώματα αποθηκεύτηκαν σε θαλάμους σταθερής θερμοκρασίας 25, 35 και 45°C για χρονικό διάστημα 7 μηνών. Η αντιοξειδωτική δράση των εμπλουτισμένων γαλακτωμάτων προσδιορίστηκε σε δειγματοληψίες ανά τακτά χρονικά διαστήματα. Η αντιοξειδωτική δράση βρέθηκε ότι υποβαθμίζεται με αύξηση του χρόνου αποθήκευσης το οποίο πιθανόν οφείλεται σε αντιδράσεις οξείδωσης της λιπαρής φάσης του γαλακτώματος. Επιπλέον, προέκυψε πως οι αντιδράσεις υποβάθμισης της αντιοξειδωτικής δράσης λαμβάνουν χώρα με μεγαλύτερο ρυθμό σε μεγαλύτερες θερμοκρασίες αποθήκευσης, με τη μείωση της αντιοξειδωτικής δράσης να ακολουθεί κινητική 1ης τάξης με ενέργεια ενεργοποίησης 40,8 kJ/mol με ρυθμό μείωσης, k, 0,002 days-1 στους 25°C.