Μελέτη μεθόδων εκχύλισης βιοδραστικών συστατικών από αρωματικά φυτά - Γούσιας, Γεώργιος (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 απομόνωση με εκχύλιση βιοδραστικών συστατικών από το φυτό O. Vulgare ssp. hirtum (ρίγανη) της οικογένειας Lamiaceae και η προσπάθεια εύρεσης των καταλληλότερων συνθηκών για τη βελτιστοποίηση της απόδοσης της εκχύλισης. Χρησιμοποιήθηκε αποξηραμένη ρίγανη που παραλήφθηκε από το τμήμα αρωματικών φαρμακευτικών φυτών του κέντρου γεωργικής έρευνας βορείου Ελλάδας, το οποίο είναι μέλος του οργανισμού Δήμητρα. Η συγκομιδή της έγινε το 2015. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε υδρο-ατμοαπόσταξη των αποξηραμένων φύλλων ρίγανης με σκοπό την παραλαβή του αιθέριου ελαίου της. Η απόδοση αιθέριου ελαίου ανήλθε σε 3,71 mL/ 100 g ξηρού φυτού. Ταυτόχρονα, διερευνήθηκε η δυνατότητα κλασμάτωσης του αιθέριου ελαίου σε ένα κλάσμα φτωχό και σε ένα πλούσιο σε καρβακρόλη. Με αναλύσεις GC-MS, προσδιορίστηκαν τα συστατικά του αιθέριου ελαίου, με τα βασικά να είναι η καρβακρόλη με ποσοστό 64,45% και το γ-τερπινένιο με ποσοστό 16,17% επί του συνολικού αιθέριου ελαίου. Δευτερεύουσες ουσίες χαρακτηρίστηκαν το trans-καρυοφυλλένιο και το π-κυμένιο με περιεκτικότητες στο συνολικό έλαιο 6,69% και 5,30% αντίστοιχα. Από την κλασμάτωση του αιθέριου ελαίου κατέστη δυνατή η παραλαβή κλάσματος περιεκτικότητας 82,45% σε καρβακρόλη. Μέρος της απελαιωμένης φυτόμαζας εκχυλίστηκε, αφού πρώτα ξηράνθηκε και κονιοποιήθηκε, σε συσκευή Soxhlet με οξικό αιθυλεστέρα αρχικά και στη συνέχεια διαδοχικά με αιθανόλη, ώστε να ανακτηθούν και να ταυτοποιηθούν τα άπολα και τα πολικά συστατικά, αντίστοιχα. Τα εκχυλίσματα αναλύθηκαν ως προς την περιεκτικότητά τους σε ολικά φαινολικά συστατικά με τη μέθοδο Folin-Ciocalteau και τα αποτελέσματα εκφράστηκαν σε ισοδύναμα γαλλικού οξέος (GAE, g/kg ξηρού φυτού). Ακόμη μετρήθηκε η αντιοξειδωτική τους δράση μελετώντας την ικανότητά τους για δέσμευση της ρίζας DPPH και τα αποτελέσματα εκφράστηκαν σε ισοδύναμα trolox (ΤE, g/kg ξηρού φυτού)και βρέθηκε επίσης η τιμή της παραμέτρου EC50, δηλαδή της ποσότητας εκχυλίσματος που απαιτείται για να δεσμεύσει το 50% της ελεύθερης ρίζας κάτω από συγκεκριμένες πειραματικές συνθήκες. Tο εκχύλισμα αιθανόλης παρουσίασε μεγαλύτερη απόδοση τόσο σε ολικά φαινολικά, όσο και σε αντιοξειδωτική δράση συγκριτικά με το εκχύλισμα του οξικού αιθυλεστέρα. Τα κυριότερα συστατικά που ταυτοποιήθηκαν με υγρή χρωματογραφία υψηλής απόδοσης, ήταν το ροσμαρινικό οξύ στο εκχύλισμα της αιθανόλης και η καρβακρόλη στο εκχύλισμα του οξικού αιθυλεστέρα, καθώς και πολλά φλαβονοειδή και στις 2 περιπτώσεις. Στη συνέχεια μελετήθηκε η εκχύλιση της ρίγανης σε εκχυλιστήρα διαλείποντος έργου με ανάδευση χρησιμοποιώντας μίγματα αιθανόλης-νερού και ελέγχθηκε η επίδραση της περιεκτικότητας του διαλύτη σε αιθανόλη (0%, 60%, 80% και 96%), της θερμοκρασίας (22οC, 40οC και 60οC), της αναλογίας στερεού:υγρού (1:20 και 1:40) και των διαδοχικών εκχυλίσεων. Η μέγιστη ανάκτηση ολικών φαινολών και αντιοξειδωτική δράση, παρατηρήθηκε στο εκχύλισμα περιεκτικότητας 60% σε αιθανόλη με ολικές φαινόλες 54 g GAE/kg ξηρού φυτού και ικανότητα δέσμευσης της ρίζας DPPH 91,46 g TE/kg ξηρού φυτού. Πολύ κοντά ήταν και τα αποτελέσματα της εκχύλισης με καθαρό νερό. Τα εκχυλίσματα αναλύθηκαν με HPLC και ως κύριο συστατικό τους ταυτοποιήθηκε το ροσμαρινικό οξύ, ενώ βρέθηκαν ακόμη φλαβονοειδή και φαινολικά οξέα. Η επίδραση της αναλογίας στερεού:υγρού εξετάστηκε με διαλύτη καθαρό νερό και δεν βρέθηκε σημαντική, ενώ της θερμοκρασίας σε καθαρό νερό και αιθανολικό διάλυμα 96%. Όσον αφορά στο νερό, παρουσιάστηκε βελτίωση στο χρόνο εκχύλισης αλλά όχι την απόδοση, ενώ στο αιθανολικό διάλυμα βελτιώθηκε τόσο ο χρόνος, όσο και η απόδοση της εκχύλισης. Ακόμη μελετήθηκε η εκχύλιση σε υδατικά διαλύματα ΚΟΗ (pH=13,3) και Ca(OH)2 (pH=12). Το υδατικό διάλυμα Ca(OH)2, παρουσίασε αντίστοιχη απόδοση με το καθαρό νερό σε ολικές φαινόλες. Αντίθετα, το διάλυμα ΚΟΗ παρουσίασε σχεδόν διπλάσια απόδοση σε φαινολικά συστατικά φτάνοντας τα 105,68 g GAE/kg ξηρού φυτού. Η αντιοξειδωτική του δράση μετρήθηκε μετά από οξίνισή του με κιτρικό οξύ και βρέθηκε μειωμένη συγκριτικά με αυτή του καθαρού νερού. Το γεγονός αυτό οφείλεται στην κατακρήμνιση τμήματος των ουσιών με αντιοξειδωτική δράση κατά την οξίνιση. Η τελευταία εκχύλιση που μελετήθηκε ήταν η εκχύλιση ημιδιαλείποντος έργου με νερό, η οποία ενώ είχε αντίστοιχη απόδοση σε ολικές φαινόλες με την αντίστοιχη εκχύλιση διαλείποντος έργου αλλά επέτρεψε την παραλαβή πυκνότερου εκχυλίσματος. Τέλος βρέθηκε ο συντελεστής διάχυσης Deff για τις εκχυλίσεις διαλείποντος έργου θεωρώντας τη ρίγανη ως σφαιρικά σωματίδια διαμέτρου 500 μm. Από τις εκχυλίσεις στις οποίες κατέστη εφικτός ο προσδιορισμός του, μεγαλύτερο D¬eff παρουσιάστηκε με χρήση υδατικού διαλύματος KOH ως διαλύτη στους 22οC και ήταν 208,34∙10-13 m2/s, ενώ το μικρότερο παρουσιάστηκε στο διάλυμα 96% αιθανόλης στους 22οC και ήταν 1,16∙10-13 m2/s. Για τους συντελεστές διάχυσης στην αιθανόλη περιεκτικότητας 96% στους 22οC, τους 40οC και τους 60οC, υπολογίστηκε με βάση τη σχέση Arrhenius η ενέργεια ενεργοποίησης της διάχυσης και προέκυψε Ea=54,98 kJ/mol.