Tekući ekstrakti stabljika vinove loze (sorte Merlot), komine (sorata Merlot i Cabernet Sauvignon) i lišća (sorte Merlot), uobičajenih nusproizvoda proizvodnje vina, dobiveni su pri niskoj ...temperaturi pomoću ekstraktora Naviglio. Njihova su svojstva ispitana metodom protočne citometrije na humanim kožnim fibroblastima. Ekstrakti lišća imali su najveći udjel ukupnih fenola ((47,6±3,5) mg/g) i proantocijanidina ((24,2±0,1) mg/g). U preliminarnom su kolorimetrijskom ispitivanju bojanjem pomoću 3-4,5-dimetiltiazol-2-il-2,5-difeniltetrazolijevog bromida (tzv. MTT test) izdvojena dva volumna udjela svakog od ekstrakata (u rasponu od 0,8 do 1 2,8 %) koja nisu imala toksični učinak, a ti su ekstrakti zatim korišteni u tri citometrijska testa. U prvom testu nije zamijećen štetni učinak ekstrakata na citoplazmatsku membranu. U drugom je testu utvrđen manji (p<0,01) postotak stanica s aktivnom polariziranom mitohondrijskom membranom ((15,7±8,3) % u usporedbi s (32,5±1,3) % u kontrolnom uzorku) nakon njihovog izlaganja ekstraktima komine sorte Cabernet Sauvignon uz dodatak 4,5 mM H202. Također je utvrđen manji (p<0,05) postotak stanica s aktivnom polariziranom mitohondrijskom membranom nakon njihovog izlaganja ekstraktima stabljika vinove loze sorte Merlot, i to (49,3±6,1) % u prisutnosti 1,5 mM H202 u usporedbi s (64,6±2,4) % u kontrolnom uzorku, te (89,7±2,4) % bez dodatka 1-1202 u usporedbi s % u kontrolnom uzorku. Nasuprot tome, mitohondrijska je aktivnost znatno (p<0,05) porasla (na (96,3±1,8) odnosno (6,4±1,4) %) nakon tretiranja s oba volumna udjela ekstrakta lišća sorte Merlot uz dodatak 0,5 mM 1-1202, u usporedbi s kontrolom ((88,2±1,1) %). Naposlijetku, u trećem je testu dokazano da ekstrakti stabljike vinove loze nisu bitno utjecali na oksidativni status stanica, dok su ekstrakti komine imali djelomičan (p<0,05), a ekstrakti lišća znatan (p<0,001) pozitivni učinak na oksidativni status nakon izlaganja stanica koncentracijama H202 od 0,5 do 4,5 mM, u usporedbi s kontrolnim uzorkom.
The subject of this disertation is the swelling of plant material under the influence of supercritical carbon dioxide, as well as the effects of swelling on the process of supercritical fluid ...extraction (SFE). The results of experiments on the kinetics of the SFE processes were modeled using a mathematical model on the micro-scale and the Sovova’s model, which quantitatively express, through the parameters of the model, the changes that occur due to the swelling of plant material. The swelling of glandular trichomes of plants of the Lamiaceae family, swelling of hop in the form of ground particles of plant material and industrial granulates, and swelling of the particles of valerian root and rhizome of ginger were observed. The tests were conducted in order to examine the possibility of optimization the SFE process in respect to the consumption of supercritical fluids and energy. For the process of SFE of essential oils from glandular trichomes, a complex mathematical model which includes the cracking time distribution for glandular trichomes was developed. The new model describes the process of SFE with significantly higher accuracy than the existing mathematical models. For extraction at higher pressures the optimal pretreatment of plant material is defined with the goal to achieve significant savings of supercritical fluid. In the case of swelling of hops, the mass transport phenomena in granulates and cones exposed to supercritical fluid in various conditions were considered. The results explained phenomena that occur on industrial scale, especially undesirable hardening of the extraction cake. Process parameters (diffusion coefficients in the solid phase) are described by applying mathematical models to experimental results. In the case of swelling of valerian root and rhizome of ginger, significant savings of supercritical fluid consumption were achieved by choosing the optimal treatment. Process parameters (coefficients of mass transfer through the solid phase) are described by applying mathematical models to experimental results.
Tema ove doktorske disertacije je ispitivanje bubrenja biljnog materijala pod uticajem natkritičnog ugljenik(IV)-oksida, kao i efekata koje bubrenje ima na proces natkritične ekstrakcije (NKE). Na rezultate eksperimenata u kojima je praćena kinetika procesa NKE primenjen je matematički model na nivou sekrecione strukture i model Sovove, kako bi se promene do kojih dolazi usled bubrenja biljnog materijala kvantitativno izrazile preko parametara modela. Ispitano je bubrenje glandularnih trihoma biljaka familije Lamiaceae, bubrenje hmelja u vidu mlevenih čestica biljnog materijala i industrijskih granulata, i bubrenje čestica korena odoljena i rizoma đumbira. Ispitivanja su vođena u pravcu optimizacije procesa NKE u odnosu na potrošnju natkritičnog fluida i energije. Za proces NKE etarskih ulja iz glandularnih trihoma razvijen je kompleksan matematički model koji uključuje raspodelu vremena pucanja glandularnih trihoma, koji opisuje proces NKE sa znatno većom tačnošću u odnosu na postojeće matematičke modele. Za ekstrakciju na višim pritiscima definisan je optimalan predtretman biljnog materijala kojim se postižu značajne uštede natkritičnog fluida. U slučaju bubrenja hmelja razmatrani su fenomeni prenosa mase u šišaricama i granulatima hmelja izloženim natkritičnom fluidu na različitim uslovima. Rezultati su objasnili pojave koje se dešavaju na industrijskom nivou, a pre svega nepoželjno očvršćavanje ekstrakcione pogače. Parametri procesa (koeficijenti difuzije kroz čvrstu fazu) opisani su primenom matematičkih modela na eksperimentalne rezultate. U slučaju bubrenja korena odoljena i rizoma đumbira, izborom optimalnog predtretmana ostvarene su značajne uštede natkritičnog fluida. Parametri procesa (koeficijenti prenosa mase kroz čvrstu fazu) opisani su primenom matematičkih modela na eksperimentalne rezultate.
Da bi se odredili optimalni uvjeti ekstrakcije polifenola iz kadulje, ispitan je utjecaj otapala (voda, 30 %-tna vodena otopina etanola i 30 %-tna vodena otopina acetona), vremena ekstrakcije (3, 5, ...7, 9 i 11 min) i snage mikrovalova (500, 600 i 700 W) na sastav i koncentraciju fenolnih spojeva tijekom ekstrakcije potpomognute mikrovalovima (MAE). Optimirana MAE metoda je zatim uspoređena s konvencionalnom metodom ekstrakcije (CE). Na temelju količine ukupnih fenola odabrani su optimalni uvjeti snage mikrovalova od 500 W i vremena ekstrakcije od 9 min pri kojima je ekstrahirana veća količina fenolnih spojeva u usporedbi s CE. Etanol i aceton bili su podjednako učinkovita otapala s većom djelotvornošću ekstrakcije od vode. Primjenom HPLC UV/PDA identificirano je četrnaest fenolnih spojeva (derivati kafeinske i ružmarinske kiseline, glikozidi luteolina i apigenina) i to najveći udjeli ružmarinske kiseline i glikozida luteolina. Svih pojedinačnih fenolnih spojeva bilo je više u ekstraktima dobivenim MAE metodom.
Interes za tehnologije visokog tlaka tijekom posljednjih desetljeća se intenzivno povećava. Ekstrakcija super kritičnim fluidima (SFE) je process koji predstavlja alternative konvencionalnim ...postupcima separacije. U procesu ekstrakcije superkritičnim fluidima koristi se ekološki CO2 kao ekstrakcijsko otapalo zbog relativno niskog kritičnog tlaka (7,38 MPa), niske kritične temperature (304 K), poželjnih svojstava i niske cijene. Tijekom ovog postupka, potrebno je rabiti visoke tlakove. Ekstrakcijska posuda (posuda pod tlakom) je najvažnija oprema sustava, gdje se trebaju ostvariti kritični uvjeti i gdje se odvija ekstrakcija. Također, u procesu se treba obratiti pažnja i na druge dijelove uređaja (separator, izmjenjivače topline, ventile i sl.) zbog uporabe visokih tlakova. Sigurnost je najvažniji factor kada se radi o SFE sustavima i projektiranje takve opreme s potpunom sigurnosti procesa predstavlja vrlo težak zadatak. Stoga, kako bi se postigla visoka razina sigurnosti, pouzdan sustav kontrole mora biti osmišljen kao komunikacijski segment sustava kontrole i podataka. Različiti procesni parametri, kao što su protok CO2, tlak i temperature ekstrakcije, utječu na process ekstrakcije i kvalitetu dobivenog ekstrakta. Stoga ovi parametri trebaju biti precizno kontrolirani i nadzirani tijekom ekstrakcije. Projektiranje jednog laboratorijskog-pilot postrojenja za ekstrakciju superkritičnim CO2, te razvoj daljinskog upravljanja i nadzora sustava prikazani su u ovom radu. Razvijeni sustavi SFE (mehaničke i električne komponente) uspoređeni su s postojećim komercijalnim sustavima, gdje su prezentirane njegove glavne prednosti u odnosu na postojeće sustave. Omogućavanjem daljinskog upravljanja i nadzora klasična kontrola procesa je spojena s konceptom Interneta objekata - Internet of Things (IoT), gdje informacija postaje sve prisutna u ogromnom području Interneta.
U ovom su radu uspoređena dva postupka izolacije albumina, proteina topljivog u vodi, iz praha kondicioniranih sjemenki bundeve (Cucurbita pepo), i to ekstrakcijom pomoću ultrazvuka te pomoću enzima. ...U usporedbi s konvencionalnom ekstrakcijom, oba su postupka znatno povećala prinos albumina. Ultrazvučna je ekstrakcija bila dva puta brža od enzimske, međutim, najveći je prinos albumina od 16 % dobiven enzimskom ekstrakcijom. Ispitana su funkcionalna svojstva koncentrata albumina dobivenog iz sjemenki bundeve enzimskom, ultrazvučnom i konvencionalnom ekstrakcijom. Enzimska hidroliza nije utjecala na funkcionalna svojstva koncentrata albumina, za razliku od konvencionalne ekstrakcije. Ultrazvučnom su ekstrakcijom poboljšana svojstva zadržavanja vode i ulja te emulgiranja, a neznatno smanjena svojstva pjenjenja te stabilnost pjene i emulzije koncentrata albumina.
Razrađeni su postupci mikrovalne ili ultrazvučne ekstrakcije za multirezidualnu analizu tragova organoklorovih (OC) pesticida i specifičnih kongenera polikloriranih bifenila u tlu (35 spojeva) i u ...frakciji lebdećih čestica PM2,5 u zraku (27 spojeva). Otapalo za ekstrakciju bila je smjesa (n-heksan, aceton)=1:1. Pročišćeni ekstrakti analizirani su plinskom kromatografijom uz detekciju spojeva detektorom zahvata elektrona i spektrometrijom masa. Istražen je utjecaj sastojaka matrice tla na djelotvornost dvaju različitih postupaka ekstrakcije i selektivnost i osjetljivost odziva detektora. Mikrovalna ekstrakcija primijenjena je za analizu OC spojeva u tlima i jezerskim sedimentima skupljenim na području Nacionalnog parka Plitvička jezera te tlima skupljenim na području grada Varaždina, a ultrazvučna za analizu istih zagađivala u lebdećim česticama PM2,5 skupljenim u Zagrebu. Maseni udjeli OC zagađivala u tlu i sedimentima (ng kg-1 do g kg-1) kao i njihove masene koncentracije u česticama u zraku (pg m3) bili su na razini globalnog onečišćenja okoliša. U uzorcima tla i sedimenata najčešće je detektiran p,p'-DDE, a u česticama PM2,5 u zraku -heksaklorcikloheksan. Omjeri p,p'-DDE/p,p'-DDT u varaždinskim tlima i u lebdećim česticama u zraku upućuju na stalni unos tragova p,p'-DDT-a u okoliš. Masene koncentracije OC zagađivala u česticama PM2,5 u zraku bile su 2010. godine znatno niže od onih izmjerenih na istoj lokaciji u razdoblju od 2000. do 2003. godine.
Abstract Microwave-assisted or ultrasound-assisted extraction procedures were developed for multiresidue trace analysis of organochlorine (OC) pesticides and specific polychlorinated biphenyl congeners in soil (35 compounds) and atmospheric particles PM2.5 (27 compounds). The extraction solvent was the mixture (n-hexane, acetone)=1:1. Purified extracts were analysed using gas chromatography with electron capture and mass spectrometric detection. The influence of soil matrix components on the efficiency of two different extraction procedures and on the selectivity and sensitivity of detector response was investigated. The microwave-assisted extraction was applied for the analysis of OC compounds in soils and lake sediments collected in the area of Plitvice Lakes National Park and in soils collected in the city of Varaždin, while the ultrasonic extraction was used for analyses of these pollutants in PM2.5 atmospheric particles collected in Zagreb. Mass fractions of OC pollutants in soils and sediments (ng kg-1 to g kg-1) as well as their mass concentrations in particles in air (pg m3) were at levels of global environmental pollution. The most frequently detected OC pollutant in soils and sediments was p,p'-DDE, and in PM2,5 particles in air -hexachlorocyclohexane. The p,p-DDE/p,p-DDT in Varaždin soils and in atmospheric particles indicated a constant input of p,p-DDT traces in the environment. Mass concentrations of OC pollutants in PM2.5 particles in air were considerably lower in 2010 than those measured at the same location in the 2000 to 2003 period.
Fenolni glikozid arbutin i hidrokinon, njegov metabolit s uroantiseptičkim djelovanjem, prirodni su sastojci lišća različitih biljaka koje se koriste u terapeutske svrhe te začinskih biljaka. U ovom ...radu optimiran je postupak ekstrakcije te je razvijena i validirana plinskokromatografska metoda uz detekciju masenim spektrometrom (GC-MS) za određivanje sadržaja arbutina i hidrokinona u lišću obične planike (Arbutus unedo L., Ericaceae). Metoda je pokazala dobru linearnost (R2>0,9987) u ispitivanom koncentracijskom rasponu (0,5-200 μg mL-1), kao i dobru preciznost (RSD<5 %), analitički povrat (96,2-98,0 %) i osjetljivost (granica detekcije=0,009 μg mL-1 za arbutin i 0,004 μg mL-1 za hidrokinon). Rezultati dobiveni validiranom GC-MS metodom u dobroj su suglasnosti s rezultatima dobivenim metodom tekućinske kromatografije visoke učinkovitosti (HPLC). Predložena metoda je primijenjena za određivanje sadržaja arbutina i hidrokinona u metanolnom ekstraktu lišća. Sadržaj arbutina određen u lišću obične planike prikupljenom na otoku Koločepu (6,82 mg g-1 suhe mase) bio je veći u usporedbi sa sadržajem arbutina u lišću prikupljenom na otoku Malom Lošinju (2,75 mg g-1 suhe mase). Hidrokinon nije detektiran ni u jednom uzorku. Analitičke značajke predložene GC-MS metode pokazale su da se arbutin i hidrokinon mogu alternativno određivati plinskom kromatografijom. S obzirom na široki koncentracijski raspon, metoda je pogodna za analizu arbutina i hidrokinona, ne samo u lišću obične planike, nego također i u lišću biljaka drugih porodica (Rosaceae, Lamiaceae, itd.).
Posljednjih par desetljeća, industrijska konoplja (Cannabis sativa L.) je nepravedno zapostavljena zbog izgledom slične vrste konoplje Cannabis indica L. koja se koristi kao opojno sredstvo. Cilj ...ovoga rada bio je ispitati utjecaj parametara ekstrakcije ulja iz Cannabis sativa L. sjemenki procesom hladnog prešanja nakon čega je provedena ekstrakcija zaostalog ulja u pogači pomoću superkritičnog CO2. Optimiranje procesa ekstrakcije konopljinog ulja provedeno je metodom odzivnih površina. Ispitan je utjecaj temperature zagrijavanja glave preše, frekvencije elektromotora te veličine otvora pužne preše na iskorištenje i kvalitetu ulja kod procesa prešanja, kao i utjecaj tlaka ekstrakcije, temperature i protoka otapala u procesu ekstrakcije pomoću superkritičnog CO2. U proizvedenim uljima odredili su se sljedeći parametri kvalitete ulja: peroksidni broj, slobodne masne kiseline, netopljive nečistoće, voda, jodni broj, saponifikacijski broj, anisidinski broj i Totox broj. Osim navedenog, u dobivenim uljima ispitan je i sastav masnih kiselina, tokoferola, te klorofila i karotenoida. Ispitan je i utjecaj različitih prirodnih antioksidanasa i njihovih koncentracija na oksidacijsku stabilnost konopljinog ulja. Rezultati su pokazali da postoji statistički značajan utjecaj različitih procesnih parametara ekstrakcije na iskorištenje i kvalitetu ulja. Količina zaostalog ulja u pogači potpuno je ekstrahirana pomoću superkritičnog CO2 na novokonstruiranom uređaju za superkritičnu ekstrakciju. Odabirom relevantnih procesnih uvjeta superkritične ekstrakcije, kao i periodičnim frakcioniranjem, dobiveno je konopljino ulje različitih masenih koncentracija masnih kiselina, tokoferola i pigmenata. Eterično ulje origana koncentracije 0,05 % je bilo najučinkovitije u zaštiti ulja od oksidacijske degradacije. Zbog svoje kvalitete, kao i sadržaja visokokvalitetnih komponenti u sjemenkama konoplje koje pozitivno utječu na ljudsko zdravlje, ovo istraživanje je vrlo značajno s obzirom na neznatan broj objavljenih studija o konopljinom ulju.
In the past few decades, the Cannabis sativa L. hemp variety has been unfairly neglected because of its similarity to the illegal kind Cannabis indica L. used as a narcotic. The objective of this study was to evaluate the
process of oil extraction from Cannabis sativa L. seeds by cold pressing, followed by extraction with supercritical CO2. Extraction optimization of hemp oil production was conducted using response surface methodology (RSM). The effects of temperature, temperature head presses, frequency, and nozzle size on oil recovery and quality parameters in the pressing experiments and the effects of extraction pressure, temperature and solvent flow rate in supercritical CO2 extraction experiments were investigated. In obtained hemp oils the following parameters were analysed: peroxide value, free fatty acids, insoluble impurities, moisture content, iodine value, saponification value, Anisidine value and Totox value. The composition of fatty acids, tocopherols, chlorophyll and carotene content was also determined. The influence of different natural antioxidants and their concentration on the oxidative stability of hemp seed oil was investigated. The results show that the oil recovery and quality was statistically significantly (ANOVA) affected by applied operational extraction process parameters. The residual oil in the pressed cake was extracted almost completely by supercritical CO2 in a newly designed supercritical fluid extraction system. By selecting the relevant process conditions of supercritical extraction, as well as by fractionation, it is possible to obtain hemp oil with different mass concentrations oil fatty acids, tocopherols and pigments. The essential oil of oregano in concentration of 0.05 % was the most efficient in protecting the hemp oil against oxidative deterioration. Because of the oil’s high quality, as well as the high content of high-quality components in hemp seeds which positively affect human health, this study is very significant regarding the small number of published studies on hemp seed oil.
Ovo je istraživanje provedeno radi ispitivanja utjecaja parametara ekstrakcije potpomognute mikrovalovima na udjele ukupnih fenola, flavonoida, hidroksicimetnih kiselina i flavonola i određivanja ...antioksidacijskog kapaciteta cvijetova trnine pomoću dviju različitih metoda (DPPH i FRAP). Ispitani su sljedeći ekstrakcijski parametri: tip otapala i volumni udjel alkohola u otapalu (50 i 70 %-tna vodena otopina etanola i metanola), vrijeme ekstrakcije (5, 15 i 25 min) te temperatura ekstrakcije (40, 50 i 60 °C) održavana snagom mikrovalova od 100, 200 i 300 W. Multivarijantna analiza varijance (MANOVA) korištena je za procjenu razlika na razini pouzdanosti od 95 % (p≤0.05). Dobiveni rezultati pokazuju da je vodena otopina etanola prikladnije otapalo za ekstrakciju fenolnih spojeva (ukupnih flavonoida, hidroksicimetne kiseline i flavonola) od vodene otopine metanola. Udjel fenolnih spojeva bio je veći u 70 %-tnim vodenim otopinama etanola i metanola, dok je antioksidacijski kapacitet ekstrakata u 50 %-tnoj vodenoj otopini metanola bio veći. Viša temperatura ekstrakcije metanola povećala je udjel fenolnih spojeva i antioksidacijski kapacitet određen pomoću DPPH metode. Produljeno trajanje ekstrakcije (u intervalu od 15 do 25 min) bitno je utjecao samo na povećanje udjela ukupnih fenola, dok su udjel specifičnih fenolnih spojeva i antioksidacijski kapacitet bili najveći pri vremenu ekstrakcije od 5 min.
Ulje sjemenki nara dobiveno je ekstrakcijom pomoću mikrovalova u zatvorenoj posudi pod pritiskom. Uspoređena su svojstva dobivenog ulja s onima ulja dobivenog ekstrakcijom pomoću hladnog otapala, i ...to: sastav masnih kiselina, udjeli slobodnih masnih kiselina i ukupnih fenola, antioksidacijska aktivnost i boja. Metodom odzivnih površina optimirani su sljedeći uvjeti ekstrakcije: snaga mikrovalova (176-300 W), vrijeme ekstrakcije (5-20 min), veličina čestica usitnjenog nara (1-3) i maseni omjer otapala i uzorka (od 2:1 do 10:1). Najveći predviđeni prinos ekstrakcije od 35,19 % dobiven je primjenom mikrovalova snage 220 W, finih čestica nara (veličine 1), masenog omjera otapala i uzorka od 10:1 i vremena ekstrakcije od 5 min. Ekstrakcijom pomoću mikrovalova dobiven je veći prinos ulja nego ekstrakcijom u Soxhlet uređaju (34,7 % ulja nakon 8 sati ekstrakcije) ili ekstrakcijom pomoću hladnog otapala (17,5 % ulja nakon 8 sati ekstrakcije). Neovisno o primijenjenoj metodi ekstrakcije, u ulju sjemenki nara prevladavala je punicinska kiselina (86 %). Ulje dobiveno ekstrakcijom pomoću mikrovalova imalo je bolja fizikalno-kemijska svojstva, veći udjel ukupnih fenola i veću antioksidacijsku aktivnost od ulja dobivenog ekstrakcijom pomoću hladnog otapala.
PDF
