Naslov Primjena inovativnih tehnika ekstrakcije bioaktivnih spojeva iz duhanskog otpada
Naslov (engleski) Application of innovative extraction techniques of bioactive compounds from tobacco waste
Autor Marija Banožić MBZ: 388301
Mentor Stela Jokić (mentor)
Član povjerenstva Igor Jerković (predsjednik povjerenstva)
Član povjerenstva Darko Velić (član povjerenstva)
Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj Sveučilište Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku Prehrambeno-tehnološki fakultet Osijek (Zavod za procesno inženjerstvo) (Katedra za tehnološko projektiranje i farmaceutsko inženjerstvo) Osijek
Datum i država obrane 2022-01-21, Hrvatska
Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana BIOTEHNIČKE ZNANOSTI Prehrambena tehnologija Inženjerstvo
Univerzalna decimalna klasifikacija (UDC ) 66 - Kemijska tehnologija. Kemijska i srodne industrije 663 - Industrijska mikrobiologija. Industrijska mikologija. Industrija vrenja. Industrija pića. Industrija opojnih sredstava 60 - Biotehnologija. Genetičko inženjerstvo. Produkti kloniranja
Sažetak Cilj ovog istraživanja bio je ispitati utjecaj četiri inovativne tehnike ekstrakcije: ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom (UAE), ekstrakcija potpomognuta mikrovalovima (MAE), superkritična \(CO_{2}\) ekstrakcija (\(SC-CO_{2}\)) te ekstrakcija vodom u supkritičnom stanju (SWE) na iskorištenje i sadržaj bioaktivnih spojeva u duhanskom otpadu (refabrikat, prašina i rebro) koji nastaje tijekom industrijske prerade lista. U ekstraktima su primjenom tekućinske i/ili plinske kromatografije određeni isparljivi spojevi, fenolni spojevi te nikotin, a primjenom spektrofotometrijskih metoda određena je antiradikalna aktivnost i sadržaj ukupnih fenola. U SC-\(CO_{2}\) ekstraktima određen je i masnokiselinski sastav primjenom plinske kromatografije s plameno-ionizacijskim detektorom. Na temelju dobivenih rezultata uočen je značajan utjecaj primijenjenih procesnih parametara na promatrane odzive (iskorištenje ekstrakcije, sadržaj klorogenske kiseline i nikotina). Primjenom metode odzivnih površina određeni su optimalni parametri svake pojedine tehnike ekstrakcije. Od ispitivanih tehnika ekstrakcije, primjenom UAE dobiven je najveći sadržaj klorogenske kiseline, dok se MAE pokazala pogodnom za ekstrakciju nikotina. Primjenom SWE dobiveni su ekstrakti bogati fenolnim spojevima i nikotinom, no primjena viših temperatura (200-250 °C) uzrokovala je nastanak degradacijskih produkata. \(SC-CO_{2}\) ekstrakcija pokazala se pogodnom za ekstrakciju nepolarnih spojeva (isparljivih spojeva i masnih kiselina), gdje je identificicran nikotin (1,6 %), a dominantna masna kiselina bila je palmitinska kiselina (21,84 %). Od promatrana tri otpada, refabrikat se pokazao najbogatijim bioaktivnim spojevima u usporedbi s listom duhana kao polaznom sirovinom. U konačnici, da bi se u potpunosti iscrpio biljni materijal, pristupilo se valorizaciji refabrikata kroz kombinaciju dvije ekstrakcijske tehnike (\(SC-CO_{2}\) i SWE). Dvostupanjska ekstrakcija dala je najbolje rezultate, te predstavlja inovativan pristup valorizaciji ove vrste otpada istovremeno dajući maksimalno iskorištenje ekstrakcije (74,05 %), uz znatno veći zastupljenosti nikotina (4,67 %) i fenolnih spojeva: klorogenske kiseline (0,74 %), neoklorogenske kiseline (0,46 %), rutina (1,03 %).
Sažetak (engleski) The aim of this study was to determine the influence of four innovative extraction techniques: ultrasound-assisted extraction (UAE), microwave-assisted extraction (MAE), supercritical \(CO_{2}\) extraction (\(SC-CO_{2}\)) and subcritical water extraction (SWE) on the yield and content of bioactive compounds in tobacco waste extracts. Three fractions of tobacco waste, generated during the industrial processing of leaves (scrap, dust and midrib), were used for the extractions and were compared with the leaf as the starting material. Volatile compounds, phenolic compounds and nicotine were determined in the extracts using liquid and/or gas chromatography. Additionally, total phenol content and antioxidant activity were determined using spectrophotometric assays. In \(SC-CO_{2}\) extracts, the fatty acid composition was determined using gas chromatography with a flame ionization detector. Based on the obtained results, a significant influence of the applied process parameters on the responses (extraction yield, chlorogenic acid content and nicotine) was observed. Using the response surface methodology, the optimal parameters of each extraction technique were determined. Of the four extraction techniques observed, UAE yielded the highest chlorogenic acid content, while MAE proved to be suitable for nicotine extraction. Using SWE, extracts rich in phenolic compounds and nicotine were obtained, but due to the application of higher temperatures (200-250 °C), the formation of degradation products was observed. \(SC-CO_{2}\) showed high selectivity for the extraction of non-polar compounds, particularly targeted fatty acids (the dominant was palmitic acid) and volatile compounds (nicotine was the most abundant). Among the three wastes observed, the scrap proved to be the richest in bioactive compounds. In order to obtain completely exhaust waste material, a two-stage extraction process (\(SC-CO_{2}\) + SWE) was conducted on the scrap. With twostage extraction (\(SC-CO_{2}\) + SWE), the highest extraction efficiency (74.05%) and significantly higher abundance of nicotine (4.67%) and of phenolic compounds (chlorogenic acid (0.74%), neochlorogenic acid (0.46%) and rutin (1.03%)) were obtained. Therefore, two-stage extraction (\(SC-CO_{2}\) + SWE) represents an innovative approach to the valorization of tobacco waste.
Ključne riječi
duhanski otpad
bioaktivni spojevi
inovativne tehnike ekstrakcije
optimizacija
Ključne riječi (engleski)
tobacco waste
bioactive compounds
innovative extraction techniques
optimization
Jezik hrvatski
URN:NBN urn:nbn:hr:109:344211
Datum promocije 2022
Projekt Šifra: UIP-2017-05-9909 Naziv: Primjena inovativnih tehnika ekstrakcije bioaktivnih komponenti iz nusproizvoda biljnoga podrijetla Kratica: ByProExtract Voditelj: Stela Jokić Pravna nadležnost: Hrvatska Financijer: HRZZ Linija financiranja: UIP
Studijski program Naziv: Prehrambena tehnologija i nutricionizam Vrsta studija: sveučilišni Stupanj studija: poslijediplomski doktorski Akademski / stručni naziv: doktor znanosti (dr. sc.) iz znanstvenog područja Biotehničkih znanosti, znanstvenog polja Prehrambena tehnologija (dr. sc. preh. teh.)
Vrsta resursa Tekst
Opseg (11), 187 str.;30 cm
Način izrade datoteke Izvorno digitalna
Prava pristupa Otvoreni pristup
Uvjeti korištenja
Javna napomena U sastavu Povjerenstva za obranu su i: prof. dr. sc. Mojca Škerget - član, izv. prof. dr. sc. Senka Vidović - član
Repozitorij PTFOS Repozitorij
Datum i vrijeme pohrane 2022-01-27 12:02:25