Kinetika i optimizacija procesa izolacije biljnih ekstrakata sa antibakterijskim dejstvom
Kinetics and optimization of process for isolation of plant extracts with antibacterial activity
Metadata
Show full item recordAbstract
Cilj ove doktorske disertacije bio je ispitivanje kinetike izolacije ekstrakata sa jakim antibakterijskim
delovanjem iz biljnog materijala primenom različitih postupaka ekstrakcije. Za izolaciju bioaktivnih supstanci
korišćena je natkritična ekstrakcija sa ugljenik(IV)-oksidom, hidrodestilacija i ekstrakcija etanolom sa i bez
primene ultrazvuka. Predmetom istraživanja ove doktorske disertacije obuhvaćena je analiza i optimizacija
različitih procesa izolacije, kao i ispitivanje sadržaja aktivnih komponenti i/ili antibakterijskog dejstva dobijenih
ekstrakta za primenu u farmaceutskoj i/ili prehrambenoj industriji. U eksperimentima je, kao sirovina, korišćeno
odabrano začinsko i lekovito bilje (Rosmarinus officinalis, Salvia officinalis, Thymus vulgaris, Origanum
vulgare, Eugenia caryophyllata, Laurus nobilis, Angelica archangelica, Echinacea angustifolia, Verbascum
thapsus, Calendula officinalis i Aloe barbadensis Miller), lišaj Usnea barbata i odabrane mešavine biljnog
materijala (karan...filić/origano i karanfilić/timijan).
U disertaciji je posebno ispitana i analizirana kinetika procesa natkritične ekstrakcije. S tim u vezi, ispitivan
je uticaj operativnih parametara (pritiska i temperature) i odgovarajućeg predtretmana biljnog materijala sa
natkritičnim ugljenik(IV)-oksidom na kinetiku natkritične ekstrakcije, kao i uticaj prisustva pojedinih biljnih
sirovina u smeši (njihovih glavnih komponenata) na povećanje moći rastvaranja natkritičnog ugljenik(IV)-
oksida (kosolventski efekat), pa samim tim i na povećanje brzine ekstrakcije i smanjenje potrošnje natkritičnog
fluida. U disertaciji su, takođe, prikazani rezultati ispitivanja kinetike ekstrakcije etanolom sa i bez primene
ultrazvuka.
Za simulaciju procesa natkritične ekstrakcije iz pojedinačnih biljnih sirovina i izabranih mešavina biljnog
materijala korišćeni su postojeći matematički modeli zasnovani na diferencijalnom bilansu mase (Stamenic i
sar., 2008; Zizovic i sar., 2005; Sovova i sar., 1994a) i na analogiji sa prenosom toplote (Bartle i sar., 1990;
Hong i sar., 1990; Reverchon i sar., 1994 i 1993). Odgovarajući parametri dobijeni primenom navedenih
matematičkih modela, zajedno sa podacima o hemijskom sastavu, korišćeni su za interpretaciju fenomena
prenosa mase u čvrstoj fazi i u filmu natkritičnog ugljenik(IV)-oksida do kojih dolazi tokom procesa natkritične
ekstrakcije iz pojedinih biljnih sirovina i izabranih mešavina biljnog materijala. Za modelovanje procesa
ekstrakcija sa etanolom korišćeni su postojeći modeli izvedeni iz drugog Fikovog zakona u cilju određivanja
koeficijenata difuzije ekstraktivnih materija u čvrstoj fazi (Crank, 1975; Treybal, 1968). Za rešavanje jednačina
navedenih matematičkih modela korišćen je softverski paket Microsoft Fortran PowerStation 4.0.
Za ispitivanje antibakterijskog delovanja biljnih ekstrakata i etarskih ulja korišćenа је modifikovanа
mikrodiluciona ili makrodiluciona metoda u bujonu opisana i preporučena od strane CLSI (Clinical Laboratory
Standards Institute, 2008, SAD), koja se u rutinskoj laboratorijskoj praksi koristi za ispitivanje antibakterijskog
delovanja antibiotika, tj. za određivanje vrednosti MIC (minimalne inhibitorne koncentracije) antibiotika.
Antibakterijsko delovanje biljnih ekstrakata ispitivano је na sojevima: Staphylococcus vrsta, uključujući sojeve
Staphylococcus aureus koji su rezistentni na meticilin (MRSA), Enterococcus vrsta (uključujući vankomicin
rezistentne enterokoke, VRE), Streptococcus, Bacillus i Geobacillus vrsta. Ispitan je uticaj pojedinih ekstrakta i
na sojeve Gram-negativnih bakterija, Е.coli, Enterobacter cloacae i Sallmonela Enteritidis...
This study was aimed to investigate kinetics of isolation of the extracts with strong antibacterial activity
from plant material by using different extraction processes. The bioactive substances from plant matrial were
isolated by supercritical carbon dioxide extraction, hydrodistillation and ethanol extraction with and without
ultrasound. The scope of the present study was kinetic analysis and optimization of different extraction
processes as well as content of active substance and/or antibacterial activity of isolated supercritical extracts
for application in pharmaceutical and/or food industry. Selected herbs and spices (Rosmarinus officinalis,
Salvia officinalis, Thymus vulgaris, Origanum vulgare, Eugenia caryophyllata, Laurus nobilis, Angelica
archangelic), Echinacea angustifolia, Verbascum thapsu, Calendula officinalis, Aloe barbadensis Miller), lichen
Usnea barbata and selected mixtures of plant materials (clove/oregano and clove/thymus) were used as raw
material for experiments....
In this study, supercritical carbon dioxide extraction kinetics was particularly analyzed. Therewith,
influence of operating parameters (pressure and temperature) and pretreatment of the plant material with
supercritical carbon dioxide on the supercritical extraction kinetics, influence of presence of particular plant
material in the mixtures of plants (their main components) on the solubility power of supercritical carbon
dioxide (co-solvent effect) and subsquently on increase of extraction rate and reduction of supercritical fluid
consumption was investigated in this work as well. The results of investigation of the kinetics of ethanol
extractions are also presented here.
Mathematical models based on differential mass balance (Stamenic et al., 2008; Zizovic et al., 2005;
Sovova et al., 1994a,b) and heat transfer analogy (Bartle et al., 1990; Hong et al., 1990; Reverchon et al.,
1994, 1993) were used for simulation of process of supercritical carbon dioxide extraction from pure plants and
chosen mixture of plants for evaluation of parameters that can be used for interpretation of the mass transfer
phenomena in the solid and supercritical carbon dioxide phase. Mathematical models based on the Second
Fick’s Law were used for simulation of ethanol extractions in order to evaluate coefficients of diffusion of
extractible substances in solid phase (Crank, 1975; Treybal, 1968). Solution of the equations of above
metioned mathematical models were solved using Microsoft Fortran PowerStation 4.0.
For antibacterial susceptibility testing, modified broth microdilution оr macrodilution method was applied in
accordance with the prescription of CLSI (Clinical Laboratory Standards Institute, 2008, USA and
corresponding MIC (minimal inhibitory concentration) values were determined. Antibacterial effect of plant
extracts on Staphylococcus species including meticillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) bacterial
strains as well as Enterococcus (including vancomycin resistant strains–VRE), Streptococcus, Bacillus and
Geobacillus species was investigated. Antibacterial activity of extracts on the Gram-negative bacteria such as
Е.coli, Enterobacter cloacae and Sallmonela Enteritidis was investigated as well...
Faculty:
Универзитет у Београду, Технолошко-металуршки факултетDate:
19-10-2011Projects:
- Functional physiologically active plant materials with additional values for application in pharmaceutical and food industry (RS-MESTD-Integrated and Interdisciplinary Research (IIR or III)-45017)