In the last decades the interest towards the environment strongly increased in many fields, including the chemical, health and industrial ones. In this context, the concept of “Green Analytical Chemistry” aims to lower the impact of chemistry on human health and environment. As following step, the agrifood by-products represents a renewable source of bioactive compounds for numerous applications within pharmaceutical and cosmetic sectors. Corylus avellana L., commonly known as hazelnut, is a well-known source of antioxidant compounds, mostly phenols. This study aims to valorise Corylus avellana L. skin, exploiting greener extraction and sample preparation approaches. As reference method, a conventional extraction was carried out using ethanol 80% (0,1% of formic acid). The identification of target compounds was performed by HPLC-PDA-MS/MS. Natural deep eutectic solvents (NADESs) were selected as greener alternative to conventional organic solvents. They are characterized by natural origin, low toxicity, low volatility, an easy preparation method. Moreover, their chemical features can be modulated by changing the hydrogen bond acceptor (HBA) and hydrogen bond donor (HBD) which, in specific molar ratios, form a hydrogen bonding network, originating the new solvent. Different combinations of HBA and HBD and molar ratios were tested, combined with both ultrasound (US) and microwave (MW) extraction at microscale and higher scale level, respectively. The solvents used in MW extraction were prepared mixing choline chloride (ChCl) as HBA with different HBDs (lactic acid, glycerol, glucose and urea) at a fixed molar ratio of 1:1. Different temperature (80 °C and 100 °C) and time (30 and 60 minutes) of extraction were tested. The quantification results showed that the increasing of extraction temperature and time positively affected the extraction efficiency of the target analytes. The best NADES, in term of extraction efficiency, was ChCl:LA 1:1. Given the promising results obtained with the preliminary studies of NADES-based extracts, other combinations of HBA and HBD were tested. In particular, betaine (Bet) was also included as HBA, because it was recently classified as food grade ingredient. The extraction was carried out by ultrasounds for 30 minutes at room temperature. The results showed that the extraction with DESs increased the recovery of the phenolic component, compared to the conventional extraction with EtOH. To support the possible application of DES-based extracts in the health field, their antioxidant activity was tested through in-vitro spectrophotometric assays, testing their capacity to scavenge 2,2‐diphenyl‐1‐picrylhydrazyl (DPPH•) and 2,2’‐azinobis‐3‐ethyl‐benzthiazoline‐6‐sulphonate (ABTS+•) radicals. The extraction with NADES showed to preserve the antioxidant power of the sample, already observed in conventional extracts of hazelnut skin, even demonstrating that these NADESs have an active contribution to the overall scavenging effect of the extract, in particular against ABTS+•. In conclusion, NADESs-based extracts enriched of phenolic compounds can be considered a sustainable alternative for the valorisation of agrifood by-products, such as those obtained from Corylus avellana L., for further application in the nutraceutical field.
Negli ultimi decenni l’interesse verso l’ambiente è aumentato in diversi campi, inclusi quelli chimico, salutistico e industriale. In questo contesto, il concetto di “Green Analytical Chemistry” mira a diminuire l’impatto della chimica sulla salute delle persone e sull’ambiente. Allo stesso tempo, i prodotti di scarto agroalimentari rappresentano una fonte rinnovabile di composti bioattivi per numerose applicazioni nei settori farmaceutico e cosmetico. Corylus avellana L., comunemente conosciuta come nocciola, è una nota fonte di composti antiossidanti, principalmente fenoli. Questo studio ha l’obiettivo di valorizzare le cuticole di Corylus avellana L., sfruttando approcci sostenibili per l’estrazione e per la preparazione del campione. Come metodo di riferimento, un’estrazione convenzionale è stata fatta usando etanolo 80% (0,1% di acido formico). L’identificazione dei composti target è stata eseguita tramite HPLC-PDA-MS/MS. I natural deep eutectic solvents (NADES) sono stati scelti come alternativa green ai convenzionali solventi organici. Sono caratterizzati da un’origine naturale, bassa tossicità e volatilità e un metodo di preparazione semplice. Le loro caratteristiche chimiche possono essere modulate cambiando l’accettore il donatore di legami ad idrogeno (HBD), formando una rete di legami ad idrogeno, originando il nuovo solvente. Diverse combinazioni di HBA e HBD e rapporti molari sono stati testati, in combinazione con estrazioni ad ultrasuoni (US) e microonde (MW) in micro-scala e macro-scala, rispettivamente. I solventi usati per l’estrazione con le MW sono stati preparati miscelando il cloruro di colina (ChCl) come HBA e diversi HBD (acido lattico, glicerolo, glucosio, urea) in un rapporto molare fisso di 1:1. Differenti temperature (80°C e 100°C) e tempi (30 e 60 minuti) di estrazione sono stati testati. I risultati della quantificazione mostrano che l’aumentare della temperatura e del tempo di estrazione influenzano positivamente l’efficienza di estrazione degli analiti target. Il NADES migliore, in termini di efficienza estrattiva, è stato ChCl:LA 1:1. Visti i promettenti risultati ottenuti dagli studi preliminari degli estratti a base di NADES, altre combinazioni di HBA e HBD sono state esaminate. In particolare, la betaina (Bet) è stata anche inclusa come HBA, perché è stata recentemente classificata come ingrediente commestibile. L’estrazione è stata svolta con gli ultrasuoni per 30 minuti a temperatura ambiente. I risultati mostrano che l’estrazione con i DES aumenta il recupero dei composti fenolici, rispetto all’estrazione convenzionale con EtOH. Per sostenere un’applicazione degli estratti a base di DES nel campo salutistico, la loro attività antiossidante è stata testata attraverso saggi spettrofotometrici in-vitro, testando la capacità di inibire i radicali 2,2-difenil-1-picrilidrazil (DPPH•) e acido 2,2’-azino-bis(3-etilbenzotiazolin-6-sulfonico) (ABTS+•). L’estrazione con i NADES ha mostrato di preservare il potere antiossidante dei campioni, già osservato per la cuticola di nocciola, dimostrando che questi NADES danno un contributo attivo all’effetto inibitore totale dell’estratto, in particolare sul ABTS+•. Per concludere, gli estratti con i NADES arricchiti di composti fenolici possono essere considerati un’alternativa sostenibile per la valorizzazione di sottoprodotti agroalimentari, come quelli ottenuti dalla Corylus avellana L., per ulteriori applicazioni in campo nutraceutico.
Estrazione green tramite natural deep eutectic solvents di polifenoli con attività antiossidante per la valorizzazione della cuticola di Corylus avellana L.
GENNARO, GIADA
2022/2023
Abstract
Negli ultimi decenni l’interesse verso l’ambiente è aumentato in diversi campi, inclusi quelli chimico, salutistico e industriale. In questo contesto, il concetto di “Green Analytical Chemistry” mira a diminuire l’impatto della chimica sulla salute delle persone e sull’ambiente. Allo stesso tempo, i prodotti di scarto agroalimentari rappresentano una fonte rinnovabile di composti bioattivi per numerose applicazioni nei settori farmaceutico e cosmetico. Corylus avellana L., comunemente conosciuta come nocciola, è una nota fonte di composti antiossidanti, principalmente fenoli. Questo studio ha l’obiettivo di valorizzare le cuticole di Corylus avellana L., sfruttando approcci sostenibili per l’estrazione e per la preparazione del campione. Come metodo di riferimento, un’estrazione convenzionale è stata fatta usando etanolo 80% (0,1% di acido formico). L’identificazione dei composti target è stata eseguita tramite HPLC-PDA-MS/MS. I natural deep eutectic solvents (NADES) sono stati scelti come alternativa green ai convenzionali solventi organici. Sono caratterizzati da un’origine naturale, bassa tossicità e volatilità e un metodo di preparazione semplice. Le loro caratteristiche chimiche possono essere modulate cambiando l’accettore il donatore di legami ad idrogeno (HBD), formando una rete di legami ad idrogeno, originando il nuovo solvente. Diverse combinazioni di HBA e HBD e rapporti molari sono stati testati, in combinazione con estrazioni ad ultrasuoni (US) e microonde (MW) in micro-scala e macro-scala, rispettivamente. I solventi usati per l’estrazione con le MW sono stati preparati miscelando il cloruro di colina (ChCl) come HBA e diversi HBD (acido lattico, glicerolo, glucosio, urea) in un rapporto molare fisso di 1:1. Differenti temperature (80°C e 100°C) e tempi (30 e 60 minuti) di estrazione sono stati testati. I risultati della quantificazione mostrano che l’aumentare della temperatura e del tempo di estrazione influenzano positivamente l’efficienza di estrazione degli analiti target. Il NADES migliore, in termini di efficienza estrattiva, è stato ChCl:LA 1:1. Visti i promettenti risultati ottenuti dagli studi preliminari degli estratti a base di NADES, altre combinazioni di HBA e HBD sono state esaminate. In particolare, la betaina (Bet) è stata anche inclusa come HBA, perché è stata recentemente classificata come ingrediente commestibile. L’estrazione è stata svolta con gli ultrasuoni per 30 minuti a temperatura ambiente. I risultati mostrano che l’estrazione con i DES aumenta il recupero dei composti fenolici, rispetto all’estrazione convenzionale con EtOH. Per sostenere un’applicazione degli estratti a base di DES nel campo salutistico, la loro attività antiossidante è stata testata attraverso saggi spettrofotometrici in-vitro, testando la capacità di inibire i radicali 2,2-difenil-1-picrilidrazil (DPPH•) e acido 2,2’-azino-bis(3-etilbenzotiazolin-6-sulfonico) (ABTS+•). L’estrazione con i NADES ha mostrato di preservare il potere antiossidante dei campioni, già osservato per la cuticola di nocciola, dimostrando che questi NADES danno un contributo attivo all’effetto inibitore totale dell’estratto, in particolare sul ABTS+•. Per concludere, gli estratti con i NADES arricchiti di composti fenolici possono essere considerati un’alternativa sostenibile per la valorizzazione di sottoprodotti agroalimentari, come quelli ottenuti dalla Corylus avellana L., per ulteriori applicazioni in campo nutraceutico.| File | Dimensione | Formato | |
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