Publication
Solubility of olive oil phenolic compounds in green solvents
| datacite.subject.fos | Engenharia e Tecnologia::Engenharia Química | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Ferreira, Olga | |
| dc.contributor.advisor | Peres, António M. | |
| dc.contributor.advisor | Martins, Mónia | |
| dc.contributor.author | Vale, Mariana Ribeiro de Paula | |
| dc.date.accessioned | 2025-01-06T14:34:15Z | |
| dc.date.available | 2025-01-06T14:34:15Z | |
| dc.date.issued | 2024 | |
| dc.description.abstract | The extraction of olive oil generates different phenolic-rich by-products, containing hydroxytyrosol (HTy), tyrosol (Ty), and their derivatives. These phenolic compounds exhibit remarkable pharmacological bioactivity, including anti-atherogenic, cardioprotective, anticancer, neuroprotective, and endocrine-modulating effects. Consequently, the recovery of these compounds is of high significance for their potential application as functional additives in various industrial formulations. A review of extraction and purification methodologies for phenolic compounds from olive oil by-products highlights that water and water-ethanol mixtures are the most used solvents in conventional extraction processes, or when coupled with diverse extraction techniques. Recent research has also explored the use of deep eutectic solvents and supercritical carbon dioxide in these processes. To optimize these extraction processes, it is essential to know the solubility of target phenolic molecules (Ty and HTy) in green solvents and their partition behavior across different aqueous biphasic systems. Initially, the solubility of Ty was experimentally determined in water and nine individual organic solvents. Solubility data for 1,3- butanediol, 1,3-propanediol, 1-propanol, acetone, and methanol were reported here for the first time. Subsequently, solubility measurements were conducted for mixtures comprising water and a co-solvent (acetone, ethanol, 2-propanol, 1,3-butanediol, and 1,3-propanediol). These measurements were carried out at 298 K using the analytical isothermal shake-flask method, with analysis by UV-spectrophotometry and gravimetry. Further, the solubility of Ty and HTy in various organic solvents was modeled using the COSMO-RS method with BP_TZVP parametrization. This model was employed to predict solubility in the pure and mixed solvents tested experimentally, as well as in additional green solvents, including 2-methyltetrahydrofuran, cyclopentyl methyl ether, dimethyl carbonate, dimethyl isosorbide (DMI), glycerol, gamma-valerolactone, lactic acid, limonene, and triolein. Water-miscible co-solvent systems, involving DMI, lactic acid, urea, and citric acid, were also assessed. Results showed that ethanol, methanol, and acetone were the most effective pure solvents for the solubilization of Ty and HTy, with strong correlations observed between experimental and predicted data. The study demonstrated that Ty exhibits higher solubility than HTy in water/organic solvent systems with lower co-solvent concentrations. Protic alcohols, particularly ethanol and methanol, facilitated superior solubility for Ty, whereas acetone (an aprotic solvent) yielded the highest solubility in select conditions. Overall, COSMO-RS effectively predicted solubility trends across different solvents, supporting its utility in solvent selection for Ty and HTy extraction. These findings underscore the value of COSMO-RS in accurately modeling complex solute-solvent interactions for process optimization namely in phenolic compound recovery. | pt_PT |
| dc.description.abstract | O processo de produção do azeite gera subprodutos ricos em compostos fenólicos, incluindo o hidroxitirosol (HTy), o tirosol (Ty) e seus derivados. Foi demonstrado que estes compostos possuem uma bioatividade farmacológica altamente relevante em várias dimensões, incluindo efeitos anti-aterogênicos, cardioprotetores, anticancerígenos, neuroprotetores e endócrinos. Portanto, é de grande importância a recuperação destes compostos, uma vez que podem ser utilizados como aditivos funcionais na formulação de produtos em vários domínios. Uma revisão da literatura sobre os processos de extração e purificação de compostos fenólicos de subprodutos do azeite mostrou que a água e as misturas água-etanol foram os solventes convencionais mais utilizados, associados a diferentes técnicas de extração. Trabalhos recentes referem também a utilização de solventes eutéticos ou de dióxido de carbono supercrítico. Para conceber esses processos, é necessário determinar a solubilidade das moléculas-alvo do azeite (Ty e HTy) em diversos solventes verdes e os seus coeficientes de partição em sistemas bifásicos aquosos distintos. Assim, inicialmente, a solubilidade do tirosol foi determinada experimentalmente em água e em nove solventes orgânicos puros. Os dados relativos ao 1,3-butanodiol, 1,3-propanodiol, 1-propanol, acetona e metanol foram registados pela primeira vez. Em seguida, a solubilidade foi medida em solventes mistos compreendendo água e um co-solvente (acetona, etanol, 2-propanol, 1,3-butanodiol and 1,3-propanodiol). As medições de solubilidade foram efetuadas pelo método analítico isotérmico de frasco agitado, a 298 K, utilizando dois métodos de análise: Espectrofotometria UV e gravimetria. Além disso, a solubilidade de Ty e HTy numa gama de solventes orgânicos foi calculada utilizando o modelo COSMO-RS com a parametrização BP_TZVP. O modelo foi aplicado para prever a solubilidade dos compostos fenólicos nos solventes puros e mistos estudados experimentalmente e noutros solventes verdes puros, como o 2-metil tetra-hidrofurano, o éter metílico de ciclopentilo, o carbonato de dimetilo, o isossorbido de dimetilo (DMI), o glicerol, a gama-valerolactona, o ácido lático, o limoneno e a trioleína. Foram igualmente avaliados outros co-solventes miscíveis em água (DMI, ácido lático, ureia ou ácido cítrico em água). Este estudo mostrou que os melhores solventes puros para Ty e HTy foram o etanol, o metanol e a acetona, com fortes correlações entre os dados experimentais e os previstos. O estudo mostra que o Ty atinge uma solubilidade mais elevada do que o HTy com quantidades mais baixas de co-solvente num sistema de solvente de água/orgânico. Os álcoois próticos, particularmente o etanol e o metanol, proporcionam uma solubilidade favorável para o Ty, enquanto a acetona (aprótico) oferece a maior solubilidade em determinadas condições. Em geral, o COSMO-RS previu com precisão as tendências de solubilidade em diferentes tipos de solventes, ajudando na seleção de solventes para aplicações de Ty e HTy. Isto reforça o COSMO-RS como uma ferramenta valiosa na modelação de interações complexas soluto-solvente. | pt_PT |
| dc.identifier.tid | 203782186 | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10198/30812 | |
| dc.language.iso | eng | pt_PT |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ | pt_PT |
| dc.subject | Tyrosol | pt_PT |
| dc.subject | Hydroxytyrosol | pt_PT |
| dc.subject | Solubility | pt_PT |
| dc.subject | Olive oil | pt_PT |
| dc.subject | COSMO-RS | pt_PT |
| dc.title | Solubility of olive oil phenolic compounds in green solvents | pt_PT |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | restrictedAccess | pt_PT |
| rcaap.type | masterThesis | pt_PT |
| thesis.degree.name | Engenharia Química | pt_PT |