Subkritische Wasserextraktion von Naturprodukten Teil 3

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4.6. Essentielle Öle

Ätherische Öle, auch flüchtige Öle oder ätherische Öle genannt, beziehen sich auf die flüchtigen chemischen Verbindungen, die aus Pflanzen stammen. Ätherische Öle bestehen oft aus den Teilen der Blüten, Blätter, Holz, Rinde, Wurzel, Samen oder Schale. Ätherische Öle sind normalerweise lipophil und in Ölen leicht löslich, was es ihnen ermöglicht, leicht in die Haut einzudringen und durch die reichen Kapillaren unter dem subkutanen Fett in den Körper einzudringen. Ätherische Öle wurden in der Volksmedizin im alten China, Ägypten, Arabien und Griechenland im Laufe der Jahrhunderte verwendet. Daher haben einige Forscher versucht, SBWE als grünes Lösungsmittel zu verwenden, um ätherische Öle aus Pflanzen zu extrahieren, und neuere Forschungsergebnisse sind in Tabelle 6 dargestellt [12,22,28,174-206]. Die gebräuchlichsten ätherischen Öle werden durch Destillation [174,176,180,181], n-Hexan [174] oder überkritisches Kohlendioxid [181] oder Dichlormethan [181] extrahiert.

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Koriandersamen (Coriandrum satioum L.) enthalten ein ätherisches Öl (bis zu 1 Prozent) und werden zunehmend als Gewürze in der Lebensmittelindustrie verwendet. Eikani et al.[174] und Zekovic et al. [175,181] haben das ätherische Öl von SBWE extrahiert und isoliert. Extraktionstemperaturen (100, 125, 150 und 175 Grad), mittlere Partikelgrößen (0,25, 0,50 und 1 mm) und Wasserdurchflussraten (1,2 und 4 ml/ min) wurden von Eikani et al. untersucht. Die Trennung und Identifizierung der Komponenten erfolgte mittels GC-FID und GC-MS. Sie kamen zu dem Schluss, dass Hydrodestillation und Soxhlet-Extraktion eine höhere Extraktionseffizienz zeigten, aber die SBWE dazu führte, dass die ätherischen Öle stärker in wertvollen sauerstoffhaltigen Komponenten konzentriert wurden. Zoranet al. kam auch zu dem Schluss, dass der SBWE-Prozess einen Vorteil in Bezug auf den Zeitverbrauch hätte, da 20 Minuten für diesen Prozess deutlich weniger waren als die 2 h, 4-5h und 4 h, die für Kräutersud, Soxhlet und Extraktion mit überkritischen Flüssigkeiten erforderlich waren , beziehungsweise.

Die meisten von SBWE extrahierten ätherischen Öle haben keine Forschung zu den Aktivitäten, mit Ausnahme von Ma et al. [176], die ätherische Öle aus K. Galgant mittels ultraschallverstärkter SBWE extrahierten und die antioxidative Fähigkeit der ätherischen Öle untersuchten. Die Auswirkungen von Temperatur, Extraktionszeit, Druck, Ultraschallleistungsdichte und Frequenz auf die Extraktionsausbeute wurden untersucht. Die antioxidative Aktivität der ätherischen Öle wurde durch die Assays der Abfangfähigkeit von 2,2-Diphenyl-1-picryl-hydrazyl (DPPH) und der Abfangaktivität von Superoxid-Anionen-Radikalen bewertet. Das Ergebnis zeigte, dass die antioxidativen Wirkungen der VAE

extrahiertes ätherisches Öl war besser als das von Kräutersud und SBWE. Wie in Abbildung 9 gezeigt, liegt die optimale Extraktionstemperatur von ätherischen Ölen zwischen 120 und 160 Grad und die Zeit zwischen 10 und 35 Minuten.

4.7. Alkaloide

Alkaloide sind eine Klasse basischer stickstoffhaltiger organischer Verbindungen mit einer großen Strukturvielfalt, von denen die meisten heterocyclische Verbindungen sind und das Stickstoffatom sich im heterocyclischen Ring befindet. Die meisten Alkaloide sind alkalisch und haben therapeutische und Freizeitaktivitäten. Alkaloidhaltige Pflanzen werden seit Jahrhunderten in der Volksmedizin verwendet. Daher widmen sich viele Forscher der Extraktion und Abtrennung von Alkaloiden aus Pflanzen. Traditionelle Extraktionen umfassen organische Lösungsmittel wie Methanol [183,184],

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Ethanol [183] ​​oder eine saure Lösung [187]. Kürzlich wurde SBWE erfolgreich auf die Extraktion oder Trennung von Alkaloiden aus Pflanzen oder Tieren angewendet, wie in Tabelle 6 dargestellt.

Aufgrund der Diversität und relativ geringen thermischen Stabilität von Alkaloiden hängen die optimalen Extraktionsverfahren von den pH-ysiochemischen Eigenschaften der Alkaloide ab. Liuet al. [16l verwendeten SBWE und Kapillarelektrophorese (CE), um Cytisin, Sopho-Carpin, Marine, Sophoridin und Oxymatrin in Sophora flavescens Ait., einer traditionellen chinesischen Medizin, zu extrahieren und zu bestimmen. Die unter Verwendung von SBWE-, ASE-, UAE- und Chloroform-Einweichextraktionsverfahren erhaltenen Extraktionsausbeuten wurden miteinander verglichen. SBWE benötigt eine kurze Extraktionszeit, da kein organisches Lösungsmittel verbraucht werden muss, und es zeigte die höchste Extraktionseffizienz für die Gesamtalkaloidausbeute. In ähnlicher Weise haben Torto et al.[184] kam zu dem Schluss, dass sowohl SBWE- als auch konventionelle Methoden vergleichbare Extraktionsmengen erzielten, während Reflux und UAE langsamer waren (über 6 h) und große Mengen an organischen Lösungsmitteln verwendeten. Daher war das SBWE-Verfahren für die Extraktion einfach und relativ schnell. Liu et al. [183] ​​zeigten, dass die LC-ESI-Orbitrap-MS eine leistungsstarke Methode zur Identifizierung und Bestimmung von hepatotoxischen Pyrrolizidinalkaloiden darstellt und Reflux im Vergleich zu SBWE eine höhere Extraktionseffizienz zeigte. Homes und seine Mitarbeiter untersuchten konventionelle und innovative Extraktionstechniken (SBWE, VAE). Sie fanden heraus, dass sowohl Bananen- als auch Rote-Bete-Schalenextrakte, die durch THD (100 Grad, 20 Minuten) gewonnen wurden, den höchsten Gesamtphenolgehalt und die höchste antioxidative Kapazität aufwiesen. Die Extraktion durch Infusion (80 Grad, 30 min) ergab einen Rote-Bete-Schalenextrakt mit dem höchsten Gesamtgehalt an Betacyanin. Die optimale Extraktionstemperatur und -zeit für Alkaloide ist auch in Abbildung 9 aufgeführt.

4.8.ChinonS

Die Chinone sind eine Art organische Komponenten mit Chinonstrukturen, die hauptsächlich in vier Typen unterteilt werden können: Benzochinon, Naphthochinon, pHenanthrachinon und Anthrachinon. Anthrachinon und seine Derivate sind in Pflanzen weit verbreitet und können aus vielen Pflanzen, insbesondere Nadelbäumen, erhalten werden. Einige Chinone haben wünschenswerte pHarmakologische Eigenschaften, wie z. B. abführende, antimikrobielle und antiparasitäre, antikardiovaskuläre Funktionen usw. Bei der Extraktion von Chinonen aus Naturprodukten wurden Ethylacetat [190], SFE[190], Ethanol [191,193] oder Wasser verwendet als Extraktionslösungsmittel, gezeigt in Tabelle 6.

Mahmudet al. [188] führten eine Extraktion pHenolischer Verbindungen aus Fruchthüllen von Mangostan durch subkritische Wasserbehandlung bei Temperaturen und Drücken von 120 bis 160 Grad C und 1 bis 10 MPa in Batch- und Semi-Batch-Systemen durch. Sie fügten 10 bis 30 Prozent tiefes eutektisches Lösungsmittel (DES) zu unterkritischem Wasser hinzu, und die Ergebnisse zeigten, dass mit 30 Prozent DES die Ausbeuten an Xanthon und pHenol-Verbindungen 24,87 mg/g getrocknete Probe und 179,54 mg Gallussäureäquivalent/g betrugen getrocknete Probe bei Extraktionstemperaturen von 160 bzw. 120 Grad C im Batch-System. Die Zugabe von DES in das SBWE-Verfahren könnte die Hydrolysereaktion beschleunigen, um die Matrix der Pflanzenbiomassekomponenten zu extrahieren.

Morinda citrifolia (Noni), gepflanzt im tropischen Asien, wurde in Volksheilmitteln verwendet, um verschiedene Arten von Krankheiten und Symptomen zu behandeln. Shotipruk und Mitarbeiter haben eine Reihe von Experimenten mit dieser Pflanze durchgeführt[191-193]. Sie verwendeten ein kontinuierliches Durchflusssystem, um Damnacanthal, Alizarin und 1,2-Dihydroxyanthrachinon zu extrahieren. Sie fanden heraus, dass der Druck keinen signifikanten Einfluss auf die Ergebnisse für den Bereich 110-220 Grad hatte. Im Vergleich zur konventionellen Extraktion führten SBWE und Soxhlet zu Extrakten mit der höchsten antioxidativen Aktivität. Die Daten wurden mit mathematischen Modellen ausgestattet, um den Extraktionsmechanismus zu bestimmen. Die Ergebnisse legten nahe, dass der gesamte Extraktionsmechanismus durch das Verteilungsgleichgewicht der gelösten Stoffe mit externem Stofftransfer durch den Flüssigkeitsfilm beeinflusst wurde.

Die optimale Extraktionstemperatur und -zeit für Chinone in SBWE sind in Abbildung 10 dargestellt. Die optimale Extraktionstemperatur von Chinonen liegt zwischen 160 und 170 Grad und die Zeit zwischen etwa 60 und 120 min.

4.9. Terpene

Terpene sind eine große und vielfältige Klasse organischer Verbindungen, die Isopren als Grundstruktureinheit verwenden, die in Pflanzen und einigen Insekten weit verbreitet ist und aus vielen Pflanzen, insbesondere Nadelbäumen, erhalten werden kann. Terpene haben eine große Vielfalt und können nach der Anzahl der Isopreneinheiten im Molekül klassifiziert werden, wie Monoterpene, Hemiterpene, Sesquiterpene, Diterpene, Triterpene, Tetraterpene und Polyterpene. Terpene sind für die Verwendung in der Lebensmittel-, Kosmetik- und pharmazeutischen Industrie von Bedeutung. Die Extraktion von Terpenen und Terpenoiden aus Naturstoffen ist jedoch oft problematisch, wie in Tabelle 6 dargestellt. Folglich werden sie hauptsächlich durch industrielle Synthese hergestellt, normalerweise aus Petrochemikalien.

Chenet al. [197] verwendeten SBWE für die effiziente Extraktion von Sesquiterpenlactonen aus I. racemose. Die Extraktionszeit (23,2-56,8 Minuten), die Temperatur (129,5-230,5 Grad) und die Durchflussrate (1,3-4,7 ml/min) wurden untersucht. Ein gemeinsamer Vergleich von SBWE mit traditionellen Extraktionstechnologien (Soxhlet, VAE und SFE) zeigte, dass unterkritisches Wasser ein grüner und effizienter Ersatz für die Extraktion von Sesquiterpenlactonen aus I. racemose sein könnte. Xiaoet al. [13] entwickelten SBWE zur Extraktion von Ursolsäure aus Hedyotis diffusa. Das RSM-Modell erwies sich als sehr gute Vorhersage der experimentellen Ergebnisse und zeigte, dass die UA-Ausbeute hauptsächlich vom Lösungsmittel/Feststoff-Verhältnis, gefolgt von der Partikelgröße und der Temperatur, abhängig war. Vier Extraktionsmethoden (UAE und SBWE) wurden vergleichend analysiert, was darauf hinwies, dass SBWE eine zeitsparende, kostensparende und umweltfreundliche Extraktionstechnologie für die Extraktion von UA ​​aus Hedyotis fusa ist. Andere Forscher erzielten die gleichen experimentellen Ergebnisse, mit Ausnahme von Falev et al. [200], die herausfanden, dass unterkritisches Wasser ein schlechtes Lösungsmittel für pentacyclische Triterpene ist. Die Extraktion mit unterkritischen Lösungsmitteln (aliphatische Alkohole, Acetonitril und Chloroform) ist der schnellste und effizienteste Weg, um pentacyclische Triterpene aus pflanzlichen Rohstoffen zu isolieren.

Die optimale Extraktionstemperatur und -zeit für Terpene in SBWE sind in Abbildung 10 zusammengefasst. Die optimale Extraktionstemperatur von Chinonen liegt zwischen 130 und 225 °C, und die Zeit liegt zwischen etwa 10 und 50 min.

4.10.Lianans

Lignane sind eine Art natürliche Verbindung, die durch die Polymerisation von zwei Molekülen von Phenylpropanoid-Derivaten (dh C3-C6-Monomeren) gebildet wird, die in Pflanzen vorkommen und zu den pHytoöstrogenen gehören. Zu den aus Lignanen bestehenden Monomeren gehören Zimtsäure, Zimtalkohol, Acrylbenzol, Allylbenzol und so weiter. Es wird berichtet, dass Lignane in Labormodellen menschlicher Krankheiten eine potenzielle Antitumor-, entzündungshemmende oder antioxidative Aktivität aufweisen. Die meisten Lignane sind lipophil und in organischen Lösungsmitteln leicht löslich. Daher werden bei der Extraktion von Lignanen aus Pflanzen oft Ethanol, Ether oder Aceton als Extraktionslösungsmittel verwendet. Forschungen über SBWE von Lignanen sind nur einige Arbeiten, wie in Tabelle 6 aufgeführt.

Evrim [48,50] hat eine detaillierte Untersuchung der Materialform (Leinsamen, gemahlenes Leinsamenmehl und Leinsamenmehlsticks), Temperatur, Extraktionszeit, Druck, Süßwasser und Probenmenge auf die Wirkung des Secoisolariciresinol-Diglucosid-Lignangehalts durchgeführt unter Verwendung eines beschleunigten Lösungsmittelextraktors. Die höchste Menge (12,94 mg/g) und die höchste Extraktionsausbeute (72,57 Prozent) wurden bei 180 Grad für 15 Minuten, 10,3 MPa und 40 Prozent Süßwasser unter Verwendung von 5 g Leinsamenmehlstangen erhalten. Boudoiret al. [42] verwendeten Wasser und Ethanol unter subkritischen Bedingungen, um bioaktive Verbindungen aus entfetteten Sesamsamen (Sesamum indicum L.) zu extrahieren. Bei Bedingungen von 220 Grad, 8 MPa und 63,5 Prozent Ethanol als Co-Lösungsmittel wurden die Ausbeuten an Lignanen, TP und Flavonoidverbindungen maximiert, und die Antioxidantien waren denen ähnlich, die durch die Verwendung synthetischer Antioxidantien erreicht wurden. Kinetische Studien zeigten eine hohe Extraktionsrate von pHenol-Verbindungen bis zu den ersten 50 Minuten der Extraktion, und sie verlief parallel zur höchsten Abfangkapazität. SBWE konnte verschiedene Arten von bioaktiven Verbindungen nur durch Änderung der Prozessbedingungen selektiv extrahieren. Die optimale Extraktionstemperatur für Lignane beträgt etwa 180 Grad, wie in Abbildung 10 gezeigt.

4.11.Steroide

Der Asteroid ist eine Klasse natürlicher chemischer Komponenten, die in der Natur weit verbreitet sind, einschließlich pHytosterin, Gallensäuren, C2-Steroide, Insektenallergiehormone, Herzglykoside, Steroidsaponine, Steroidalkaloide, Bufogenin usw. Die Steroidkernstruktur hat die grundlegende Skelettstruktur von Cyclopentanperhydrophenthren, gebunden in vier "kondensierten" Ringen: drei sechsgliedrige Cyclohexanringe und ein fünfgliedriger Cyclopentanring. Steroidverbindungen haben verschiedene biologische Aktivitäten. Sie haben ein breites Anwendungsspektrum. Die Extraktionsmethoden von Steroiden aus Naturprodukten, einschließlich Mazeration, Soxhlet und SBWE, sind in Tabelle 6 dargestellt.

Ginseng ist eine bekannte traditionelle chinesische Medizin mit zahlreichen pHarmakologischen Wirkungen [24-26]. Diese bioaktiven Komponenten sind hauptsächlich Ginsenoside, Polyphenole, Aminosäuren und Polysaccharide. Renataet al. [24]verwendete SBWE, um Fructooligosaccharide und Beta-Ecdyson aus brasilianischer Ginsengwurzel und Luftteilen zu gewinnen. Leeet al. [25]extrahierte roten Ginseng durch Variieren der Temperatur (150-200 Grad) und der Extraktionszeiten (5-30 min) in SBWE. Co Im Vergleich zu herkömmlichen Wärmeextraktionsmethoden (Ethanol, heißes Wasser und Methanol) hatten Extrakte aus rotem Ginseng aus SBWE höhere Ginsenosidkonzentrationen und antioxidative Eigenschaften. Shivrajet al. [204] wendete unterkritisches Wasser an, um Withanolide und Withanolide aus Ashwagandha bei unterschiedlichen Temperaturen (100-200 Grad) und Extraktionszeiten (10-30 Minuten) zu extrahieren. Verschiedene biologische Wirkungen, einschließlich Zytotoxizität, antioxidative und enzymhemmende Aktivitäten, wurden mittels HPLC quantifiziert. Withaferin A zeigte eine signifikante Verringerung der Zelllebensfähigkeit von Gebärmutterhalskrebszellen mit ICs0-Werten von 10 mg/ml bzw. 8,5 μM/ml, aber keine zytotoxische Wirkung für normale Zellen. Somit könnte SBWE für die Extraktion von pHarmakologischen aktiven Fraktionen mit therapeutischen Anwendungen verwendet werden. Die optimale Extraktionstemperatur für Steroide beträgt etwa 160 Grad, wie in Abbildung 10 gezeigt.

5. Schlussfolgerungen und Zukunftsperspektiven

Aufgrund seiner ungiftigen, nicht brennbaren und weithin verfügbaren Natur hat SBWE von Naturprodukten während des letzten Jahrzehnts größere Aufmerksamkeit erlangt. Unsere Überprüfung von über 200 Artikeln zeigt, dass SBWE eine vielversprechende Technologie zur Gewinnung von Naturprodukten ist. Eine Vielzahl von pflanzenbezogenen Materialien wurde durch unterkritisches Wasser extrahiert. Zu den Probenmaterialien gehören Heilkräuter, Gewürzkräuter, Gemüse, Früchte, Algen, Sträucher, Teeblätter, Getreide und Samen. Die folgenden Naturprodukte wurden von SBWE extrahiert: Alkaloide, Kohlenhydrate, ätherische Öle, Flavonoide, Glykoside, Lignane, organische Säuren, Polyphenole, Chinone, Steroide und Terpene. Sowohl der statische als auch der dynamische Modus werden in SBWE verwendet. Im Allgemeinen ist die statische Extraktionseffizienz niedriger als die des dynamischen Modells. Daher wurden die meisten SBWE-Experimente unter Verwendung des statischen Modus durchgeführt, gefolgt von dem dynamischen Modell. Das SBWE-System wurde auch mit HPLC, subkritischer Wasserchromatographie und Hochtemperatur-Flüssigkeitschromatographie gekoppelt. Co-Lösungsmittel wie Ethanol,

Methanol, Salze und ionische Flüssigkeiten wurden ebenfalls verwendet, um die SBWE-Effizienz zu verbessern. Es ist zu beachten, dass die Temperatur den größten Einfluss auf die SBWE-Effizienz hat und daher optimiert werden kann. Die optimale Temperatur liegt zwischen 120 und 200 Grad, um die oben genannten Naturprodukte zu extrahieren.

Ein großer Vorteil von SBWE von Naturprodukten besteht darin, dass Wasser ungiftig ist und sich daher besser für die Extraktion von Kräutern, Gemüse und Früchten eignet, da die Extrakte sicher von Menschen oder Tieren verzehrt werden können. Wenn bei SBWE keine organischen Modifikatoren verwendet werden, müssen die nach SBWE erzeugten flüssigen Abfälle außerdem nicht entsorgt werden. Die bei SBWE verwendete hohe Temperatur kann jedoch möglicherweise zu einer Verschlechterung des Analyten führen. Daher muss man die Analytstabilität unter den bei SBWE zu verwendenden Temperaturbedingungen bewerten, um sicherzustellen, dass die extrahierten Analyten während SBWE keiner Zersetzung unterliegen. SBWE verwendet Hochdruck- und Hochtemperaturflüssigkeit, und es ist große Vorsicht geboten, um den sicheren Betrieb des SBWE-Systems zu gewährleisten. Außerdem kann es während des dynamischen SBWE-Prozesses zu häufigen Rohrverstopfungen kommen.

Die überwiegende Mehrheit der gemeldeten SBWE-Forschung wird im Labormaßstab untersucht. Die nächste Stufe von SBWE sollte die Skalierung auf die industrielle Ebene sein. Die Ergebnisse einiger Studien im Pilotmaßstab haben die potenzielle Entwicklung von SBWE-Prozessen im großen Maßstab gezeigt.