Podkrytyczna ekstrakcja wodna produktów naturalnych Część 3

Proszę o kontaktoscar.xiao@wecistanche.compo więcej informacji

4.6. Olejki eteryczne

Olejki eteryczne, zwane również olejkami lotnymi lub olejkami eterycznymi, odnoszą się do lotnych związków chemicznych pochodzących z roślin. Olejki eteryczne często składają się z części kwiatów, liści, drewna, kory, korzenia, nasion lub skórki. Olejki eteryczne są zazwyczaj lipofilowe i łatwo rozpuszczalne w olejkach, co umożliwia im łatwe wnikanie w skórę i wnikanie do organizmu przez bogate naczynia włosowate pod tłuszczem podskórnym. Olejki eteryczne były od wieków stosowane w medycynie ludowej w starożytnych Chinach, Egipcie, Arabii i Grecji. Dlatego niektórzy badacze próbowali wykorzystać SBWE jako zielony rozpuszczalnik do ekstrakcji olejków eterycznych z roślin, a ostatnie badania zilustrowano w Tabeli 6 [12,22,28,174-206]. Najpopularniejsze olejki eteryczne są ekstrahowane przez destylację [174,176,180,181], n-heksan [174] lub dwutlenek węgla w stanie nadkrytycznym [181] lub dichlorometan [181].

Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej

Nasiona kolendry (Coriandrum satioum L.) zawierają olejek eteryczny (do 1%) i są coraz częściej stosowane jako przyprawy w przemyśle spożywczym. Eikani i wsp. [174] i Zekovic et al. [175,181] wyekstrahowali i wyizolowali olejek eteryczny przez SBWE. Temperatury ekstrakcji (100,125, 150 i 175 stopni), średnie rozmiary cząstek (0,25,0,50 i 1 mm) oraz szybkości przepływu wody (1,2 i 4 ml/ min) badali Eikani i in. Separację i identyfikację składników przeprowadzono za pomocą GC-FID i GC-MS. Doszli do wniosku, że hydrodestylacja i ekstrakcja Soxhleta wykazały wyższą wydajność ekstrakcji, ale SBWE spowodowało, że olejki eteryczne były bardziej skoncentrowane w cennych składnikach utlenionych. Zoran i in. stwierdził również, że proces SBWE miałby przewagę pod względem czasochłonności, ponieważ 20 minut dla tego procesu było znacznie niższe niż 2 godz., 4-5 godz. i 4 godz. wymagane do wywaru ziołowego, Soxhleta i ekstrakcji płynem w stanie nadkrytycznym , odpowiednio.

Większość olejków eterycznych wyekstrahowanych przez SBWE nie ma żadnych badań dotyczących aktywności, z wyjątkiem Ma i in. [176], który wyekstrahował olejki eteryczne z K. galangal za pomocą SBWE wzmocnionego ultradźwiękami i zbadał zdolność przeciwutleniającą olejków eterycznych. Zbadano wpływ temperatury, czasu ekstrakcji, ciśnienia, gęstości mocy ultradźwięków i częstotliwości na wydajność ekstrakcji. Aktywność przeciwutleniającą olejków eterycznych oceniano w testach zdolności zmiatania 2,2-difenylu-1-pikrylohydrazylu (DPPH) oraz aktywności zmiatania anionorodników ponadtlenkowych. Wynik wykazał, że działanie przeciwutleniające ZEA

wyekstrahowany olejek eteryczny był lepszy niż wywar z ziół i SBWE. Jak pokazano na rysunku 9, optymalna temperatura ekstrakcji olejków eterycznych wynosi od 120 do 160 stopni, a czas od 10 do 35 minut.

4.7. Alkaloidy

Alkaloidy to klasa zasadowych związków organicznych zawierających azot o dużej różnorodności struktury, z których większość to związki heterocykliczne, a atom azotu znajduje się w pierścieniu heterocyklicznym. Większość alkaloidów ma odczyn zasadowy i ma działanie lecznicze i rekreacyjne. Rośliny zawierające alkaloidy są od wieków stosowane w medycynie ludowej. Dlatego wielu badaczy zwraca uwagę na ekstrakcję i separację alkaloidów z roślin. Tradycyjne ekstrakcje obejmują rozpuszczalniki organiczne, takie jak metanol [183,184],

Cistanche może poprawić odporność

etanol [183] ​​lub roztwór kwaśny [187]. Ostatnio SBWE został z powodzeniem zastosowany do ekstrakcji lub separacji alkaloidów z roślin lub zwierząt, jak pokazano w Tabeli 6.

Ze względu na różnorodność i stosunkowo słabą stabilność termiczną alkaloidów, optymalne metody ekstrakcji zależą od właściwości fizykochemicznych alkaloidów. Liu i in. [16l używał SBWE i elektroforezy kapilarnej (CE) do ekstrakcji i oznaczania cytyzyny, sofo-karpiny, morskiej, soforydyny i oksymatryny w Sophora flavescens Ait., która jest tradycyjną medycyną chińską. Porównano wydajności ekstrakcji uzyskane metodami SBWE, ASE, UAE i chloroformem. SBWE wymaga krótkiego czasu ekstrakcji, ponieważ nie ma potrzeby zużycia rozpuszczalnika organicznego i wykazuje najwyższą wydajność ekstrakcji dla całkowitej wydajności alkaloidów. Podobnie Torto i wsp. [184] doszli do wniosku, że zarówno SBWE, jak i metody konwencjonalne osiągnęły porównywalne wartości ekstrakcji, podczas gdy refluks i ZEA były wolniejsze (ponad 6 godzin) i wykorzystywały duże ilości rozpuszczalników organicznych. Dlatego metoda SBWE była prosta i stosunkowo szybka do ekstrakcji. Jednak Liu i in. [183] ​​wykazali, że LC-ESI-orbitrap MS zapewnia potężną metodę identyfikacji i oznaczania hepatotoksycznych alkaloidów pirolizydynowych, a refluks wykazał wyższą wydajność ekstrakcji w porównaniu z SBWE. Homes i jego współpracownicy |186]badali konwencjonalne i innowacyjne techniki ekstrakcji (SBWE, ZEA). Odkryli, że oba ekstrakty ze skórek bananów i buraków uzyskane metodą THD (100 stopni, 20 min) wykazywały najwyższą całkowitą zawartość fenoli i zdolność antyoksydacyjną. Ekstrakcja przez infuzję (80 stopni, 30 min) dała ekstrakt ze skórki buraka o najwyższej całkowitej zawartości betacyjaniny. Optymalną temperaturę i czas ekstrakcji dla alkaloidów przedstawiono również na rysunku 9.

4.8. Chinonów

Chinony są rodzajem składników organicznych, które mają struktury chinonowe, które można podzielić głównie na cztery typy: benzochinon, naftochinon, pHenantrachinon i antrachinon. Antrachinon i jego pochodne powszechnie występują w roślinach i można je otrzymać z wielu roślin, zwłaszcza z drzew iglastych. Niektóre chinon mają pożądane właściwości farmakologiczne, takie jak działanie przeczyszczające, przeciwdrobnoustrojowe i przeciwpasożytnicze, przeciwsercowo-naczyniowe itp. Do ekstrakcji chinonów z produktów naturalnych wykorzystano octan etylu [190], SFE[190], etanol [191,193] lub wodę jako rozpuszczalniki ekstrakcyjne, pokazane w Tabeli 6.

Mahmud i in. [188] przeprowadzili ekstrakcję związków pHenolowych z owocni mangostanu przez podkrytyczne uzdatnianie wody w temperaturach i ciśnieniach od 120 do 160 stopni C i od 1 do 10 Mpa w systemach okresowych i półokresowych. Dodali od 10 do 30 procent głębokiego rozpuszczalnika eutektycznego (DES) do wody podkrytycznej, a wyniki wykazały, że przy 30 procentowym DES wydajność zawartości ksantonu i związków pHenolowych wynosiła 24,87 mg/g suszonej próbki i 179,54 mg równoważnika kwasu galusowego/g wysuszona próbka w temperaturach ekstrakcji odpowiednio 160 i 120 st. C w systemie okresowym. Dodatek DES w procesie SBWE może przyspieszyć reakcję hydrolizy w celu ekstrakcji macierzy składników biomasy roślinnej.

Morinda citrifolia (Noni), posadzona w tropikalnej Azji, była stosowana w ludowych środkach leczniczych do leczenia różnego rodzaju chorób i objawów. Shotipruk i współpracownicy przeprowadzili serię eksperymentów na tej roślinie[191-193]. Wykorzystali system ciągłego przepływu do ekstrakcji damnakantalu, alizaryny i 1,2-dihydroksyantrachinonu. Odkryli, że ciśnienie nie miało znaczącego wpływu na wyniki dla zakresu 110-220 stopnia. W porównaniu z konwencjonalną ekstrakcją, SBWE i Soxhlet dały ekstrakty, które mają najwyższą aktywność przeciwutleniającą. Dane zostały dopasowane do modeli matematycznych w celu określenia mechanizmu ekstrakcji. Wyniki sugerują, że na ogólny mechanizm ekstrakcji miała wpływ równowaga podziału substancji rozpuszczonej z zewnętrznym przenoszeniem masy przez warstwę cieczy.

Optymalną temperaturę i czas ekstrakcji chinonów w SBWE przedstawiono na rysunku 10. Optymalna temperatura ekstrakcji chinonów wynosi od 160 do 170 stopni, a czas wynosi od około 60 do 120 minut.

4.9. Terpeny

Terpeny to duża i zróżnicowana klasa związków organicznych wykorzystująca izopren jako podstawową jednostkę strukturalną, powszechnie występującą w roślinach i niektórych owadach, a którą można otrzymać z wielu roślin, zwłaszcza z drzew iglastych. Terpeny mają szerokie odmiany i mogą być klasyfikowane według liczby jednostek izoprenowych w cząsteczce, takie jak monoterpeny, hemiterpeny, seskwiterpeny, diterpeny, triterpeny, tetraterpeny i politerpeny. Terpeny mają duże znaczenie w przemyśle spożywczym, kosmetycznym i farmaceutycznym. Jednak ekstrakcja terpenów i terpenoidów z produktów naturalnych jest często problematyczna, co zilustrowano w Tabeli 6. W związku z tym są one wytwarzane głównie na drodze syntezy przemysłowej, zwykle z produktów petrochemicznych.

Chen i in. [197] zastosowali SBWE do efektywnej ekstrakcji laktonów seskwiterpenowych z I. racemose. Badano czas ekstrakcji (23.2-56.8 min), temperaturę (129.5-230.5 stopnia) i szybkość przepływu (1.3-4.7 ml/min). Wspólne porównanie SBWE z tradycyjnymi technologiami ekstrakcji (Soxhlet, ZEA i SFE) wykazało, że woda podkrytyczna może być zielonym i wydajnym substytutem ekstrakcji laktonów seskwiterpenowych z I. racemose. Xiao i in. [13] opracowali SBWE do ekstrakcji kwasu ursolowego z Hedyotis diffusa. Model RSM okazał się bardzo dobrze przewidywać wyniki eksperymentalne i wykazał, że wydajność UA zależała głównie od stosunku rozpuszczalnik/ciało stałe, a następnie od wielkości cząstek i temperatury. Wspólnie przeanalizowano cztery metody ekstrakcji (ZEA i SBWE), które wykazały, że SBWE jest technologią pozwalającą na oszczędność czasu, kosztów i przyjazną dla środowiska ekstrakcji UA z Hedyotis fusa. Inni badacze osiągnęli te same wyniki eksperymentalne, z wyjątkiem Falev et al. [200], którzy odkryli, że woda podkrytyczna jest słabym rozpuszczalnikiem dla triterpenów pentacyklicznych. Ekstrakcja rozpuszczalnikami podkrytycznymi (alkoholami alifatycznymi, acetonitrylem i chloroformem) jest najszybszym i najskuteczniejszym sposobem izolacji pentacyklicznych triterpenów z surowców roślinnych.

Optymalną temperaturę i czas ekstrakcji terpenów w SBWE podsumowano na rysunku 10. Optymalna temperatura ekstrakcji chinonów wynosi od 130 do 225C, a czas wynosi od około 10 do 50 minut.

4.10. Liany

Lignany to rodzaj naturalnego związku powstałego w wyniku polimeryzacji dwóch cząsteczek pochodnych fenylopropanoidów (tj. monomerów C3-C6), które występują w roślinach i należą do pHytoestrogenów. Monomery złożone z lignanów obejmują kwas cynamonowy, alkohol cynamylowy, akrylobenzen, allilobenzen i tak dalej. Doniesiono, że lignany mają potencjalną aktywność przeciwnowotworową, przeciwzapalną lub przeciwutleniającą w laboratoryjnych modelach chorób ludzkich. Większość lignanów jest lipofilowych i łatwo rozpuszczalnych w rozpuszczalnikach organicznych. Dlatego do ekstrakcji lignanów z roślin często używano etanolu, eteru lub acetonu jako rozpuszczalników ekstrakcyjnych. Badania dotyczące SBWE lignanów to tylko nieliczne prace, które wymieniono w tabeli 6.

Evrim [48,50] przeprowadził szczegółowe badania kształtu materiału (siemienia lnianego, śruty lnianej zmielonej i paluszków z siemienia lnianego), temperatury, czasu ekstrakcji, ciśnienia, wody słodkiej i ilości próbki na wpływ zawartości lignanu sekoizolarycyrezinolu przy użyciu przyspieszonego ekstraktora rozpuszczalnika. Najwyższą ilość (12,94 mg/g) i wydajność ekstrakcji (72,57%) uzyskano w 180 stopniach przez 15 min, 10,3 MPa i 40% świeżej wody przy użyciu 5 g paluszków z siemienia lnianego. Buduar i in. [42] zastosowali wodę i etanol w warunkach podkrytycznych do ekstrakcji związków bioaktywnych z nasion odtłuszczonych sezamem (Sesamum indicum L.). Przy 220 stopniach, 8 Mpa i 63,5% etanolu jako warunków współrozpuszczalnika, wydajności lignanów, TP, związków flawonoidowych były maksymalizowane, a przeciwutleniacze były podobne do tych uzyskiwanych przy użyciu syntetycznych przeciwutleniaczy. Badania kinetyczne wykazały wysokie tempo ekstrakcji związków pHenolowych do pierwszych 50 minut ekstrakcji i było to równolegle z najwyższą zdolnością zmiatania. SBWE może selektywnie ekstrahować różne rodzaje związków bioaktywnych tylko poprzez zmianę warunków procesu. Optymalna temperatura ekstrakcji dla lignanów wynosi około 180 stopni, jak pokazano na rysunku 10.

4.11. Sterydy

Asteroida to klasa naturalnych składników chemicznych szeroko występujących w przyrodzie, w tym pHytosteryna, kwasy żółciowe, steroidy C2, owadzie hormony alergiczne, glikozydy nasercowe, saponiny steroidowe, alkaloidy steroidowe, bufogenina itp. Struktura rdzenia steroidu ma podstawową strukturę szkieletową cyklopentan-perhydrofentren, związany w cztery „skondensowane” pierścienie: trzy sześcioczłonowe pierścienie cykloheksanowe i jeden pięcioczłonowy pierścień cyklopentanowy. Związki steroidowe mają różne działania biologiczne. Mają szeroki wachlarz zastosowań. Metody ekstrakcji steroidów z produktów naturalnych, w tym maceracji, Soxhleta i SBWE, przedstawiono w tabeli 6.

Żeń-szeń to dobrze znana tradycyjna medycyna chińska z licznymi efektami farmakologicznymi [24-26]. Te bioaktywne składniki to głównie ginsenozydy, polifenole, aminokwasy i polisacharydy. Renata i in. [24] wykorzystali SBWE do uzyskania fruktooligosacharydów i beta-ekdyzonu z korzenia żeń-szenia brazylijskiego i części nadziemnych. Lee i in. [25]wyekstrahowany czerwony żeń-szeń poprzez zmianę temperatury (150-200 stopnia) i czasów ekstrakcji (5-30 min) w SBWE. Co W porównaniu z tradycyjnymi metodami ekstrakcji cieplnej (etanol, gorąca woda i metanol), ekstrakty z czerwonego żeń-szenia z SBWE miały wyższe stężenia ginsenozydów i właściwości przeciwutleniające. Shivraj i in. [204] zastosowali wodę podkrytyczną do ekstrakcji witanolidów i witanolidów z ashwagandha w różnych temperaturach (100-200 stopień ) i czasie ekstrakcji (10-30 min). Różne efekty biologiczne, w tym cytotoksyczność, działanie przeciwutleniające i hamujące działanie enzymów, określono ilościowo za pomocą HPLC. Withaferyna A wykazała znaczne zmniejszenie żywotności komórek raka szyjki macicy, z wartościami ICs0 odpowiednio 10 mg/mL i 8,5 μM/mL, ale bez efektu cytotoksycznego dla normalnych komórek. W ten sposób SBWE można wykorzystać do ekstrakcji frakcji aktywnych farmakologicznie o zastosowaniach terapeutycznych. Optymalna temperatura ekstrakcji dla steroidów wynosi około 160 stopni, jak pokazano na rysunku 10.

5. Wnioski i perspektywy na przyszłość

Ze względu na swój nietoksyczny, niepalny i powszechnie dostępny charakter, SBWE produktów naturalnych zyskało na popularności w ciągu ostatniej dekady. Nasz przegląd ponad 200 artykułów pokazuje, że SBWE to obiecująca technologia w ekstrakcji produktów naturalnych. Za pomocą wody podkrytycznej wyekstrahowano szeroką gamę materiałów roślinnych. Przykładowe materiały obejmują zioła lecznicze, zioła przyprawowe, warzywa, owoce, algi, krzewy, liście herbaty, zboża i nasiona. SBWE wyekstrahowało następujące produkty naturalne: alkaloidy, węglowodany, olejki eteryczne, flawonoidy, glikozydy, lignany, kwasy organiczne, polifenole, chinony, steroidy i terpeny. W SBWE stosowane są zarówno tryby statyczne, jak i dynamiczne. Ogólnie rzecz biorąc, wydajność ekstrakcji statycznej jest niższa niż w modelu dynamicznym. W związku z tym większość eksperymentów SBWE przeprowadzono w trybie statycznym, a następnie w modelu dynamicznym. System SBWE połączono również z HPLC, podkrytyczną chromatografią wodną i wysokotemperaturową chromatografią cieczową. Współrozpuszczalniki takie jak etanol,

metanol, sole i ciecze jonowe zostały również wykorzystane do poprawy efektywności SBWE. Należy zauważyć, że temperatura ma największy wpływ na wydajność SBWE, a co za tym idzie może być optymalizowana. Optymalna temperatura wynosi od 120 do 200 stopni do ekstrakcji wyżej wymienionych produktów naturalnych.

Główną zaletą SBWE produktów naturalnych jest to, że woda jest nietoksyczna i dlatego jest bardziej odpowiednia do ekstrakcji ziół, warzyw i owoców, ponieważ ekstrakty mogą być bezpiecznie spożywane przez ludzi lub zwierzęta. Ponadto, jeśli w SBWE nie stosuje się modyfikatorów organicznych, odpady płynne powstające po SBWE nie wymagają utylizacji. Jednak wysoka temperatura stosowana w SBWE może potencjalnie powodować degradację analitu. Zatem należy ocenić stabilność analitu w warunkach temperaturowych stosowanych w SBWE, aby zapewnić, że wyekstrahowane anality nie ulegną degradacji podczas SBWE. SBWE wykorzystuje płyny wysokociśnieniowe i wysokotemperaturowe i wymagana jest duża ostrożność, aby zapewnić bezpieczną pracę systemu SBWE. Ponadto podczas dynamicznego procesu SBWE mogą wystąpić częste zatory hydrauliczne.

Zdecydowana większość zgłoszonych badań SBWE jest analizowana w skali laboratoryjnej. Następny poziom SBWE powinien wzrosnąć do poziomu przemysłowego. Wyniki niektórych badań pilotażowych wykazały potencjalny rozwój procesów SBWE na dużą skalę.