Extraction Ratio

2.38.6.1.1 Estrazione solido-liquido (SLE)

L’estrazione di composti fenolici da parte del LES è stata tradizionalmente eseguita utilizzando metanolo, etanolo, acetone o miscele di questi solventi con acqua. Quindi un ulteriore frazionamento può essere eseguito mediante partizionamento liquido (LLE), di solito con esano o acetato di etile, che può finire in un clean-up da SPE o in un frazionamento cromatografico a colonna (Ajila et al., 2010). Ad esempio, questo flusso di lavoro tradizionale è stato utilizzato per ottenere estratti arricchiti in cucurbitacine e flavonoidi da Ecballium elaterium, iniziando con un estratto grezzo preparato da SLE con etanolo al 96% in un rapporto solvente / campione di 20 mL g−1. Il frazionamento dell’estratto grezzo con acetato di etile ha prodotto un estratto con attività antiossidante e antinfiammatoria (Bourebaba et al., 2018). Tuttavia, questo non è l’approccio più rispettoso dell’ambiente e sarebbe consigliabile sostituirlo con strategie che portino alla riduzione del consumo di solventi, dei tempi e delle fasi di evaporazione.

L’uso di acqua pura è una delle opzioni più economiche e più semplici per eseguire SLE. È ampiamente usato per preparare estratti da piante, cibo e rifiuti alimentari per studiarne la composizione chimica e i potenziali effetti sulla salute. L’utilizzo di SLE con acqua bollente è piuttosto interessante perché emula i processi che si verificano durante l’infusione o il decotto di piante, quindi la composizione di questi estratti dovrebbe essere simile al profilo chimico delle analoghe tisane consumate. Inoltre, gli estratti acquosi di rifiuti alimentari con potenziale attività biologica possono essere facilmente ridimensionati per la valorizzazione di questi prodotti. D’altra parte, alcuni metaboliti vegetali possono subire idrolisi durante l’estrazione o la conservazione di estratti acquosi e l’acqua è un buon mezzo per la crescita dei batteri (Belwal et al., 2018). Anche la rimozione del solvente è uno svantaggio, poiché l’acqua non è facilmente evaporata e la liofilizzazione richiede un elevato apporto energetico e richiede molto tempo; questo è comunemente un passaggio richiesto, perché i cicli di gelo-disgelo prodotti come conseguenza della conservazione degli estratti a basse temperature possono degradare i composti di interesse. Questi svantaggi sono solitamente superati dall’uso di miscele di acqua con altri solventi organici.

Buoni esempi di applicazione di solventi verdi per l’estrazione di composti fenolici attivi biologici sono diversi studi che sono stati pubblicati ultimamente per SLE di composti fenolici di diverse specie di Salvia. Macerazione di Salvia eriophora (Bursal et al., 2019) e Salvia amplexicaulis Lam. (Alimpić et al., 2017) con acqua (10 mL g−1) ha prodotto estratti promettenti con attività inibitoria contro enzimi come l’acetilcolinesterasi (AChE), correlati a percorsi neurodegenerativi. Gli estratti di acqua di diverse specie di salvia mostravano un diverso profilo fenolico, ma il profilo chimico dell’estratto di etanolo della stessa specie era analogo a quello acquoso, quindi anche l’estratto alcolico era bioattivo (Alimpić et al., 2017). In entrambi gli studi, il metanolo è stato anche testato come solvente, poiché fornisce un’elevata resa di composti fenolici. Il metanolo è leggermente più polare e più economico dell’etanolo ed è più facile da evaporare a causa del suo punto di ebollizione inferiore; tuttavia, a causa delle sue peggiori caratteristiche ambientali, il metanolo viene sempre più sostituito da etanolo o miscele di etanolo/acqua. Tuttavia, nonostante l’uso di solventi verdi, il metodo di estrazione proposto richiede molto tempo e può essere migliorato, poiché l’estrazione proposta di S. eriophora e S. amplexicaulis Lam. è stato effettuato per 12 h e 24 h, rispettivamente. L’estrazione sotto riflusso per mezzo di un estrattore Soxhlet può contribuire a ridurre il tempo necessario per recuperare i composti bioattivi dal campione. Ad esempio, l’estrazione Soxhlet di composti bioattivi dai chicchi di caffè verde con etanolo è stata ottenuta in 5 h (Resende Oliveira et al., 2019).

SLE utilizzando etanolo, acqua e loro miscele è stato impiegato per il recupero di composti fenolici e flavonoidi da sottoprodotti di diverse industrie alimentari, con l’obiettivo principale di valorizzare prodotti che solitamente sono considerati come rifiuti. Ad esempio, SLE utilizzando l ‘ 80% di etanolo in acqua, ha mostrato un efficiente recupero di polifenoli dalle vinacce (pelle e semi) di diverse varietà di vino rosso nell’industria del vino (Makris, 2018). Una miscela di etanolo / acqua 70: 30 (v / v) è stata utilizzata per il recupero di composti fenolici dalla buccia Citrus reticulata Blanco, un altro sottoprodotto industriale alimentare. L’estratto è stato ottenuto facendo bollire il campione nel solvente per 60 minuti, con un rapporto solvente / campione di 20 mL g−1. L’estratto purificato di SPE ha presentato attività antiproliferativa contro le cellule di carcinoma mammario umano BT-475 (Ferreira et al., 2018). Questo approccio è molto interessante, dalla Chimica Verde punto di vista, dal momento che la valorizzazione di un prodotto contribuisce all’economia circolare e la sostenibilità, e la proposta di estrazione con il tempo di 1 h per ottenere bioattivi estratti è più fattibile rispetto a tempi di macerazione che varia da 12 a 24 ore. Ancora più ridotto il tempo di estrazione è stato proposto per il recupero di composti fenolici bioattivi dalle foglie di alberi di kiwi (Actinidia deliciosa), considerato come uno spreco di frutta industria. In questa applicazione, 10 min di acqua bollente sono stati utilizzati in un rapporto solvente-campione di 10 mL g−1 e la fase SLE è stata seguita dalla precipitazione etanolica delle fibre. Sono stati osservati effetti sul profilo proteico e sull’effetto di inibizione dell’AChE, mostrando il potenziale dell’estratto acquoso di questo sottoprodotto (Henriques et al., 2018).

Oltre ai composti fenolici, le combinazioni di acqua ed etanolo sono ampiamente utilizzate per l’estrazione convenzionale dei carboidrati. Ad esempio, SLE con acqua è stato utilizzato per l’estrazione di interessanti polisaccaridi dal fungo Hericium erinaceus. L’acqua bollente (15 mL g−1, 1h, due volte) è stata utilizzata per ottenere una frazione di polisaccaride grezzo e successivamente una frazione di polisaccaride concentrata è stata ottenuta per precipitazione di etanolo. Questo estratto è stato sottoposto a precipitazione proteica e dializzato, al fine di ottenere un estratto raffinato. Queste frazioni sono state fornite ai topi per somministrazione orale ed è stato osservato un miglioramento della salute del colon (Wang et al., 2018c).

Da tutti gli esposti finora, si osserva facilmente che i composti fenolici e i carboidrati sono molecole polari adatte ad essere estratte con acqua ed etanolo, ma meno solventi verdi polari sono necessari per l’estrazione di molecole come carotenoidi o lipidi. Questi analiti non polari sono stati tradizionalmente estratti con miscele di cloroformio / metanolo e la loro sostituzione con solventi più rispettosi dell’ambiente per SLE convenzionale è un compito impegnativo. A questo proposito, è stato proposto un metodo privo di cloroformio per l’estrazione lipidica totale di tessuti animali a base di LES con miscela butanolo / metanolo (3: 1) (ca. 10 µL mg-1) seguito da LLE con acido acetico 1% e miscela di eptano/acetato di etile (3:1) (Löfgren et al., 2016). Questo metodo era superiore recupero lipidi rispetto al metodo Folch convenzionale basato sull’uso di cloroformio/metanolo (2:1) miscela, e anche meglio l’estrazione lipidica con metil terz-butil etere (MTBE). Tuttavia, non tutti i solventi utilizzati nel protocollo proposto sono rispettosi dell’ambiente, sebbene sia incluso qualsiasi solvente clorurato.

Infine, vale la pena menzionare un esempio dell’uso di SLE con solventi ecocompatibili nelle applicazioni di sicurezza alimentare. A questo proposito, il metodo di estrazione più diffuso per l’analisi dei residui di antiparassitari è il cosiddetto metodo QuEChERS (acronimo di quick, easy, cheap, effective, rugged and safe), basato su SLE seguito da SPE dispersivo (dSPE) per la pulizia degli estratti (http://quechers.cvua-stuttgart.de). I pesticidi polari vengono solitamente estratti utilizzando acetonitrile o metanolo prima della loro analisi mediante cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC), ma meno pesticidi polari vengono estratti dal solvente di acetato di etile ecologico, prima analisi gascromatografia (GC). Come esempi, due metodi per l’analisi dei residui di pesticidi in frutta e verdura (Uclés et al., 2014) e in caramelle (Gérez et al., 2017) sono inclusi nella Tabella 1, entrambi basati sull’estrazione di QuEChERS con acetato di etile.