Extractieverhouding

2.38.6.1.1 Solid-Liquid Extraction (SLE)

de extractie van fenolverbindingen door SLE wordt traditioneel uitgevoerd met methanol, ethanol, aceton of mengsels van deze oplosmiddelen met water. Dan kan een verdere fractionering worden uitgevoerd door vloeibare partitionering (LLE), meestal met hexaan of ethylacetaat, die kan eindigen in een clean-up door SPE of in een kolom chromatografie fractionering (ajila et al., 2010). Deze traditionele workflow is bijvoorbeeld gebruikt voor het verkrijgen van extracten verrijkt met cucurbitacinen en flavonoïden uit Ecallium elaterium, te beginnen met een ruw extract bereid door SLE met ethanol 96% bij een oplosmiddel / Monster Verhouding van 20 mL g−1. De fractionering van het ruwe extract met ethylacetaat leverde een extract op met antioxidanten en ontstekingsremmende activiteiten (Burebaba et al., 2018). Toch is dit niet de meest milieuvriendelijke aanpak en zou het raadzaam zijn deze te vervangen door strategieën die leiden tot een vermindering van het verbruik van oplosmiddelen, tijd en verdampingsstappen.

het gebruik van zuiver water is een van de goedkoopste en gemakkelijkste opties om SLE uit te voeren. Het wordt veel gebruikt om extracten van planten, voedsel en voedselafval te bereiden om hun chemische samenstelling en mogelijke gezondheidseffecten te bestuderen. Het gebruik van SLE met kokend water is heel interessant omdat het de processen nabootst die optreden tijdens infusie of afkooksel van planten, dus de samenstelling van deze extracten moet vergelijkbaar zijn met het chemische profiel van de analoge geconsumeerde kruidenthee. Bovendien kunnen waterextracten van voedselafval met potentiële biologische activiteit gemakkelijk worden opgeschaald voor de valorisatie van deze producten. Aan de andere kant kunnen sommige plantmetabolieten hydrolyse ondergaan tijdens de extractie of conservering van waterige extracten en water is een goed medium voor de groei van bacteriën (Belwal et al., 2018). Het verwijderen van oplosmiddelen is ook een nadeel, aangezien water niet gemakkelijk verdampt en vriesdrogen een hoge energietoevoer vereist en tijdrovend is; dit is meestal een vereiste stap, omdat vriesdooicycli die worden geproduceerd als gevolg van het behoud van de extracten bij lage temperaturen de relevante verbindingen kunnen afbreken. Deze nadelen worden meestal overwonnen door het gebruik van mengsels van water met andere organische oplosmiddelen.

goede voorbeelden van toepassing van groene oplosmiddelen voor de extractie van biologisch actieve fenolverbindingen zijn verschillende studies die onlangs zijn gepubliceerd voor SLE van fenolverbindingen van verschillende Salvia-soorten. Maceratie van Salvia Eriophora (Bursal et al., 2019) en Salvia amplexicaulis Lam. (Alimpić et al., 2017) met water (10 mL g−1) veelbelovende extracten met remmende werking tegen enzymen zoals acetylcholinesterase (AChE), gerelateerd aan neurodegeneratieve routes. Waterextracten van verschillende salvia-soorten vertoonden een verschillend fenolprofiel, maar het chemische profiel van ethanol-extract van dezelfde soort was analoog aan het waterige, dus het alcoholische extract was ook bioactief (Alimpić et al., 2017). In beide studies werd methanol ook getest als oplosmiddel, omdat het een hoge opbrengst aan fenolverbindingen oplevert. Methanol is iets meer polair en goedkoper dan ethanol, en het is gemakkelijker om te verdampen vanwege het lagere kookpunt; vanwege de slechtere milieukenmerken wordt methanol echter steeds meer vervangen door ethanol of ethanol/watermengsels. Ondanks het gebruik van groene oplosmiddelen is de voorgestelde extractiemethode echter tijdrovend en kan deze worden verbeterd, aangezien de voorgestelde extractie van S. Eriophora en S. amplexicaulis Lam. werd uitgevoerd gedurende respectievelijk 12 uur en 24 uur. De extractie onder terugvloeiing door middel van een soxhlet-extractor kan bijdragen tot het verminderen van de tijd die nodig is om de bioactieve verbindingen uit het monster terug te winnen. Bijvoorbeeld, soxhlet extractie van bioactieve verbindingen uit groene koffiebonen met ethanol werd verkregen in 5 h (Resende Oliveira et al., 2019).

SLE met behulp van ethanol, water en mengsels daarvan is gebruikt voor de terugwinning van fenolverbindingen en flavonoïden uit bijproducten van verschillende voedingsmiddelenindustrieën, met als hoofddoel het valoriseren van producten die gewoonlijk als afval worden beschouwd. Zo toonde sle met 80% ethanol in water een efficiënte recuperatie van polyfenolen uit de pomace (huid en zaden) van verschillende rode wijnvariëteiten in de wijnindustrie (Makris, 2018). Een mengsel van ethanol / water 70: 30 (v/v) werd gebruikt voor de recuperatie van fenolverbindingen uit de Citrus reticulata Blanco peel, een ander bijproduct van de voedingsindustrie. Het extract werd verkregen door het monster gedurende 60 minuten in het oplosmiddel te koken, met een oplosmiddel / monsterverhouding van 20 mL g-1. Het gezuiverde extract door SPE presenteerde antiproliferatieve activiteit tegen BT-475 humane borstcarcinoomcellen (Ferreira et al., 2018). Deze aanpak is heel interessant vanuit het oogpunt van de groene chemie, omdat de valorisatie van een bijproduct bijdraagt aan de circulaire economie en duurzaamheid, en de voorgestelde extractietijd van 1 uur om bioactieve extracten te verkrijgen is haalbaarder dan maceratie tijden variërend 12 uur tot 24 uur. zelfs een kortere extractietijd werd voorgesteld voor het herstel van bioactieve fenolverbindingen uit de bladeren van kiwi ‘ s (Actinidia deliciosa), beschouwd als een verspilling van de fruitindustrie. In deze toepassing werd 10 min kokend water gebruikt in een oplosmiddel / monsterverhouding van 10 mL g−1, en de SLE-stap werd gevolgd door ethanolische precipitatie van de vezels. Effecten op het eiwitprofiel en remmend effect op AChE werden waargenomen, waaruit het potentieel van het waterextract van dit bijproduct blijkt (Henriques et al., 2018).

naast fenolverbindingen worden water – en ethanolcombinaties uitgebreid gebruikt voor conventionele extractie van koolhydraten. Zo is SLE met water gebruikt voor de extractie van interessante polysachariden uit de paddenstoel Hericium erinaceus. Kokend water (15 mL g-1, 1h, tweemaal) werd gebruikt om een ruwe polysacharidefractie te verkrijgen en daarna werd een geconcentreerde polysacharidefractie verkregen door ethanolprecipitatie. Dit extract werd onderworpen aan eiwitprecipitatie en gedialyseerd, om een geraffineerd extract te verkrijgen. Deze fracties werden via orale toediening aan muizen geleverd en een verbetering van de gezondheid van de dikke darm werd waargenomen (Wang et al., 2018c).

uit alle tot nu toe blootgestelde moleculen blijkt dat fenolverbindingen en koolhydraten polaire moleculen zijn die geschikt zijn om met water en ethanol te worden geëxtraheerd, maar er zijn minder polaire groene oplosmiddelen nodig voor de extractie van moleculen zoals carotenoïden of lipiden. Deze niet-polaire analyten zijn traditioneel geëxtraheerd met chloroform/methanol mengsels en hun vervanging door milieuvriendelijkere oplosmiddelen voor conventionele SLE is een uitdagende taak. In dit verband is een chloroformvrije methode voorgesteld voor de totale vetextractie van dierlijk weefsel op basis van SLE met butanol/methanol (3:1) mengsel (ca. 10 µL mg-1) gevolgd door lle met 1% azijnzuur en een mengsel van heptaan/ethylacetaat (3:1) (Löfgren et al., 2016). Deze methode was superieur het herstellen van lipiden dan de conventionele Folch methode gebaseerd op het gebruik van chloroform/methanol (2:1) mengsel, en ook beter dan de lipide extractie met methyl-tert-butylether (MTBE). Toch zijn niet alle oplosmiddelen die in het voorgestelde protocol worden gebruikt milieuvriendelijk, hoewel elk gechloreerd oplosmiddel is opgenomen.

ten slotte is het de moeite waard om een voorbeeld te noemen van het gebruik van SLE met milieuvriendelijke oplosmiddelen in toepassingen op het gebied van voedselveiligheid. In dit verband is de meest populaire extractiemethode voor de analyse van bestrijdingsmiddelenresiduen de zogenaamde QuEChERS-methode (acroniem quick, easy, cheap, effective, rugged and safe), gebaseerd op SLE gevolgd door dispersive SPE (dSPE) voor het opruimen van de extracten (http://quechers.cvua-stuttgart.de). Polaire pesticiden worden meestal geëxtraheerd met behulp van acetonitril of methanol voordat ze worden geanalyseerd met behulp van high-performance liquid chromatography (HPLC), maar minder polaire pesticiden worden geëxtraheerd door de milieuvriendelijke ethylacetaat oplosmiddel, voorafgaande gaschromatografie (GC) analyse. Als voorbeeld, twee methoden voor de analyse van residuen van bestrijdingsmiddelen in groenten en fruit (Uclés et al., 2014) en in snoepjes (Gérez et al., 2017) zijn opgenomen in Tabel 1, beide gebaseerd op QuEChERS extractie met ethylacetaat.