współczynnik ekstrakcji

2.38.6.1.1 ekstrakcja ciało stałe-ciecz (SLE)

ekstrakcję związków fenolowych metodą SLE tradycyjnie przeprowadza się przy użyciu metanolu, etanolu, acetonu lub mieszanin tych rozpuszczalników z wodą. Następnie dalsze frakcjonowanie można przeprowadzić przez cieczowe partycjonowanie (LLE), Zwykle heksanem lub octanem etylu, które może skończyć się oczyszczeniem przez SPE lub frakcjonowaniem chromatograficznym (Ajila i in., 2010). Na przykład, ten tradycyjny przepływ pracy został wykorzystany do uzyskania ekstraktów wzbogaconych w dyniowce i flawonoidy z Elaterium Ecballium, począwszy od surowego ekstraktu przygotowanego przez SLE z etanolem 96% w stosunku rozpuszczalnika do próbki 20 mL g−1. Frakcjonowanie surowego ekstraktu octanem etylu dało ekstrakt o działaniu przeciwutleniającym i przeciwzapalnym(Bourebaba et al., 2018). Niemniej jednak nie jest to najbardziej przyjazne dla środowiska podejście i zaleca się zastąpienie go strategiami, które prowadzą do zmniejszenia zużycia rozpuszczalników, czasu i etapów parowania.

stosowanie czystej wody jest jedną z najtańszych i najłatwiejszych opcji do przeprowadzenia SLE. Jest szeroko stosowany do przygotowywania ekstraktów z roślin, żywności i odpadów spożywczych w celu zbadania ich składu chemicznego i potencjalnych skutków zdrowotnych. Wykorzystanie SLE z wrzącą wodą jest dość interesujące, ponieważ emuluje procesy zachodzące podczas infuzji lub wywaru z roślin, więc skład tych ekstraktów powinien być podobny do profilu chemicznego analogicznych spożywanych herbat ziołowych. Ponadto ekstrakty wodne z odpadów spożywczych o potencjalnej aktywności biologicznej mogą być łatwo skalowane w celu waloryzacji tych produktów. Z drugiej strony, niektóre metabolity roślinne mogą ulegać hydrolizie podczas ekstrakcji lub konserwacji wodnych ekstraktów, a woda jest dobrym medium dla wzrostu bakterii (Belwal et al., 2018). Usuwanie rozpuszczalnika jest również wadą, ponieważ woda nie jest łatwo odparowywana, a liofilizacja wymaga wysokiego zaopatrzenia w energię i jest czasochłonna; jest to zwykle wymagany etap, ponieważ cykle zamrażania i rozmrażania wytwarzane w wyniku konserwacji ekstraktów w niskich temperaturach mogą degradować interesujące związki. Wady te są zwykle przezwyciężane przez stosowanie mieszanin wody z innymi rozpuszczalnikami organicznymi.

dobrymi przykładami zastosowania zielonych rozpuszczalników do ekstrakcji biologicznie aktywnych związków fenolowych jest kilka badań, które zostały ostatnio opublikowane dla SLE związków fenolowych z różnych gatunków szałwii. Maceracja Salvia eriophora (Bursal et al., 2019) oraz Salvia amplexicaulis Lam. (Alimpić et al., 2017) z wodą (10 mL g−1) wytwarzano obiecujące ekstrakty o aktywności hamującej wobec enzymów, takich jak acetylocholinoesteraza (ache), związanych ze szlakami neurodegeneracyjnymi. Ekstrakty wodne z różnych gatunków szałwii wykazywały inny profil fenolowy, ale profil chemiczny ekstraktu etanolowego tego samego gatunku był analogiczny do wodnego, więc ekstrakt alkoholowy był również bioaktywny(Alimpić et al., 2017). W obu badaniach metanol był również testowany jako rozpuszczalnik, ponieważ zapewnia wysoką wydajność związków fenolowych. Metanol jest nieco bardziej polarny i tańszy niż etanol, a jego odparowanie jest łatwiejsze ze względu na niższą temperaturę wrzenia; jednak ze względu na gorsze właściwości środowiskowe metanol jest coraz częściej zastępowany przez etanol lub mieszaniny etanol / woda. Niemniej jednak, pomimo stosowania zielonych rozpuszczalników, proponowana metoda ekstrakcji jest czasochłonna i może zostać ulepszona, ponieważ proponowana ekstrakcja S. eriophora i S. amplexicaulis Lam. przeprowadzono go odpowiednio przez 12 h i 24 h. Ekstrakcja pod chłodnicą zwrotną za pomocą ekstraktora Soxhleta może przyczynić się do skrócenia czasu potrzebnego do odzyskania związków bioaktywnych z próbki. Na przykład ekstrakcję Soxhleta związków bioaktywnych z ziaren zielonej kawy etanolem uzyskano w ciągu 5 godzin (Resende Oliveira et al., 2019).

SLE przy użyciu etanolu, wody i ich mieszanin został zastosowany do odzyskiwania związków fenolowych i flawonoidów z produktów ubocznych różnych gałęzi przemysłu spożywczego, z głównym celem waloryzacji produktów, które zwykle są uważane za odpady. Na przykład SLE wykorzystujące 80% etanolu w wodzie wykazało skuteczne odzyskiwanie polifenoli z wytłoków (skóry i nasion) różnych odmian czerwonego wina w przemyśle winiarskim (Makris, 2018). Mieszaninę etanolu z wodą 70:30 (v/v) zastosowano do odzyskiwania związków fenolowych ze skórki Citrus reticulata Blanco, innego przemysłowego produktu ubocznego żywności. Ekstrakt otrzymano gotując próbkę w rozpuszczalniku w ciągu 60 minut, przy stosunku rozpuszczalnika do próbki wynoszącym 20 mL g-1. Oczyszczony ekstrakt przez SPE wykazywał działanie antyproliferacyjne przeciwko komórkom ludzkiego raka piersi BT-475 (Ferreira i wsp ., 2018). Podejście to jest dość interesujące z punktu widzenia chemii ekologicznej, ponieważ waloryzacja produktu ubocznego przyczynia się do gospodarki o obiegu zamkniętym i zrównoważonego rozwoju, a proponowany czas ekstrakcji wynoszący 1 h W celu uzyskania bioaktywnych ekstraktów jest bardziej opłacalny niż czasy maceracji w zakresie od 12 h do 24 h. zaproponowano jeszcze bardziej skrócony czas ekstrakcji dla odzyskiwania bioaktywnych związków fenolowych z liści drzew Kiwi (Actinidia deliciosa), uważanych za odpady przemysłu owocowego. W tym zastosowaniu użyto 10 min wrzącej wody w stosunku rozpuszczalnika do próbki 10 mL g-1, a następnie etap SLE przeprowadzono wytrącanie etanolowe włókien. Zaobserwowano wpływ na profil białka i efekt hamowania nad bólem, pokazując potencjał ekstraktu wodnego tego produktu ubocznego(Henriques et al., 2018).

oprócz związków fenolowych, kombinacje wody i etanolu są szeroko stosowane do konwencjonalnej ekstrakcji węglowodanów. Na przykład, SLE z wodą został użyty do ekstrakcji interesujących polisacharydów z grzyba Hericium erinaceus. Do uzyskania surowej frakcji polisacharydowej użyto wrzącej wody (15 mL g−1, 1h, dwa razy), a następnie stężoną frakcję polisacharydową uzyskano przez wytrącanie etanolu. Ekstrakt ten poddano wytrącaniu białka i dializowano, w celu uzyskania rafinowanego ekstraktu. Frakcje te dostarczano myszom przez Podanie doustne i zaobserwowano poprawę stanu jelita grubego(Wang i wsp ., 2018c).

ze wszystkich dotychczas odsłoniętych, łatwo zauważyć, że związki fenolowe i węglowodany są polarnymi cząsteczkami nadającymi się do Ekstrahowania wodą i etanolem, ale mniej polarnych zielonych rozpuszczalników jest potrzebnych do ekstrakcji cząsteczek, takich jak karotenoidy lub lipidy. Te niepolarne anality tradycyjnie ekstrahowano mieszaninami chloroformu / metanolu, a ich zastąpienie przez bardziej przyjazne dla środowiska rozpuszczalniki dla konwencjonalnych SLE jest trudnym zadaniem. W związku z tym zaproponowano metodę wolną od chloroformu dla całkowitej ekstrakcji lipidów tkanek zwierzęcych w oparciu o SLE z mieszaniną butanol/metanol (3:1) (ca. 10 µL mg-1), a następnie LLE z 1% kwasem octowym i mieszaniną heptan/octan etylu (3:1) (Löfgren i wsp ., 2016). Metoda ta była lepsza od konwencjonalnej metody Folch opartej na zastosowaniu mieszaniny chloroform/metanol (2:1), a także lepsza od ekstrakcji lipidów eterem metylo-tert-butylowym (MTBE). Niemniej jednak nie wszystkie rozpuszczalniki stosowane w proponowanym protokole są przyjazne dla środowiska, chociaż zawiera się w nich każdy chlorowany rozpuszczalnik.

na koniec warto wspomnieć o przykładzie zastosowania SLE z przyjaznymi dla środowiska rozpuszczalnikami w zastosowaniach związanych z bezpieczeństwem żywności. Pod tym względem najpopularniejszą metodą ekstrakcji do analizy pozostałości pestycydów jest tak zwana metoda Quechersa (skrót od quick, easy, cheap, effective, rugged and safe), oparta na SLE, a następnie dyspersyjnym SPE (dSPE) do oczyszczania ekstraktów (http://quechers.cvua-stuttgart.de). Pestycydy polarne są zwykle ekstrahowane przy użyciu acetonitrylu lub metanolu przed ich analizą za pomocą wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC), ale mniej pestycydów polarnych ekstrahuje się za pomocą przyjaznego dla środowiska rozpuszczalnika octanu etylu, przed analizą chromatografii gazowej (GC). Jako przykłady, dwie metody analizy pozostałości pestycydów w owocach i warzywach (Uclés et al., 2014) i w cukierkach (Gérez et al., 2017) są zawarte w tabeli 1, oba oparte na ekstrakcji Quechersa octanem etylu.