Докритичне водне вилучення природних продуктів. Частина 3

Будь ласка зв'яжітьсяoscar.xiao@wecistanche.comдля отримання додаткової інформації

4.6. Ефірні масла

Ефірні олії, також звані леткими оліями або ефірними оліями, відносяться до летких хімічних сполук, отриманих з рослин. Ефірні олії часто складаються з частин квітів, листя, деревини, кори, кореня, насіння або шкірки. Ефірні масла, як правило, ліпофільні і легко розчиняються в оліях, що дозволяє їм легко проникати в шкіру і потрапляти в організм через багаті капіляри під підшкірною жировою клітковиною. Ефірні олії використовувалися в народній медицині стародавнього Китаю, Єгипту, Аравії та Греції протягом століть. Тому деякі дослідники намагалися використовувати SBWE як зелений розчинник для вилучення ефірних олій із рослин, і останні дослідження проілюстровано в таблиці 6 [12,22,28,174-206]. Найбільш поширені ефірні олії екстрагують дистиляцією [174,176,180,181], н-гексаном [174] або надкритичним діоксидом вуглецю [181] або дихлорметаном [181].

Натисніть тут, щоб дізнатися більше

Насіння коріандру (Coriandrum satioum L.) містить ефірну олію (до 1 відсотка) і все частіше використовується як приправа в харчовій промисловості. Ейкані та ін. [174] і Zekovic et al. [175,181] екстрагували та виділяли ефірну олію за допомогою SBWE. Температури екстракції (100, 125, 150 і 175 градусів), середні розміри частинок (0,25, 0,50 і 1 мм) і витрати води (1,2 і 4 мл/мл/ хв) були досліджені Eikani та ін. Розділення та ідентифікацію компонентів проводили за допомогою ГХ-ПІД та ГХ-МС. Вони прийшли до висновку, що гідродистиляція та екстракція Сокслет показали вищу ефективність екстракції, але SBWE призвела до більшої концентрації ефірних олій у цінних кисневих компонентах. Зоран та ін. також дійшли висновку, що процес SBWE матиме перевагу з точки зору споживання часу, оскільки 20 хвилин для цього процесу були значно нижчими, ніж 2 години, 4-5 години та 4 години, необхідні для трав’яного відвару, Сокслета та екстракції надкритичної рідини , відповідно.

Більшість ефірних олій, видобутих SBWE, не мають досліджень щодо активності, за винятком Ma et al. [176], який витягнув ефірні олії з K. galangal за допомогою ультразвукового підсилення SBWE і дослідив антиоксидантну здатність ефірних олій. Було досліджено вплив температури, часу екстракції, тиску, щільності потужності ультразвуку та частоти на вихід екстракції. Антиоксидантну активність ефірних олій оцінювали за допомогою аналізу здатності поглинати 2,2-дифеніл-1-пікрилгідразил (DPPH) і активності поглинання аніон-радикалів супероксиду. Результат продемонстрував антиоксидантну дію ОАЕ

екстрагована ефірна олія була кращою, ніж трав’яний відвар і SBWE. Як показано на малюнку 9, оптимальна температура екстракції ефірних олій становить від 120 до 160 градусів, а час – від 10 до 35 хвилин.

4.7. Алкалоїди

Алкалоїди - це клас основних азотовмісних органічних сполук з великою структурною різноманітністю, більшість з яких є гетероциклічними сполуками, а атом азоту знаходиться в гетероциклічному кільці. Більшість алкалоїдів є лужними і мають терапевтичну та рекреаційну дію. Рослини, що містять алкалоїди, століттями використовувалися в народній медицині. Тому багато дослідників приділяють увагу екстракції та виділенню алкалоїдів з рослин. Традиційні екстракції включають органічні розчинники, такі як метанол [183,184],

Цистанхе може підвищити імунітет

етанол [183] ​​або кислий розчин [187]. Нещодавно SBWE було успішно застосовано для екстракції або виділення алкалоїдів з рослин або тварин, як показано в таблиці 6.

Через різноманітність і відносно низьку термічну стабільність алкалоїдів оптимальні методи екстракції залежать від pHфізико-хімічних характеристик алкалоїдів. Лю та ін. [161] використовував SBWE та капілярний електрофорез (CE) для вилучення та визначення цитизину, софо-карпіну, маріну, софоридину та оксиматрину в Sophora flavescens Ait., яка є традиційною китайською медициною. Виходи екстракції, отримані за допомогою методів екстракції SBWE, ASE, UAE та замочування хлороформом, порівнювали. SBWE потребує короткого часу екстракції, оскільки немає потреби у споживанні органічного розчинника, і він продемонстрував найвищу ефективність екстракції для загального виходу алкалоїду. Подібним чином Torto та ін. [184] дійшли висновку, що як SBWE, так і звичайні методи досягли порівнянних полів екстракції, тоді як рефлюкс і UAE були повільнішими (понад 6 годин) і використовували велику кількість органічних розчинників. Таким чином, метод SBWE був простим і відносно швидким для вилучення. Однак Лю та ін. [183] ​​показали, що LC-ESI-orbitrap MS забезпечує потужний метод ідентифікації та визначення гепатотоксичних піролізидинових алкалоїдів, а рефлюкс продемонстрував вищу ефективність екстракції у порівнянні з SBWE. Хоумс і його співробітники |186] досліджували звичайні та інноваційні методи екстракції (SBWE, ОАЕ). Вони виявили, що екстракти бананової та бурякової шкірки, отримані за допомогою THD (100 градусів, 20 хвилин), демонструють найвищий загальний вміст фенолів та антиоксидантну здатність. Екстракція шляхом настоювання (80 градусів, 30 хвилин) дала екстракт шкірки буряка з найвищим загальним вмістом бетаціаніну. Оптимальна температура та час екстракції алкалоїдів також наведені на малюнку 9.

4.8.Хінони

Хінони є різновидом органічних компонентів, які мають хінонові структури, які в основному можна розділити на чотири типи: бензохінон, нафтохінон, pHенантрахінон і антрахінон. Антрахінон і його похідні широко присутні в рослинах і можуть бути отримані з багатьох рослин, особливо хвойних. Деякі хінони мають бажані фармакологічні властивості рН, такі як очисні, протимікробні та протипаразитарні, проти серцево-судинних захворювань тощо. Для екстракції хінонів із природних продуктів використовували етилацетат [190], SFE [190], етанол [191,193] або воду як екстракційні розчинники, наведені в таблиці 6.

Махмуд та ін. [188] провели екстракцію pHенольних сполук із околоплідників мангостану шляхом субкритичної обробки води при температурах і тиску від 120 до 160 градусів C і від 1 до 10 МПа в періодичних і напівперіодичних системах. Вони додали від 10 до 30 відсотків глибоко евтектичного розчинника (DES) до субкритичної води, і результати показали, що з 30 відсотками DES вміст ксантону та pHенольних сполук становив 24,87 мг/г сухого зразка та 179,54 мг еквівалента галової кислоти/г. висушений зразок при температурах екстракції 160 і 120 градусів C у періодичній системі відповідно. Додавання DES у процес SBWE може прискорити реакцію гідролізу для вилучення матриці компонентів рослинної біомаси.

Morinda citrifolia (ноні), висаджена в тропічній Азії, використовується в народних засобах для лікування різних захворювань і симптомів. Шотипрук і його співробітники провели серію експериментів на цій рослині [191-193]. Вони використовували систему безперервного потоку для вилучення дамнаканталу, алізарину та 1,2-дигідроксіантрахінону. Вони виявили, що тиск не має суттєвого впливу на результати для діапазону 110-220 градусів Co. Порівняно зі звичайною екстракцією, SBWE та Soxhlet призвели до отримання екстрактів, які мають найвищу антиоксидантну активність. Дані були підігнані математичними моделями для визначення механізму вилучення. Результати свідчать про те, що на загальний механізм екстракції впливає рівновага розподілу розчиненої речовини із зовнішнім масообміном через рідку плівку.

Оптимальна температура екстракції та час для хінонів у SBWE показані на малюнку 10. Оптимальна температура екстракції хінонів становить від 160 до 170 градусів, а час становить приблизно від 60 до 120 хвилин.

4.9. Терпени

Терпени являють собою великий і різноманітний клас органічних сполук, що використовують ізопрен як основну структурну одиницю, яка широко існує в рослинах і деяких комахах і може бути отримана з багатьох рослин, особливо хвойних. Терпени мають широкий вибір і можуть бути класифіковані за кількістю ізопренових ланок у молекулі, наприклад, монотерпени, напівтерпени, сесквітерпени, дитерпени, тритерпени, тетратерпени та політерпени. Терпени важливі для використання в харчовій, косметичній та фармацевтичній промисловості. Однак вилучення терпенів і терпеноїдів із природних продуктів часто є проблематичним, як показано в таблиці 6. Отже, вони в основному виробляються шляхом промислового синтезу, як правило, з продуктів нафтохімії.

Чен та ін. [197] використовували SBWE для ефективного вилучення сесквітерпенових лактонів з I. racemose. Були досліджені час екстракції (23.2-56.8 хв), температура (129.5-230.5 градусів) і швидкість потоку (1.3-4.7 мл/хв). Порівняння SBWE з традиційними технологіями екстракції (Soxhlet, ОАЕ та SFE) показало, що субкритична вода може бути екологічною та ефективною заміною для екстракції сесквітерпенових лактонів з I. racemose. Сяо та ін. [13] розробили SBWE для екстракції урсолової кислоти з Hedyotis diffusa. Модель RSM дуже добре передбачила експериментальні результати та продемонструвала, що вихід UA в основному залежить від співвідношення розчинник/тверда речовина, а потім від розміру частинок і температури. Було проведено спільний порівняльний аналіз чотирьох методів екстракції (UAE та SBWE), який показав, що SBWE є економічною, економічною та екологічно безпечною технологією екстракції UA з Hedyotis fusa. Інші дослідники досягли таких же експериментальних результатів, за винятком Falev et al. [200], які виявили, що субкритична вода є поганим розчинником для пентациклічних тритерпенів. Екстракція докритичними розчинниками (аліфатичними спиртами, ацетонітрилом, хлороформом) є найбільш швидким і ефективним способом виділення пентациклічних тритерпенів із рослинної сировини.

Оптимальна температура екстракції та час для терпенів у SBWE підсумовано на малюнку 10. Оптимальна температура екстракції хінонів становить від 130 до 225 °C, а час становить приблизно від 10 до 50 хвилин.

4.10.Ліанани

Лігнани — це свого роду природні сполуки, що утворюються шляхом полімеризації двох молекул похідних фенілпропаноїдів (тобто мономерів C3-C6), які існують у рослинах і належать до pH-фітоестрогенів. До мономерів, що складаються з лігнанів, належать корична кислота, коричний спирт, акрилбензол, алілбензол тощо. Повідомляється, що лігнани мають потенційну протипухлинну, протизапальну або антиоксидантну активність у лабораторних моделях захворювань людини. Більшість лігнанів є ліпофільними і легко розчинними в органічних розчинниках. Тому для екстракції лігнанів із рослин часто використовують етанол, ефір або ацетон як екстракційні розчинники. Дослідження про SBWE лігнанів є лише кількома документами, переліченими в таблиці 6.

Evrim [48, 50] провів детальне дослідження форми матеріалу (насіння льону, меленого лляного борошна та паличок з насіння льону), температури, часу екстракції, тиску, прісної води та кількості зразка на вплив вмісту секоізоларицірезинолу диглюкозиду лігнану. за допомогою прискореного екстрактора розчинника. Найвищу кількість (12,94 мг/г) і вихід екстракції (72,57 відсотка) було отримано при 180 градусах протягом 15 хвилин, 10,3 МПа та 40 відсотках прісної води з використанням 5 г паличок борошна з насіння льону. Будуар та ін. [42] використовували воду та етанол у субкритичних умовах для екстракції біоактивних сполук із знежиреного насіння кунжуту (Sesamum indicum L.). За умов 220 градусів, 8 МПа та 63,5 відсотка етанолу як співрозчинника вихід лігнанів, ТР та флавоноїдних сполук був максимальним, а антиоксиданти були подібними до тих, що були досягнуті за допомогою синтетичних антиоксидантів. Кінетичні дослідження показали високу швидкість екстракції pHенольних сполук до перших 50 хвилин екстракції, і це було паралельно з найвищою здатністю поглинання. SBWE може вибірково витягувати різні види біологічно активних сполук, лише змінюючи умови процесу. Оптимальна температура екстракції лігнанів становить приблизно 180 градусів, як показано на малюнку 10.

4.11.Стероїди

Астероїд — це клас природних хімічних компонентів, широко поширених у природі, включаючи рНфітостерин, жовчні кислоти, стероїди С2, гормони алергії комах, серцеві глікозиди, стероїдні сапоніни, стероїдні алкалоїди, буфогенін тощо. Структура стероїдного ядра має основну скелетну структуру циклопентан-пергідрофентрен, зв'язаний у чотири "злиті" кільця: три шестичленні циклогексанові кільця та одне п'ятичленне циклопентанове кільце. Стероїдні сполуки мають різну біологічну активність. Вони мають широкий спектр застосування. Методи вилучення стероїдів із натуральних продуктів, включаючи мацерацію, Сокслет і SBWE, проілюстровано в таблиці 6.

Женьшень є добре відомим традиційним китайським ліками з численними фармакологічними ефектами [24-26]. Ці біологічно активні компоненти - це в основному гінзенозиди, поліфеноли, амінокислоти та полісахариди. Рената та ін. [24] використовували SBWE для отримання фруктоолігосахаридів і бета-екдизону з кореня бразильського женьшеню та надземних частин. Лі та ін. [25] екстрагували червоний женьшень, змінюючи температуру (150-200 градус) і час екстракції (5-30 хв) у SBWE. Co Порівняно з традиційними методами термічної екстракції (етанол, гаряча вода та метанол), екстракти червоного женьшеню з SBWE мали вищі концентрації гінзенозиду та антиоксидантні властивості. Шіврадж та ін. [204] застосовував докритичну воду для екстрагування вітанолідів і вітанолідів з ашвагандхи за різних температур (100-200 градусів) і часу екстракції (10-30 хв). Різні біологічні ефекти, включаючи цитотоксичність, антиоксидантну та інгібіторну активність ферментів, були кількісно визначені за допомогою ВЕРХ. Вітаферин А продемонстрував значне зниження життєздатності клітин раку шийки матки зі значеннями ICs0 10 мг/мл і 8,5 мкМ/мл відповідно, але не мав цитотоксичного ефекту для нормальних клітин. Таким чином, SBWE можна використовувати для екстракції pH фармакологічно активних фракцій з терапевтичним застосуванням. Оптимальна температура екстракції для стероїдів становить близько 160 градусів, як показано на малюнку 10.

5. Висновки та перспективи на майбутнє

Завдяки своїй нетоксичній, негорючій та широкодоступній природі, SBWE натуральних продуктів привернула більшу увагу протягом останнього десятиліття. Наш огляд понад 200 статей показує, що SBWE є перспективною технологією вилучення природних продуктів. Різноманітність рослинних матеріалів було видобуто підкритичною водою. Зразки матеріалів включають лікарські трави, приправи, овочі, фрукти, водорості, кущі, чайне листя, зерна та насіння. Наступні природні продукти були витягнуті SBWE: алкалоїди, вуглеводи, ефірна олія, флавоноїди, глікозиди, лігнани, органічні кислоти, поліфеноли, хінони, стероїди та терпени. У SBWE використовуються як статичний, так і динамічний режими. Загалом ефективність статичної екстракції нижча, ніж у динамічної моделі. Таким чином, більшість експериментів SBWE проводилися з використанням статичного режиму, а потім динамічної моделі. Система SBWE також була поєднана з ВЕРХ, субкритичною водною хроматографією та високотемпературною рідинною хроматографією. Співрозчинники, такі як етанол,

метанол, солі та іонні рідини також використовувалися для підвищення ефективності SBWE. Слід зазначити, що найбільш істотний вплив на ефективність SBWE має температура, а отже, її можна оптимізувати. Оптимальна температура коливається від 120 до 200 градусів для вилучення натуральних продуктів, згаданих вище.

Основною перевагою натуральних продуктів SBWE є те, що вода нетоксична, і тому вона більше підходить для екстракції трав, овочів і фруктів, оскільки екстракти можуть безпечно споживатися людьми або тваринами. Крім того, якщо в SBWE не використовуються органічні модифікатори, рідкі відходи, що утворюються після SBWE, не потребують утилізації відходів. Однак висока температура, яка використовується в SBWE, потенційно може спричинити деградацію аналіту. Таким чином, необхідно оцінити стабільність аналіту за температурних умов, які будуть використовуватися в SBWE, щоб гарантувати, що екстраговані аналіти не зазнають деградації під час SBWE. У системі SBWE використовується рідина під високим тиском і високою температурою, тому для забезпечення безпечної роботи системи SBWE потрібна велика обережність. Крім того, під час динамічного процесу SBWE можуть виникати часті закупорки водопровідної системи.

Переважна більшість повідомлених досліджень SBWE вивчається в стендовому масштабі. Наступним рівнем SBWE має бути масштабування до промислового рівня. Результати деяких пілотних досліджень продемонстрували потенційний розвиток широкомасштабних процесів SBWE.