Ausbeutebestimmende Einflussfaktoren bei der Extraktion von Flavonoiden aus Pflanzenblättern

Lück, Manuel; Jupke, Andreas; Usadel, Björn

doi:40845

Ausbeutebestimmende Einflussfaktoren bei der Extraktion von Flavonoiden aus Pflanzenblättern = Yield determining parameters in natural plant extraction of flavonoids from plant leaves

Lück, Manuel^RWTH*

2021 & 2022

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Manuel Lück

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2021

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2022

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Jupke, Andreas (Thesis advisor)^RWTH* ; Usadel, Björn (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2021-10-04

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2021-09814
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/834348/files/834348.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Fluidverfahrenstechnik (416310)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
bell pepper leaves (frei) ; extraction parameters (frei) ; graveobioside A (frei) ; natural plant extraction (frei) ; rutin (frei) ; solanum lycopersicum (frei) ; solvent choice (frei) ; tomato leaves (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Höhere Pflanzen synthetisieren eine Vielzahl an hochwertigen Sekundärmetaboliten, die für die menschliche Gesundheit von großem Interesse sein können. Die quantitative Analyse der Zielkomponente ist sowohl für analytische, als auch für präparative Extraktionsprozesse von zentraler Bedeutung, um möglichst effektive Prozesse auslegen zu können. Bisherige Ansätze beschreiben die Extraktion durch Mechanismen wie bspw. Diffusion oder Adsorption, berücksichtigen jedoch nur wenig botanische Einflussgrößen. Speziell sind dies der Aufbau der Pflanzenmatrix, die chemische Struktur von Ziel- und Nebenkomponenten und die Lokalisierung der Stoffe. Das Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss botanischer Aspekte auf die erzielbare Extraktionsausbeute am Beispiel der Extraktion des Flavonoids Rutin aus Tomatenblättern zu untersuchen. Dabei werden die Aspekte Phasengleichgewicht, Lösungsmittelwahl, Partikelgröße, Zugänglichkeit und Einfluss von Nebenkomponenten systematisch analysiert, um die Phänomene der Extraktion durch grundlegende Mechanismen zu erklären. Die zentrale Beobachtung ist, dass die Lösungsmittelmenge einen deutlichen Einfluss auf die Extraktionsausbeute hat. Dabei ist jedoch kein thermodynamisches Phasengleichgewicht nachweisbar und auch die Lösungsmittelstärke hat nur einen geringen Einfluss auf die Extraktionsausbeute. Vielmehr wird die Ausbeute durch eine Zugänglichkeitslimitierung beeinflusst, was sich anhand des deutlichen Einflusses der Partikelgröße zeigt. Auch die Nebenkomponenten im Zellinneren, speziell Membranlipide, spielen eine bedeutende Rolle bei der Zugänglichkeitsbeschränkung der Zielkomponente. Diese können die Zielkomponente im Pflanzenmaterial bedecken und somit die Zugänglichkeit des Lösungsmittels stark limitieren. Eine ausreichende Extraktion der Nebenkomponenten ist daher notwendig, um eine hohe Ausbeute der Zielkomponente zu erreichen. Die hier beobachteten Phänomene sind auf die Pflanzensysteme Buchweizenkraut, Schnurbaumknospen und Paprikablätter übertragbar und stellen damit wichtige Erkenntnisse für zukünftige analytische Extraktionsaufgaben und präparative Prozessauslegungen dar.

Higher plants synthesize a variety of high value secondary metabolites that can also be beneficial for human health. The quantitative analysis of the target compound is a key aspect for both analytical and preparative extraction processes for designing effective processes. Previous approaches have described the extraction by mechanisms such as diffusion or adsorption, but have taken little account of botanical factors. Specifically, these are the structure of the plant matrix, the chemical structure of target and side compounds as well as the localization of these substances. The aim of this work is to highlight the influence of botanical aspects on the achievable extraction yield using the example of the extraction of the flavonoid rutin from tomato leaves. The aspects phase equilibria, choice of solvent, particle size, accessibility and influence of side compounds are systematically analyzed in order to explain the phenomena of extraction through their basic mechanisms. The central observation is that the amount of solvent has a significant influence on the extraction yield. However, no thermodynamic phase equilibrium is detectable and the solvent strength also has only a minor influence on the extraction yield. Rather, the yield is influenced by an accessibility limitation, which is shown by the significant influence of the particle size. The side compounds in the cell interior, especially membrane lipids, also play an important role in restricting the accessibility of the target compound. These can cover the target compound in the plant material and thus limit the accessibility of the solvent. Sufficient extraction of the side compounds is therefore necessary in order to achieve a high yield of the target compound. The phenomena observed here can be transferred to the plant systems buckwheat herb, pagoda tree buds and bell pepper leaves and thus represent important findings for future analytical extraction tasks and developments of preparative processes.

OpenAccess:
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