Ein Abonnement von JoVE ist erforderlich, um diesen Inhalt anzuzeigen. Melden Sie sich an oder beginnen Sie noch heute mit einer kostenlosen Testphase.

Methodenartikel

Mikrowellengestützte Extraktion von phenolischen Verbindungen und Antioxidantien für kosmetische Anwendungen mit polyolbasierter Technologie

4K Aufrufe

⸱

DOI:

10.3791/67033

⸱

23. August 2024

 ,  ,  , 
1School of Cosmetic Science, Mae Fah Laung University, 2College of Public Health Sciences, Chulalongkorn University

Korrespondierende Autoren: Nuntawat Khat-Udomkiri <nuntawat.kha@mfu.ac.th>

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Dieses Protokoll beschreibt die Verwendung eines polyolbasierten mikrowellengestützten Extraktionsverfahrens zur Extraktion von phenolischen Verbindungen und natürlichen Antioxidantien, das einen praktischen und ökologisch nachhaltigen Ansatz für die Entwicklung gebrauchsfertiger Extrakte darstellt.

Zusammenfassung

Die Verwendung von Polyolen als grüne Lösungsmittel zur Extraktion bioaktiver Verbindungen aus Pflanzenmaterialien hat aufgrund ihrer Sicherheit und ihres inerten Verhaltens mit pflanzlichen bioaktiven Chemikalien Aufmerksamkeit erregt. Diese Studie untersucht die nachhaltige Extraktion von phenolischen Verbindungen und natürlichen Antioxidantien aus Silberkaffee unter Verwendung der mikrowellengestützten Extraktionsmethode (MAE) mit polyolbasierten Lösungsmitteln: Glycerin, Propylenglykol (PG), Butylenglykol (BG), Methylpropandiol (MPD), Isopentyldiol (IPD), Pentylenglykol, 1,2-Hexandiol und Hexylenglykol (HG). Es wurde eine vergleichende Analyse konventioneller und unkonventioneller Lösungsmittelextraktionen durchgeführt, die sich auf deren Auswirkungen auf die bioaktiven Verbindungen von MAE konzentrierte und Parameter wie den Gesamtphenolgehalt (TPC), den Gesamtflavonoidgehalt (TFC) und antioxidative Aktivitäten wie den 1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl Radical Scavenging Assay (DPPH), den 2,2"-Azino-bis(-3-ethylbenzothiazolin-6-sulphonsäure) Radical Scavenging Assay (ABTS) und den Ferric Reducing Antioxidant Power Assay (FRAP) umfasste. Die höchsten Werte wurden für TPC mit wässriger 1,2-Hexandiol-Extraktion (52,0 ± 3,0 mg GAE/g Probe), TFC mit wässriger 1,2-Hexandiol-Extraktion (20,0 ± 1,7 mg QE/g Probe), DPPH mit wässriger HG-Extraktion (13,6 ± 0,3 mg TE/g Probe), ABTS mit wässriger Pentylenglykol-Extraktion (8,2 ± 0,1 mg TE/g Probe) und FRAP mit wässriger HG-Extraktion (21,1 ± 1,3 mg Fe (II) E/g Probe) beobachtet. Diese Forschung zielt darauf ab, die umweltfreundliche Extraktionstechnologie durch natürliche Pflanzenbestandteile voranzutreiben und die Nachhaltigkeit durch Minimierung des Einsatzes gefährlicher Chemikalien bei gleichzeitiger Reduzierung des Zeit- und Energieverbrauchs zu fördern, mit potenziellen Anwendungen in der Kosmetik.

Einleitung

Heutzutage gibt es einen globalen Trend zum Umweltbewusstsein in der Schönheitsindustrie, was die Hersteller dazu veranlasst, sich auf grüne Technologien zur Extraktion von Pflanzenbestandteilen mit nachhaltigen Alternativen zu konzentrieren1. In der Regel werden traditionelle Lösungsmittel wie Ethanol, Methanol und Hexan verwendet, um pflanzliche phenolische Bestandteile und natürliche Antioxidantien zu extrahieren2. Nichtsdestotrotz stellt das Vorhandensein von Lösungsmittelrückständen in Pflanzenextrakten ein potenzielles Risiko für die menschliche Gesundheit dar und führt zu Haut- und Augenreizungen3, insbesondere im Hinblick auf ihre beabsichtigte Anwendung in Kosmetika. Folglich ist es eine Herausforderung, solche Lösungsmittelrückstände aus den Extrakten zu entfernen, ein Prozess, der erhebliche Investitionen in Zeit, Energie und personelle Ressourcen erfordert4. In jüngster Zeit haben sich überhitztes Wasser, ionische Flüssigkeiten, tiefe eutektische Lösungsmittel und biobasierte Lösungsmittel als vielversprechende Ansätze für die Extraktion grüner Lösungsmittel herausgestellt5. Ihr Einsatz ist jedoch nach wie vor durch die Produkttrennung in wässrigen Prozessen begrenzt. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, erweist sich die Entwicklung gebrauchsfertiger Extrakte als praktikable Lösung6.

Polyole werden aufgrund ihrer guten Polarität und ihrer Fähigkeit, Feuchtigkeit aus der Umgebung zu speichern, häufig in kosmetischen Formulierungen als Feuchthaltemittel verwendet7. Darüber hinaus können Polyole wie Glycerin, Propylenglykol, Butylenglykol, Methylpropandiol, Isopentyldiol, Pentylenglykol, 1,2-Hexandiol und Hexylenglykol für Pflanzenextraktionen verwendet werden. Sie gelten als ungiftige, biologisch abbaubare, umweltfreundliche, nicht reaktive und sichere Lösungsmittel für den Einsatz in der Pflanzenextraktion8. Darüber hinaus können Polyole aufgrund ihres erhöhten Siedepunkts und ihrer Polarität der Hitze standhalten, die bei der mikrowellengestützten Extraktion (MAE) entsteht9. Diese Polyole sind von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) allgemein als sichere (GRAS) Chemikalien anerkannt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lösungsmitteln wie Ethanol oder Methanol, die aufgrund ihrer potenziell schädlichen Wirkungen möglicherweise eine rigorose Entfernung aus dem Extrakt erfordern, bieten Polyole den Vorteil, dass sie den Energie-, Zeit- und Kostenaufwand für Lösungsmittelentfernungsprozesse minimieren10. Dies rationalisiert nicht nur den Extraktionsprozess, sondern verbessert auch die Gesamteffizienz und Nachhaltigkeit der Extraktionsmethode. Frühere Untersuchungen haben Polyole wie Propylenglykol und Butylenglykol als Lösungsmittel bei der Extraktion von bioaktiven Verbindungen aus Camellia sinensis-Blüten 10 und Kaffeepulpe11 verwendet, was ein erhebliches Potenzial für ihre Rolle als nachhaltige alternative Lösungsmittel im pflanzlichen Extraktionsprozess aufzeigt. Die kontinuierliche Entwicklung und Optimierung eines Polyol-Wasser-Lösungsmittel-Systems birgt daher das Potenzial für bedeutende Fortschritte in der grünen Chemie und in nachhaltigen industriellen Praktiken.

In der Regel werden bioaktive Verbindungen, die in Pflanzen vorkommen, als Sekundärmetaboliten synthetisiert. Diese Verbindungen können in drei Hauptgruppen eingeteilt werden: Terpene und Terpenoide, Alkaloide und phenolische Verbindungen12. Verschiedene Extraktionsmethoden werden unter unterschiedlichen Bedingungen eingesetzt, um bestimmte bioaktive Verbindungen aus Pflanzen zu isolieren. Bioaktive Verbindungen aus pflanzlichem Material können entweder mit konventionellen oder nicht-konventionellen Techniken extrahiert werden. Zu den traditionellen Methoden gehören die Mazeration, die Refluxextraktion und die Hydrodestillation, während unkonventionelle Methoden aus der ultraschallgestützten Extraktion, der enzymgestützten Extraktion, der mikrowellengestützten Extraktion (MAE), der gepulsten elektrischen feldgestützten Extraktion, der überkritischen Flüssigkeitsextraktion und der Druckflüssigkeitsextraktion bestehen13. Diese unkonventionellen Methoden sollen die Sicherheit erhöhen, indem sie sicherere Lösungsmittel und Hilfsstoffe verwenden, die Energieeffizienz verbessern, die Degradation der bioaktiven Komponenten verhindern und die Umweltverschmutzung verringern14.

Darüber hinaus gehört MAE zu den ausgereiften grünen Technologien zur Extraktion bioaktiver Verbindungen aus Pflanzen. Herkömmliche Extraktionsverfahren erfordern einen erheblichen Zeit- und Energieaufwand sowie hohe Temperaturen, die im Laufe der Zeit wärmeempfindliche bioaktive Verbindungen abbauen können13. Im Gegensatz zu herkömmlichen thermischen Extraktionen erleichtert MAE die Extraktion bioaktiver Verbindungen, indem es eine lokale Erwärmung innerhalb der Probe erzeugt, die Zellstrukturen aufbricht und den Stofftransport verbessert, wodurch die Effizienz der Verbindungsextraktion erhöht wird. Die Wärme wird aus dem Inneren der Pflanzenzellen durch Mikrowellen übertragen, die auf die Wassermoleküle in den Pflanzenbestandteileneinwirken 13. Darüber hinaus hat MAE Fortschritte gemacht, um die Extraktion und Trennung von Wirkstoffen zu verbessern, die Produktausbeute zu erhöhen, die Extraktionseffizienz zu erhöhen, weniger Chemikalien zu benötigen und Zeit und Energie zu sparen, während gleichzeitig die Zerstörung bioaktiver Verbindungen verhindertwird 15.

Diese Forschung konzentriert sich auf die Extraktion von pflanzlichen phenolischen Verbindungen und natürlichen Antioxidantien durch mikrowellengestützte Extraktion (MAE) unter Verwendung verschiedener Arten von Polyolen als Lösungsmittel. Es werden der Gesamtphenolgehalt (TPC), der Gesamtflavonoidgehalt (TFC) und die antioxidative Aktivität (DPPH, ABTS und FRAP) von MAE-Extrakten auf Polyolbasis bestimmt. Darüber hinaus wird polyolbasierte MAE mit MAE unter Verwendung herkömmlicher Lösungsmittel wie Wasser und Ethanol verglichen. Es wird erwartet, dass diese Forschung zur Entwicklung einer umweltverträglichen Extraktionstechnologie für natürliche Bestandteile beiträgt und die Nachhaltigkeit fördert, indem sie die Abhängigkeit von gefährlichen Chemikalien verringert, die Verarbeitungszeiten verkürzt und den Energieverbrauch bei der Rohstoffproduktion für potenzielle Anwendungen in der Kosmetikindustrie minimiert.

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Protokoll

Die Einzelheiten zu den Reagenzien und der Ausrüstung, die in dieser Studie verwendet wurden, sind in der Materialtabelle aufgeführt.

1. Vorbereitung der Versuche

  1. Vorbereitung von Pflanzenproben
    1. Frischen Kaffee Silberhaut (Coffea arabica) auffangen und bei 60 °C in einem Tabletttrockner für 72 h11 trocknen.
    2. Den getrockneten Kaffee Silverskin (CS) mit einer Mühle zu einem feinen Pulver mahlen und zur weiteren Analyse bei Raumtemperatur lagern11.
      HINWEIS: In dieser Studie wurde frisches CS (C. arabica) aus Baan Doi Chang, Mae Suai District, Chiang Rai, Thailand, gesammelt. CS ist ein Nebenprodukt, das beim Schälen anfällt und bei dem die Pergamentschicht von getrockneten Kaffeebohnen entfernt wird, nachdem die Kirschen verarbeitet wurden, um die äußeren Fruchtschichtenzu entfernen 16.
  2. Chemikalien
    1. Verwenden Sie chemische Reagenzien von analytischer Qualität, mit Ausnahme der Lösungsmittel im Experiment.
      HINWEIS: Im Experiment wurden Lösungsmittel in kosmetischer Qualität verwendet.
    2. Verwenden Sie die Lösungsmittel (Wasser, Ethanol, Glycerin, Propylenglykol, Butylenglykol, Hexylenglykol, Isopentyldiol, 1-2 Hexandiol, Pentylenglykol und Methylpropandiol) für die Extraktion von CS mit MAE.

2. Extraktionsprozess

  1. Proben- und Lösungsmittelvorbereitung
    1. Bereiten Sie die Probe und die Lösungsmittel für das MAE-Verfahren gemäß einem zuvor berichteten Protokoll9 mit einigen Änderungen vor.
    2. Bereiten Sie jedes Lösungsmittel in einer Konzentration von 60 % vor, indem Sie 60 ml jedes Lösungsmittels mit destilliertem Wasser verdünnen und das Volumen für dreifache Extraktionen auf 100 ml einstellen.
      HINWEIS: Verwenden Sie 100% destilliertes Wasser für die Wasserextraktion.
    3. Wiegen Sie 0,67 g CS und mischen Sie es mit 20 mL jedes Extraktionslösungsmittels im Verhältnis 1:30 in einem Reaktionsbehälter (Abbildung 1A) für MAE.
      HINWEIS: Die maximale Fest-Flüssig-Menge für jedes Gefäß beträgt 2 g Probe und 20 ml Lösungsmittel.
    4. Fügen Sie jedem Gefäß einen magnetischen Rührstab hinzu, um eine gleichmäßige Verteilung der Hitze und des Lösungsmittels in der Probe zu gewährleisten, die Effizienz des Extraktionsprozesses zu verbessern und eine bessere Extraktionsausbeute zu fördern.
      HINWEIS: Wenn unpolare Lösungsmittel für den Extraktionsprozess verwendet werden, können Teflon-Rührstäbchen anstelle von magnetischen Rührstäbchen verwendet werden, um eine effektive Erwärmung durch das Mikrowellensystem zu gewährleisten.
    5. Verschließen Sie jedes Gefäß fest mit einem Spezialwerkzeug (Abbildung 2) und setzen Sie alle Gefäße in die MAE-Kammer ein (Abbildung 1B).
  2. Einrichten des mikrowellengestützten Extraktionsinstruments und -verfahrens
    1. Führen Sie das Extraktionsverfahren gemäß dem Referenzprotokoll mit einigen Änderungen9 durch.
    2. Öffnen Sie den Monitorbildschirm, um die Methode einzurichten, indem Sie auf das Toolbox-Symbol in der oberen Leiste klicken und den SK eT-Rotor im Zubehörbereich auswählen (Abbildung 3A,B).
    3. Wählen Sie die Rührleistung der Rührstäbe aus, indem Sie auf den Rührerabschnitt klicken und 20 % eingeben (Abbildung 4A).
      HINWEIS: Die Rührleistung kann von 0 % bis 100 % gewählt werden.
    4. Klicken Sie auf den Türschlosssektor und stellen Sie ihn so ein, dass er bei Temperaturen über 80 °C aktiviert wird (Abbildung 4B).
      HINWEIS: Diese Einstellung gewährleistet das automatische Schließen der Kammertür, wenn die Innentemperatur 80 °C überschreitet.
    5. Klicken Sie auf das Tabellensymbol in der oberen Leiste (Abbildung 5A) und stellen Sie den Temperaturgradienten (T1) auf eine Extraktionsdauer von 10 min, die Mikrowellenleistung auf 1800 W und die Temperatur auf 120 °C ein.
    6. Aktivieren Sie den Rührer, indem Sie auf die Schaltfläche des Rührers klicken, bis das grüne Licht erscheint.
    7. Stellen Sie die Gebläsedrehzahl auf Stufe 3 (maximal) ein (Abbildung 5B).
    8. Um die Extraktionszeit zu halten, wählen Sie die gewünschte Extraktionstemperatur (T2), indem Sie die Extraktionsdauer auf 15 Minuten, die Mikrowellenleistung auf 1800 W und die Temperatur auf 120 °C einstellen.
    9. Die Rühr- und Lüfterdrehzahl ist wie in den Abschnitten 2.2.6 und 2.2.7 angegeben einzustellen (Abbildung 5A,B).
      HINWEIS: Die maximale Temperatur und Mikrowellenleistung beträgt 260 °C und 1800 W.
    10. Stellen Sie die Kühlzeit ein, indem Sie auf die Kühlschaltfläche in der unteren linken Ecke des Bildschirms klicken und die Dauer von 10 Minuten auswählen (Abbildung 6).
    11. Speichern Sie die Methode, indem Sie auf das Speichersymbol in der oberen rechten Ecke des Bildschirms klicken (Abbildung 7A).
    12. Stellen Sie sicher, dass nach dem Speichern der Methodenbedingungen das Diagramm der Extraktionsbedingungen auf dem Bildschirm mit der Wiedergabeschaltfläche in der unteren rechten Ecke angezeigt wird (Abbildung 7B).
    13. Beginnen Sie den Extraktionsprozess, indem Sie die Anzahl der verwendeten Gefäße auswählen (Abbildung 7C).
      HINWEIS: Bis zu 15 Gefäße können in einer Extraktion verwendet werden, und wenn die gewünschte Anzahl von Gefäßen verwendet wird, stellen Sie sicher, dass die Gefäße in der Kammer ausgewogen platziert werden.
    14. Nach der Extraktion werden die Extrakte bei 4 °C, 9072 x g, 15 Minuten lang mit einer gekühlten Zentrifugenmaschine zentrifugiert.
    15. Sammeln Sie den Überstand mit einer 10-ml-Glaspipette (Abbildung 8) und lagern Sie ihn für weitere Untersuchungen bei -20 °C im Gefrierschrank.
      HINWEIS: Abhängig von der Partikelgröße und Dichte der Pflanzenreste benötigen die Extrakte längere Zentrifugationszeiten (20-30 min).

3. Bestimmung von phenolischen Verbindungen

  1. Bestimmung des Gesamtphenolgehalts
    1. Bestimmen Sie den Gesamtphenolgehalt der CS-Extrakte, indem Sie sich mit einigen Änderungen auf das Protokoll beziehen17.
    2. Bereiten Sie eine 10-fache Verdünnung der Proben vor, indem Sie sie mit destilliertem Wasser verdünnen.
    3. Mischen Sie 10 μl der verdünnten Probe mit 20 μl unverdünntem Folin-Ciocalteu-Reagenz und lassen Sie sie 3 Minuten lang reagieren.
    4. Geben Sie anschließend 100 μl 7,5 %ige Na2CO3 -Lösung in jede Vertiefung einer 96-Well-Platte zu der Mischung.
    5. Bereiten Sie verschiedene Konzentrationen für den Gallussäure-Standardkonzentrationsbereich (siehe Tabelle 1 und Tabelle 2) durch Verdünnen mit destilliertem Wasser vor.
    6. Mischen Sie sie mit 20 μl des Reagenzes von Folin-Ciocalteu und lassen Sie sie 3 Minuten lang reagieren.
    7. Geben Sie anschließend 100 μl 7,5 %ige Na2CO3 -Lösung in jede Vertiefung einer 96-Well-Platte zu der Mischung.
    8. Inkubieren Sie die Reaktion 30 Minuten lang im Dunkeln bei Raumtemperatur.
    9. Messen Sie die Extinktion der Reaktionslösung bei 765 nm mit einem Mikroplatten-Reader (Abbildung 9A).
    10. Die Standardkalibrierungskurve wird anhand der Konzentrationen des Standards und der Extinktion bei 765 nm dargestellt (Abbildung 10A).
    11. Drücken Sie die Ergebnisse in mg Gallussäureäquivalent (GAE) pro g der Probe aus und berechnen Sie mit der folgenden Gleichung18:
      HINWEIS: mg Gallussäureäquivalent (GAE) pro g Probe = [((A765 - c) / m)) in μg Gallussäureäquivalent × Gesamtvolumen in der Reaktionsvertiefung (ml) x Verdünnung × Gewicht der Trockenprobe (1 g) x Resultantisches Extraktvolumen (ml)] / [(Volumen der in jede Vertiefung gegebenen Probe (ml) x Tatsächliches Gewicht der Trockenprobe (g) × Umrechnungsfaktor von μg in mg (1000)]
      Dabei ist c = y-Schnittpunkt, m = Steigung
  2. Bestimmung des Gesamtgehalts an Flavonoiden
    1. Bestimmen Sie den Gesamtflavonoidgehalt des CS-Extrakts gemäß dem Protokoll mit einigen Modifikationen17.
    2. Bereiten Sie eine 5-fache Verdünnung der Proben vor, indem Sie sie mit destilliertem Wasser verdünnen.
    3. 50 μl der verdünnten Probe auf 15 μl 5 % NaNO2 geben und 5 min im Dunkeln inkubieren.
    4. Mischen Sie 15 μl 10%ige AlCl3-Lösung mit der Reaktion und halten Sie sie 6 Minuten lang bei Raumtemperatur.
    5. Geben Sie dann 100 μl 1 M NaOH-Lösung in die Reaktion und inkubieren Sie weitere 10 Minuten.
    6. Messen Sie die Extinktion des Gemisches bei 510 nm (Abbildung 9B).
    7. Bereiten Sie verschiedene Konzentrationen des Quercetin-Standardbereichs vor (siehe Tabelle 3 und 4), indem Sie sie zu 15 μl 5 % NaNO2 hinzufügen und 5 Minuten lang im Dunkeln inkubieren.
    8. 15 μl 10%ige AlCl3-Lösung mit der Reaktion mischen und 6 min bei Raumtemperatur aufbewahren.
    9. Geben Sie 100 μl 1 M NaOH-Lösung in die Reaktion und inkubieren Sie sie 10 Minuten lang.
    10. Bestimmen Sie die Extinktion des Standards bei 510 nm (Abbildung 9B).
    11. Die Standardkalibrierungskurve wird unter Verwendung der Konzentrationen des Standards und der Extinktion bei 510 nm dargestellt (Abbildung 10B).
    12. Die Ergebnisse werden in mg Quercetin-Äquivalent (QE) pro g der Probe ausgedrückt, berechnet nach Gleichung19 wie folgt:
      HINWEIS: mg Quercetin-Äquivalent (QE) pro g Probe = [((A510 - c) / m)) in μg Quercetin-Äquivalent × Gesamtvolumen in der Reaktionsvertiefung (ml) x Verdünnung × Gewicht der Trockenprobe (1 g) x Resultierendes Extraktvolumen (ml)] / [(Volumen der in jede Vertiefung gegebenen Probe (ml) x Tatsächliches Gewicht der Trockenprobe (g) × Umrechnungsfaktor von μg in mg (1000)]
      Dabei ist c = y-Schnittpunkt, m = Steigung

4. Bestimmung der antioxidativen Aktivitäten

  1. 1,1-Diphenyl-2-picryl-hydrazil (DPPH) Radikalfänger-Assay
    1. Bestimmung der DPPH-Radikalfängeraktivität von CS-Extrakt gemäß dem Protokoll mit einigen Modifikationen17.
    2. Bereiten Sie eine 10-fache Verdünnung der Proben vor, indem Sie sie mit destilliertem Wasser verdünnen.
    3. Mischen Sie 20 μl der verdünnten Proben mit 135 μl 0,1 mM DPPH-Lösung.
    4. Bereiten Sie verschiedene Konzentrationen des Trolox-Standardkonzentrationsbereichs (siehe Tabelle 5 und 6) vor, indem Sie mit 135 μl 0,1 mM DPPH-Lösung mischen.
    5. Die Mischung im Dunkeln bei Raumtemperatur 30 min inkubieren.
    6. Messen Sie die Extinktion der Resultierenden bei 517 nm (Abbildung 9C).
    7. Die Standardkalibrierungskurve ist unter Verwendung der Konzentrationen des Standards und der %-Hemmung grafisch darzustellen (Abbildung 10C).
    8. Berechnen Sie die prozentuale Hemmung des DPPH-Assays wie folgt:
      % Hemmung = [(Absorption der Kontrolle − Absorption der Probe)/ Absorption der Kontrolle] × 100
    9. Die Ergebnisse werden in mg der Trolox-äquivalenten antioxidativen Kapazität pro g der Probe ausgedrückt, berechnet nach der folgenden Gleichung20:
      HINWEIS: mg Trolox-Äquivalent (TE) pro g Probe = [((% Hemmung-c) / m) in μg Trolox-Äquivalent × Gesamtvolumen in der Reaktionsvertiefung (ml) x Verdünnung × Gewicht der Trockenprobe (1 g) x Resultantisches Extraktvolumen (mL)] / [(Volumen der in jede Vertiefung gegebenen Probe (mL) x Tatsächliches Gewicht der Trockenprobe (g) × Umrechnungsfaktor von μg in mg (1000)]
      Dabei ist c = y-Schnittpunkt, m = Steigung
  2. 2,2′-Azino-Bis-3-ethylbenzthiazolin-6-sulfonsäure (ABTS) Radikalfänger-Assay
    1. Bestimmen Sie die ABTS-Radikalfängeraktivität von CS-Extrakt unter Verwendung des Protokolls aus der Referenz mit einigen Modifikationen17.
    2. Die ABTS·+ Stammlösung wird durch Mischen von 7 mM ABTS und 2,45 mM Kaliumpersulfat (1:2) hergestellt und im Dunkeln bei Raumtemperatur 16 h inkubiert.
    3. Bereiten Sie die Arbeitslösung vor, indem Sie 5 mL ABTS·+ Stammlösung mit 100 mL deionisiertem Wasser mischen.
    4. Mischen Sie 160 μl ABTS·+ Arbeitslösung mit 10 μl der 10-fach verdünnten Probe oder des Trolox-Standards in unterschiedlichen Konzentrationen (siehe Tabelle 7 und Tabelle 8).
    5. Inkubieren Sie die Reaktion im Dunkeln bei Raumtemperatur für 30 min.
    6. Die Extinktion des Gemisches bei 734 nm wird bestimmt (Abbildung 9D).
    7. Die Standardkalibrierungskurve ist unter Verwendung der Konzentrationen des Standards und der %-Hemmung darzustellen (Abbildung 10D).
    8. Berechnen Sie die prozentuale Hemmung des ABTS-Assays mit der folgenden Formel:
      % Hemmung = [(Absorption der Kontrolle - Absorption der Probe) / Absorption der Kontrolle] × 100.
      1. Drücken Sie die Ergebnisse in mg der Trolox-äquivalenten antioxidativen Kapazität pro g der Probe aus, berechnet nach der folgenden Gleichung21:
        HINWEIS: mg Trolox-Äquivalent (TE) pro g Probe = [((% Hemmung - c) / m)) in μg Trolox-Äquivalent × Gesamtvolumen in der Reaktionsvertiefung (ml) x Verdünnung × Gewicht der Trockenprobe (1 g) x Resultantisches Extraktvolumen (mL)] / [(Volumen der in jede Vertiefung gegebenen Probe (mL) x Tatsächliches Gewicht der Trockenprobe (g) × Umrechnungsfaktor von μg in mg (1000)]
        Dabei ist c = y-Schnittpunkt, m = Steigung
  3. Eisen-reduzierender Antioxidans-Power-Assay (FRAP)
    1. Bestimmen Sie die eisenreduzierende antioxidative Aktivität von CS-Extrakt gemäß dem Protokoll mit einigen Modifikationen17.
    2. Bereiten Sie das FRAP-Reagenz unter Verwendung eines 30 mM Acetatpuffers bei einem pH 3,6 vor, der eine Mischung aus 10 mM TPTZ-Lösung in 40 mM HCl und 20 mM FeCl3.6H 2O Lösung in einem Verhältnis von 10:1:1 ist.
    3. Geben Sie das FRAP-Reagenz bis zur Verwendung in eine braune Flasche.
      HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass das FRAP-Reagenz braun ist. Wenn das Reagenz durch Metallionen oder andere reaktive Verbindungen verunreinigt ist, färbt es sich violett und muss verworfen werden. Verwenden Sie nur frisch zubereitete Reagenzien.
    4. Bereiten Sie eine 5-fache Verdünnung der Proben vor, indem Sie sie mit destilliertem Wasser verdünnen.
    5. 10 μl der verdünnten Probe oder 20 μl FeSO4,7H 2O in unterschiedlichen Standardkonzentrationen (Tabelle 9 und Tabelle 10) zu 180 μl der FRAP-Lösung geben.
    6. Inkubieren Sie die Reaktion 4 Minuten lang bei Raumtemperatur.
    7. Bewerten Sie die Extinktion des Gemisches bei 593 nm (Abbildung 9E).
    8. Die Standardkalibrierungskurve wird unter Verwendung der Konzentrationen des Standards und der Extinktion bei 593 nm dargestellt (Abbildung 10E).
    9. Die Ergebnisse werden in mg FeSO4 pro g der Probe ausgedrückt, berechnet nach der folgenden Gleichung21:
      HINWEIS: mg FeSO4-Äquivalent (Fe (II) E) pro g Probe = [((A593 - c) / m)) in μg FeSO4-Äquivalent × Gesamtvolumen in der Reaktionsvertiefung (ml) x Verdünnung × Gewicht der Trockenprobe (1 g) x Resultierendes Extraktvolumen (mL)] / [(Volumen der in jede Vertiefung gegebenen Probe (ml) x Tatsächliches Gewicht der Trockenprobe (g) × Umrechnungsfaktor von μg in mg (1000)]
      Dabei ist c = y-Schnittpunkt, m = Steigung
  4. Führen Sie alle Assays (TPC, TFC, DPPH, ABTS und FRAP) jeder Probe in dreifacher Ausfertigung durch. In dieser Studie wurde Wasser als Blindwert für die meisten Assays verwendet, mit Ausnahme von DPPH, bei dem Ethanol als Blindwert diente, um die Hintergrundabsorption zu adressieren.

5. Statistische Analyse

  1. Verwenden Sie die SPSS-Software, um eine statistische Analyse der experimentellen Daten durchzuführen.
  2. Führen Sie den Normalitätstest mit dem Shapiro-Wilk-Test durch.
  3. Vergleichen Sie die bioaktiven Substanzen und antioxidativen Aktivitäten von MAE CS-Extrakten auf Polyolbasis und herkömmlichen MAE CS-Extrakten auf Lösungsmittelbasis unter Verwendung der Einweg-ANOVA mit den Mehrbereichstests von Duncan.
  4. Drücken Sie alle Daten als Mittelwert ± SD (n = 3) aus und definieren Sie das Signifikanzniveau bei p < 0,05.

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Ergebnisse

Einfluss von polyolen, Lösungsmitteln und herkömmlichen Lösungsmitteln auf den Gesamtphenolgehalt, den Gesamtflavonoidgehalt, DPPH, FRAP und ABTS-Antioxidationsassays
Die Polarität des Lösungsmittels sollte mit der der zielgerichteten Wirkstoffe kompatibel sein, um die Extraktionseffizienz von bioaktiven Substanzen aus Pflanzenzu verbessern 22. Es wurden Experimente mit verschiedenen Lösungsmitteln (Wasser, Ethanol, Glycerin, Propylenglykol, Butylenglykol, Methylpropandiol, Iso...

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Diskussion

Verschiedene Faktoren spielen eine entscheidende Rolle bei der erfolgreichen Implementierung von MAE, wie z. B. der phytochemische Gehalt der Pflanzenbestandteile, die Extraktionsdauer, die Temperatur, die Mikrowellenleistung, das Fest-Flüssig-Verhältnis und die Lösungsmittelkonzentration13. Pflanzen weisen in der Regel unterschiedliche Profile von sekundären Pflanzenstoffen auf; Daher ist die Auswahl natürlicher Pflanzen, die reich an Antioxidantien und phenolischen Verbindungen sind, unerlässlic...

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Offenlegungen

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Danksagungen

Diese Studie wurde von der Mae Fah Luang Universität finanziert. Die Autoren möchten dem Tee- und Kaffeeinstitut der Mae Fah Luang Universität dafür danken, dass es die Verbindung zwischen den Forschern und den lokalen Bauern bei der Beschaffung von Kaffee-Silberhautproben erleichtert hat.

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
1,2-HexandiolChanjao Longevity Co., Ltd.
2,2 -Azino-bis-3-ethylbenzothiazolin-6-sulfonsäurediammoniumsalz (ABTS)SigmaA1888
2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH)SigmaD9132
2,4,6-Tri(2-pyridyl)-s-triazin (TPTZ)Sigma93285
2-DigitalwaageOhausPioneer
4-DigitalwaageDenverSI-234
6-Hydroxy-2,5,7,8-Tetramethylchroman-2-carbonsäure (Trolox)Sigma238813
96-Well-PlatteSPL Life Science
Absolutes EthanolRCI Labscan64175
EssigsäureRCI Labscan64197
AluminiumchloridLoba Chemie898
Automatic PipetteLabnetBiopett
ButylenglykolChanjao Longevity Co., Ltd.
Ethos X fortschrittliche MikrowellenextraktionMilestone Srl, Sorisole, Italien
EisensulfatAjex Finechem3850
Folin-Ciocalteu's ReagenzLoba Chemie3870
Freezer SFSanyoC697 (GYN)
GallussäureSigma398225
MühleVerifizierter Lieferant
Hexylenglykol- Chanjao Longevity Co., Ltd.
Salzsäure (37%)RCI LabscanAR1107
Eisen(III)-chloridLoba Chemie3820
IsopentyldiolChanjao Longevity Co., Ltd.
MethanolRCI Labscan67561
MethylpropandiolVerifizierter Lieferant - Chanjao Longevity Co., Ltd.
PentylenglykolChanjao Longevity Co., Ltd.
KaliumpersulfatLoba Chemie5420
PropylenglykolChanjao Longevity Co., Ltd.
QuercetinSigmaQ4951
KühlzentrifugeHettich
NatriumacetatLoba Chemie5758
NatriumcarbonatLoba Chemie5810
NatriumhydroxidRCI LabscanAR1325
NatriumnitritLoba Chemie5954
SPECTROstar Nano Mikroplatten-ReaderBMG- LABTECH
SPSS SoftwareIBM SPSS Statistics 20
Tray-TrocknerFrankreich EtuvesXUE343
-

Referenzen

  1. Wawoczny, A., Gillner, D. The most potent natural pharmaceuticals, cosmetics, and food ingredients isolated from plants with deep eutectic solvents. J Agric Food Chem. 71 (29), 10877-10900 (2023).
  2. Syukur, M., Prahasiwi, M. S., Yuliani, S., Purwaningsih, Y., Indriyanti, E. Profiling of active compounds of extract ethanol, n-hexane, ethyl acetate and fraction ethanol of star anise (Illicium verum hook. F.) and determination of total flavonoids, total phenolics and their potential as antioxidants. Sci Technol Indones. 8 (2), 219-226 (2023).
  3. Supjaroenporn, C., Khongcharoen, P., Myo, H., Khat-Udomkiri, N. Studying the optimization, characterization, and antioxidant activities of phenolic extracts extracted from Rhus chinensis Mill. Leaf using microwave-assisted extraction system with glycerol as a green solvent. Curr Bioact Compd. 20 (3), 68-82 (2024).
  4. Gasser, M. S., Abdel Rahman, R. O. Sustainability of solvent extraction techniques in pollution prevention and control. Handbook of advanced approaches towards pollution prevention and control. , Elsevier. 33-66 (2021).
  5. Płotka-Wasylka, J., Rutkowska, M., Owczarek, K., Tobiszewski, M., Namieśnik, J. Extraction with environmentally friendly solvents. TrAC, Trends Anal Chem. 91, 12-25 (2017).
  6. Queffelec, J., Beraud, W., Torres, M. D., Domínguez, H. Advances in obtaining ready-to-use extracts with natural solvents. Sustain Chem Pharm. 38, 101478(2024).
  7. Can Karaca, A., Erdem, I. G., Ak, M. M. Effects of polyols on gelation kinetics, gel hardness, and drying properties of alginates subjected to internal gelation. LWT. 92, 297-303 (2018).
  8. Nastasi, J. R., Daygon, V. D., Kontogiorgos, V., Fitzgerald, M. A. Qualitative analysis of polyphenols in glycerol plant extracts using untargeted metabolomics. Metabolites. 13 (4), 566(2023).
  9. Khat-Udomkiri, N., Gatnawa, G., Boonlerd, N., Myo, H. Valorization of Camellia sinensis flowers in cosmetic and pharmaceutical applications: Optimization of microwave-assisted glycerin extraction. Waste Biomass Valori. 15, 323-335 (2023).
  10. Myo, H., Yaowiwat, N., Pongkorpsakol, P., Aonbangkhen, C., Khat-Udomkiri, N. Butylene glycol used as a sustainable solvent for extracting bioactive compounds from Camellia sinensis flowers with ultrasound-assisted extraction. ACS omega. 8 (5), 4976-4987 (2023).
  11. Myo, H., Khat-Udomkiri, N. Optimization of ultrasound-assisted extraction of bioactive compounds from coffee pulp using propylene glycol as a solvent and their antioxidant activities. Ultrason Sonochem. 89, 106127(2022).
  12. Twaij, B. M., Hasan, M. N. Bioactive secondary metabolites from plant sources: Types, synthesis, and their therapeutic uses. Int J Plant Biol. 13 (1), 4-14 (2022).
  13. Bitwell, C., Sen, I. S., Luke, C., Kakoma, M. K. A review of modern and conventional extraction techniques and their applications for extracting phytochemicals from plants. Sci Afr. 19, e01585(2023).
  14. Chakrabortty, S., et al. Recent advances in food biotechnology. Kumar, A., Patruni, K., Singh, V. , Springer Nature Singapore. Singapore. 353-370 (2022).
  15. Fan, L., et al. Mechanochemical assisted extraction as a green approach in preparation of bioactive components extraction from natural products - A review. Trends Food Sci Technol. 129, 98-110 (2022).
  16. Bessada, S. M., C Alves, R., Pp Oliveira, M. B. Coffee silverskin: A review on potential cosmetic applications. Cosmetics. 5 (1), 5(2018).
  17. Myo, H., Nantarat, N., Khat-Udomkiri, N. Changes in bioactive compounds of coffee pulp through fermentation-based biotransformation using Lactobacillus plantarum TISTR 543 and its antioxidant activities. Fermentation. 7 (4), 292(2021).
  18. Molole, G. J., Gure, A., Abdissa, N. Determination of total phenolic content and antioxidant activity of Commiphora mollis (oliv). Engl. Resin. BMC Chem. 16 (1), 48(2022).
  19. Barku, V., Opoku-Boahen, Y., Owusu-Ansah, E., Mensah, E. Antioxidant activity and the estimation of total phenolic and flavonoid contents of the root extract of Amaranthus spinosus. Asian J Plant Sci Res. 3 (1), 69-74 (2013).
  20. Samarasiri, M., Chandrasiri, T., Wijesinghe, D., Gunawardena, S. Antioxidant capacity and total phenolic content variations against Morinda citrifolia L. fruit juice production methods. Int J Food Eng. 5, 293-299 (2019).
  21. Rumpf, J., Burger, R., Schulze, M. Statistical evaluation of DPPH, ABTS, FRAP, and Folin-Ciocalteu assays to assess the antioxidant capacity of lignins. Int J Biol Macromol. 233, 123470(2023).
  22. Lainez-Cerón, E., Ramírez-Corona, N., Jiménez-Munguía, M. T., Palou, E., López-Malo, A. Extraction of bioactive compounds from plants by means of new environmentally friendly solvents. Research and technological advances in food science. , Academic Press. 301-332 (2022).
  23. Yu, M., Gouvinhas, I., Rocha, J., Barros, A. I. R. N. A. Phytochemical and antioxidant analysis of medicinal and food plants towards bioactive food and pharmaceutical resources. Sci Rep. 11 (1), 10041(2021).
  24. Lefebvre, T., Destandau, E., Lesellier, E. Selective extraction of bioactive compounds from plants using recent extraction techniques: A review. J Chromatogr A. 1635, 461770(2021).
  25. Nandasiri, R., Eskin, N. M., Thiyam-Höllander, U. Antioxidative polyphenols of canola meal extracted by high pressure: Impact of temperature and solvents. J Food Sci. 84 (11), 3117-3128 (2019).
  26. Jha, A. K., Sit, N. Extraction of bioactive compounds from plant materials using combination of various novel methods: A review. Trends Food Sci Technol. 119, 579-591 (2022).
  27. Czarnecki, M. A., et al. Solvent effect on the competition between weak and strong interactions in phenol solutions studied by near-infrared spectroscopy and DFT calculations. Phys Chem Chem Phys. 23 (35), 19188-19194 (2021).
  28. Lu, W., Mackie, C. J., Xu, B., Head-Gordon, M., Ahmed, M. A computational and experimental view of hydrogen bonding in glycerol water clusters. J Phys Chem A. 126 (10), 1701-1710 (2022).
  29. Fan, C., Liu, Y., Sebbah, T., Cao, X. A theoretical study on terpene-based natural deep eutectic solvent: Relationship between viscosity and hydrogen-bonding interactions. Glob Chall. 5 (3), 2000103(2021).
  30. Liese, S., Schlaich, A., Netz, R. R. Dielectric constant of aqueous solutions of proteins and organic polymers from molecular dynamics simulations. J Chem Phys. 156 (22), 224903(2022).
  31. Noreland, E., Gestblom, B., Sjöblom, J. Dielectric relaxation studies of 1-hexanol and 1, 2-hexanediol in heptane. J Solution Chem. 18, 303-312 (1989).
  32. Wohlfarth, C. Permittivity (dielectric constant) of liquids. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 6, http://webdelprofesor.ula.ve/ciencias/isolda/libros/handbook.pdf (1994).
  33. Dean, J. R. Extraction techniques for environmental analysis. , John Wiley & Sons. (2022).
  34. Nour, A. H., Oluwaseun, A. R., Nour, A. H., Omer, M. S., Ahmed, N. Microwave-assisted extraction of bioactive compounds. Microwave heating. Electromagnetic fields causing thermal and non-thermal effects. , https://www.intechopen.com/books/10089 1-31 (2021).
  35. David, F., Ochiai, N., Sandra, P. Stir bar sorptive extraction: A versatile, sensitive and robust technique for targeted and untargeted analyses. Evolution of solid-phase microextraction technology. , https://www.intechopen.com/books/10089. (2023).
  36. López-Fernández, O., et al. Determination of polyphenols using liquid chromatography-tandem mass spectrometry technique (LC-MS/MS): A review. Antioxidants. 9 (6), 479(2020).

Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.

Nachdrucke und Genehmigungen

Weitere Artikel entdecken

Polyolbasierte LösungsmittelAntioxidative AktivitätKaffeepelliculeGrüne ExtraktionGesamte PhenolgehaltDPPH-AssayFlavonoidgehalt
Mikrowellengestützte Extraktion von phenolischen Verbindungen und Antioxidantien für kosmetische Anwendungen mit polyolbasierter Technologie
Kontaktieren Sie uns
Der Bibliothek empfehlen

Datenschutz

Nutzungsbedingungen

Richtlinien

Urheberrecht © 2026 MyJoVE Corporation. Alle Rechte vorbehalten.