Microgolf-geassisteerde extractie van fenolische verbindingen en antioxidanten voor cosmetische toepassingen met behulp van technologie op basis van polyol

Tegenwoordig is er een wereldwijde trend naar milieubewustzijn in de schoonheidsindustrie, waardoor fabrikanten zich richten op groene technologie voor het extraheren van plantaardige componenten met behulp van duurzame alternatieven¹. Meestal worden traditionele oplosmiddelen zoals ethanol, methanol en hexaan gebruikt om plantaardige fenolische componenten en natuurlijke antioxidanten te extraheren². De aanwezigheid van residuen van oplosmiddelen in plantenextracten vormt echter een potentieel risico voor de gezondheid van de mens en veroorzaakt huid- en oogirritatie³, met name wat betreft de beoogde toepassing ervan in cosmetica. Het is dan ook een uitdaging om dergelijke oplosmiddelresten uit de extracten te verwijderen, een proces dat aanzienlijke investeringen in tijd, energie en personele middelen^vereist4. Onlangs zijn oververhit water, ionische vloeistoffen, diepe eutectische oplosmiddelen en bio-afgeleide oplosmiddelen naar voren gekomen als veelbelovende benaderingen voor groene oplosmiddelextractie⁵. Het gebruik ervan wordt echter nog steeds beperkt door productscheiding in processen op basis van water. Om deze uitdagingen aan te gaan, komt de ontwikkeling van kant-en-klare extracten naar voren als een haalbare oplossing⁶.

Polyolen worden vaak gebruikt in cosmetische formuleringen als bevochtigingsmiddelen vanwege hun goede polariteit en het vermogen om vocht uit de omgeving vast te houden⁷. Bovendien kunnen polyolen zoals glycerine, propyleenglycol, butyleenglycol, methylpropaandiol, isopentyldiol, pentyleenglycol, 1,2-hexaandiol en hexyleenglycol worden gebruikt voor plantenextracten. Ze worden beschouwd als niet-giftige, biologisch afbreekbare, milieuvriendelijke, niet-reactieve en veilige oplosmiddelen voor gebruik bij plantenextractie⁸. Bovendien zijn polyolen bestand tegen de warmte die wordt gegenereerd tijdens microgolf-geassisteerde extractie (MAE) vanwege hun verhoogde kookpunten en polariteit⁹. Deze polyolen worden door de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) algemeen erkend als veilige (GRAS) chemicaliën. In tegenstelling tot conventionele oplosmiddelen zoals ethanol of methanol, die vanwege hun potentieel schadelijke effecten rigoureus uit het extract moeten worden verwijderd, bieden polyolen het voordeel dat ze de energie, tijd en kosten die gepaard gaan met het verwijderen van oplosmiddelen tot een minimum^beperken10. Dit stroomlijnt niet alleen het extractieproces, maar verbetert ook de algehele efficiëntie en duurzaamheid van de extractiemethode. Eerdere onderzoeken hebben polyolen zoals propyleenglycol en butyleenglycol gebruikt als oplosmiddelen bij de extractie van bioactieve stoffen uit Camellia sinensis-bloemen ¹⁰ en koffiepulp¹¹, wat een aanzienlijk potentieel heeft voor hun rol als duurzame alternatieve oplosmiddelen in het extractieproces van planten. De voortdurende ontwikkeling en optimalisatie van een polyolen-wateroplosmiddelsysteem heeft dus het potentieel voor aanzienlijke vooruitgang in groene chemie en duurzame industriële praktijken.

Over het algemeen worden bioactieve stoffen die in planten worden aangetroffen, gesynthetiseerd als secundaire metabolieten. Deze verbindingen kunnen worden onderverdeeld in drie hoofdgroepen: terpenen en terpenoïden, alkaloïden en fenolische verbindingen¹². Verschillende extractiemethoden worden onder verschillende omstandigheden gebruikt om specifieke bioactieve stoffen uit planten te isoleren. Bioactieve stoffen uit plantaardig materiaal kunnen worden geëxtraheerd met behulp van conventionele of niet-conventionele technieken. Traditionele methoden omvatten maceratie, refluxextractie en hydrodestillatie, terwijl niet-conventionele methoden bestaan uit ultrasound-geassisteerde extractie, enzym-geassisteerde extractie, microgolf-geassisteerde extractie (MAE), gepulseerde elektrische veld-geassisteerde extractie, superkritische vloeistofextractie en vloeistofextractie onder druk¹³. Deze niet-conventionele methoden zijn ontworpen om de veiligheid te verbeteren door veiligere oplosmiddelen en hulpmiddelen te gebruiken, de energie-efficiëntie te verbeteren, degradatie van de bioactieve componenten te voorkomen en milieuvervuiling te verminderen¹⁴.

Bovendien is MAE een van de geavanceerde groene technologieën voor het extraheren van bioactieve stoffen uit planten. Conventionele extractieprocedures vereisen aanzienlijke hoeveelheden tijd, energie en hoge temperaturen, die na verloop van tijd warmtegevoelige bioactieve stoffen kunnen aantasten¹³. In tegenstelling tot conventionele thermische extracties vergemakkelijkt MAE de extractie van bioactieve stoffen door plaatselijke verwarming in het monster te genereren, celstructuren te verstoren en de massaoverdracht te verbeteren, waardoor de efficiëntie van de extractie van verbindingen wordt verhoogd. Warmte wordt vanuit de plantencellen overgedragen door microgolven, die werken op de watermoleculen in de plantcomponenten¹³. Bovendien is MAE gevorderd in het verbeteren van de extractie en scheiding van actieve stoffen, het verhogen van de productopbrengst, het verbeteren van de extractie-efficiëntie, het vereisen van minder chemicaliën en het besparen van tijd en energie, terwijl de vernietiging van bioactieve stoffen wordt^voorkomen15.

Dit onderzoek richt zich op de extractie van plantaardige fenolische verbindingen en natuurlijke antioxidanten door middel van microgolf-geassisteerde extractie (MAE) met behulp van verschillende soorten polyolen als oplosmiddelen. Het totale fenolgehalte (TPC), het totale flavonoïdegehalte (TFC) en de antioxiderende activiteiten (DPPH, ABTS en FRAP) van op polyol gebaseerde MAE-extracten worden bepaald. Bovendien wordt MAE op basis van polyol vergeleken met MAE met behulp van conventionele oplosmiddelen zoals water en ethanol. Dit onderzoek zal naar verwachting bijdragen aan de ontwikkeling van milieuvriendelijke extractietechnologie voor natuurlijke componenten, het bevorderen van duurzaamheid door de afhankelijkheid van gevaarlijke chemicaliën te verminderen, verwerkingstijden te verkorten en het energieverbruik bij de productie van grondstoffen te minimaliseren voor mogelijke toepassingen binnen de cosmetica-industrie.