Questo protocollo descrive in dettaglio l’utilizzo di un metodo di estrazione a microonde a base di polioli per l’estrazione di composti fenolici e antiossidanti naturali, che rappresenta un approccio pratico ed ecosostenibile allo sviluppo di estratti pronti all’uso.
L’utilizzo di polioli come solventi verdi per l’estrazione di composti bioattivi da materiali vegetali ha attirato l’attenzione grazie alla loro sicurezza e al loro comportamento inerte con sostanze chimiche bioattive vegetali. Questo studio esplora l’estrazione sostenibile di composti fenolici e antiossidanti naturali dal silverskin del caffè utilizzando il metodo dell’estrazione assistita da microonde (MAE) con solventi a base di polioli: glicerina, glicole propilenico (PG), glicole butilenico (BG), metilpropandiolo (MPD), isopentildiolo (IPD), glicole pentilenico, 1,2-esandiolo e glicole esilenico (HG). È stata condotta un’analisi comparativa sulle estrazioni convenzionali e non convenzionali con solventi, concentrandosi sul loro impatto sui composti bioattivi del MAE, comprendendo parametri come il contenuto fenolico totale (TPC), il contenuto totale di flavonoidi (TFC) e le attività antiossidanti come il saggio di eliminazione dei radicali 1,1-difenil-2-pirilidrazil (DPPH), il saggio di eliminazione dei radicali 2,2′-azino-bis(-3-etilbenzotiazolina-6-acido solfonico) (ABTS) e il saggio del potere antiossidante riducente ferrico (FRAP). I valori più elevati sono stati osservati per TPC con estrazione acquosa-1,2-esandiolo (campione da 52,0 ± 3,0 mg GAE/g), TFC con estrazione acquosa-1,2-esandiolo (campione da 20,0 ± 1,7 mg QE/g), DPPH con estrazione acquosa da HG (campione da 13,6 ± 0,3 mg TE/g), ABTS con estrazione acquosa di glicole pentilenico (campione da 8,2 ± 0,1 mg TE/g) e FRAP con estrazione acquosa da HG (campione da 21,1 ± 1,3 mg Fe (II) E/g). Questa ricerca mira a far progredire la tecnologia di estrazione ecologica attraverso componenti vegetali naturali, promuovendo la sostenibilità riducendo al minimo l’uso di sostanze chimiche pericolose e riducendo il consumo di tempo ed energia, con potenziali applicazioni nei cosmetici.
Al giorno d’oggi, c’è una tendenza globale verso la consapevolezza ambientale nell’industria della bellezza, che porta i produttori a concentrarsi sulla tecnologia verde per l’estrazione di componenti vegetali utilizzando alternative sostenibili1. In genere, i solventi tradizionali come l’etanolo, il metanolo e l’esano vengono utilizzati per estrarre componenti fenolici vegetali e antiossidanti naturali2. Tuttavia, la presenza di residui di solventi all’interno degli estratti vegetali rappresenta un potenziale rischio per la salute umana, inducendo irritazione della pelle e degli occhi3, in particolare per quanto riguarda la loro applicazione prevista nei cosmetici. Di conseguenza, è difficile eliminare tali residui di solvente dagli estratti, un processo che richiede un notevole investimento in tempo, energia e risorse umane4. Recentemente, l’acqua surriscaldata, i liquidi ionici, i solventi eutettici profondi e i solventi bioderivati sono emersi come approcci promettenti per l’estrazione con solventi ecologici5. Tuttavia, il loro utilizzo è ancora limitato dalla separazione dei prodotti nei processi a base acquosa. Per affrontare queste sfide, lo sviluppo di estratti pronti all’uso emerge come una soluzione praticabile6.
I polioli sono spesso utilizzati nelle formulazioni cosmetiche come umettanti a causa della loro buona polarità e capacità di trattenere l’umidità dall’ambiente7. Inoltre, polioli come glicerina, glicole propilenico, glicole butilenico, metilpropandiolo, isopentildiolo, glicole pentilenico, 1,2-esandiolo e glicole esilenico possono essere utilizzati per le estrazioni vegetali. Sono considerati solventi non tossici, biodegradabili, ecologici, non reattivi e sicuri per l’uso nell’estrazione delle piante8. Inoltre, i polioli possono resistere al calore generato durante l’estrazione assistita da microonde (MAE) grazie ai loro punti di ebollizione elevati e alla polarità9. Questi polioli sono generalmente riconosciuti come sostanze chimiche sicure (GRAS) dalla Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti. A differenza dei solventi convenzionali come l’etanolo o il metanolo, che possono richiedere una rimozione rigorosa dall’estratto a causa dei loro effetti potenzialmente dannosi, i polioli offrono il vantaggio di ridurre al minimo l’energia, il tempo e i costi associati ai processi di rimozione dei solventi10. Ciò non solo semplifica il processo di estrazione, ma migliora anche l’efficienza e la sostenibilità complessive del metodo di estrazione. Precedenti ricerche hanno impiegato polioli come il glicole propilenico e il glicole butilenico come solventi nell’estrazione di composti bioattivi dai fiori di Camellia sinensis 10 e dalla polpa di caffè11, rivelando un potenziale significativo per il loro ruolo come solventi alternativi sostenibili nel processo di estrazione delle piante. Pertanto, il continuo sviluppo e l’ottimizzazione di un sistema solvente poliolo-acqua ha il potenziale per progressi significativi nella chimica verde e nelle pratiche industriali sostenibili.
Generalmente, i composti bioattivi presenti nelle piante sono sintetizzati come metaboliti secondari. Questi composti possono essere classificati in tre gruppi principali: terpeni e terpenoidi, alcaloidi e composti fenolici12. Vari metodi di estrazione vengono utilizzati in diverse condizioni per isolare specifici composti bioattivi dalle piante. I composti bioattivi da materiali vegetali possono essere estratti utilizzando tecniche convenzionali o non convenzionali. I metodi tradizionali includono la macerazione, l’estrazione a riflusso e l’idrodistillazione, mentre i metodi non convenzionali consistono nell’estrazione assistita da ultrasuoni, nell’estrazione assistita da enzimi, nell’estrazione assistita da microonde (MAE), nell’estrazione pulsata assistita da campo elettrico, nell’estrazione di fluidi supercritici e nell’estrazione di liquidi pressurizzati13. Questi metodi non convenzionali sono progettati per migliorare la sicurezza utilizzando solventi e ausiliari più sicuri, migliorando l’efficienza energetica, prevenendo la degradazione dei componenti bioattivi e riducendo l’inquinamento ambientale14.
Inoltre, il MAE è tra le sofisticate tecnologie verdi per l’estrazione di composti bioattivi dalle piante. Le procedure di estrazione convenzionali richiedono una notevole quantità di tempo, energia e temperature elevate, che nel tempo potrebbero degradare i composti bioattivi sensibili al calore13. A differenza delle estrazioni termiche convenzionali, il MAE facilita l’estrazione di composti bioattivi generando un riscaldamento localizzato all’interno del campione, interrompendo le strutture cellulari e migliorando il trasferimento di massa, aumentando così l’efficienza dell’estrazione dei composti. Il calore viene trasferito dall’interno delle cellule vegetali tramite microonde, che operano sulle molecole d’acqua all’interno dei componenti della pianta13. Inoltre, MAE ha fatto progressi per migliorare l’estrazione e la separazione dei composti attivi, aumentando la resa del prodotto, migliorando l’efficienza dell’estrazione, richiedendo meno sostanze chimiche e risparmiando tempo ed energia prevenendo la distruzione dei composti bioattivi15.
Questa ricerca si concentra sull’estrazione di composti fenolici vegetali e antiossidanti naturali attraverso l’estrazione assistita da microonde (MAE) utilizzando diversi tipi di polioli come solventi. Vengono determinati il contenuto fenolico totale (TPC), il contenuto totale di flavonoidi (TFC) e le attività antiossidanti (DPPH, ABTS e FRAP) degli estratti di MAE a base di polioli. Inoltre, il MAE a base di polioli viene confrontato con il MAE utilizzando solventi convenzionali come acqua ed etanolo. Si prevede che questa ricerca contribuirà allo sviluppo di una tecnologia di estrazione sostenibile dal punto di vista ambientale per i componenti naturali, promuovendo la sostenibilità riducendo la dipendenza da sostanze chimiche pericolose, accorciando i tempi di lavorazione e riducendo al minimo il consumo di energia nella produzione di materie prime per potenziali applicazioni nell’industria cosmetica.
Vari fattori giocano un ruolo cruciale nell’implementazione di successo del MAE, come il contenuto fitochimico dei componenti della pianta, la durata dell’estrazione, la temperatura, la potenza delle microonde, il rapporto solido-liquido e la concentrazione del solvente13. Le piante mostrano tipicamente profili variabili di sostanze fitochimiche; Pertanto, la selezione di piante naturali ricche di antiossidanti e composti fenolici è essenziale23. Inoltre, i diversi costitu…
The authors have nothing to disclose.
Questo studio è stato finanziato dall’Università Mae Fah Luang. Gli autori ringraziano il Tea and Coffee Institute dell’Università di Mae Fah Luang per aver facilitato il collegamento tra i ricercatori e gli agricoltori locali per quanto riguarda l’acquisizione di campioni di caffè silverskin.
1,2-Hexanediol | Chanjao Longevity Co., Ltd. | ||
2,2 -Azino-bis 3 ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid diammonium salt (ABTS) | Sigma | A1888 | |
2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) | Sigma | D9132 | |
2,4,6-Tri(2-pyridyl)-s-triazine (TPTZ) | Sigma | 93285 | |
2-Digital balance | Ohaus | Pioneer | |
4-Digital balance | Denver | SI-234 | |
6-hydroxy-2,5,7,8 tetramethylchroman -2-carboxylic acid (Trolox) | Sigma | 238813 | |
96-well plate | SPL Life Science | ||
Absolute ethanol | RCI Labscan | 64175 | |
Acetic acid | RCI Labscan | 64197 | |
Aluminum chloride | Loba Chemie | 898 | |
Automatic pipette | Labnet | Biopett | |
Butylene glycol | Chanjao Longevity Co., Ltd. | ||
Ethos X advanced microwave extraction | Milestone Srl, Sorisole, Italy | ||
Ferrous sulfate | Ajex Finechem | 3850 | |
Folin-Ciocalteu's reagent | Loba Chemie | 3870 | |
Freezer SF | Sanyo | C697(GYN) | |
Gallic acid | Sigma | 398225 | |
Grinder | Ou Hardware Products Co.,Ltd | ||
Hexylene glycol | Chanjao Longevity Co., Ltd. | ||
Hydrochloric acid (37%) | RCI Labscan | AR1107 | |
Iron (III) chloride | Loba Chemie | 3820 | |
Isopentyldiol | Chanjao Longevity Co., Ltd. | ||
Methanol | RCI Labscan | 67561 | |
Methylpropanediol | Chanjao Longevity Co., Ltd. | ||
Pentylene glycol | Chanjao Longevity Co., Ltd. | ||
Potassium persulfate | Loba Chemie | 5420 | |
Propylene glycol | Chanjao Longevity Co., Ltd. | ||
Quercetin | Sigma | Q4951 | |
Refrigerated centrifuge | Hettich | ||
Sodium acetate | Loba Chemie | 5758 | |
Sodium carbonate | Loba Chemie | 5810 | |
Sodium hydroxide | RCI Labscan | AR1325 | |
Sodium nitrite | Loba Chemie | 5954 | |
SPECTROstar Nano microplate reader | BMG- LABTECH | ||
SPSS software | IBM SPSS Statistics 20 | ||
Tray dryer | France Etuves | XUE343 |
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