Ausbeutebestimmende Einflussfaktoren bei der Extraktion von Flavonoiden aus Pflanzenblättern

  • Yield determining parameters in natural plant extraction of flavonoids from plant leaves

Lück, Manuel; Jupke, Andreas (Thesis advisor); Usadel, Björn (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021, 2022)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021

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.

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