Hagyományos és modern extrakciós technológiák

Nagy Regina
2020. november 20.
8 perc

A gyógynövények termesztésének, gyűjtésének, feldolgozásának és felhasználásának hagyománya egészen az emberi civilizáció létrejöttéhez vezethető vissza. Elődeink a különféle betegségek gyógyítására kizárólag csak gyógynövényeket alkalmaztak kezdve az apró horzsolásoktól egészen a súlyos kórállapotokig. Gondoljunk csak bele, mekkora múltra tekint vissza a kínai-, indiai-, egyiptomi orvoslás, amely nagyszerű alapokat fektetett le a fejlődő orvostudomány számára. Az elmúlt 50 évben a szintetikus, kémiailag előállított hatóanyagok használata került előtérbe, azonban az utóbbi évtizedben egyértelműen reneszánszukat élik a gyógynövények és természetes forrásból származó hatóanyagaik. Ahogyan nőtt az efféle termékek iránti kereslet, úgy fejlődött a hatóanyagok kivonatolásának hatékonysága a minél szélesebb körű bioaktivitás elérése érdekében.
Az illóolajok kinyerésér a legáltalánosabb módszer a desztilláció, azonban számos új technológiát fejlesztettek ki, melyek gyorsabban, szélesebb spektrumban, vagy a környezetet kevésbé terhelő módon képesek kivonni a célvegyületeket. A biológiai aktivitással rendelkező komponensek kinyerését extrakciónak nevezzük. Az extrakciós technológia kiválasztásának elengedhetetlen feltétele, hogy ismerjük a célvegyületünket és azok polaritását, majd a megfelelő oldószer megválasztásával (víz, etanol, metanol, egyéb) képesek leszünk kivonni az értékes hatóanyagokat. A mai modern eljárások már különböző paraméterek (nyomás, hőmérséklet, részecskék mérete) finomhangolásával mind mennyiségi és minőségi szempontból is hatékonyabb extrahálást tesznek lehetővé. A következőkben röviden szemléltetem az extrakciós technológiák fejlődését kezdve a hagyományos technológiáktól a mai modern eljárásokig.

Maceráció

A maceráció a legáltalánosabban alkalmazott hagyományos eljárás a növényi anyagok kivonására, egyszerű kivitelezhetőségének és alacsony bekerülési költségének köszönetően. Macerációval történő kivonatolás során az apróra őrölt növényi anyagot zárt edényzetbe helyezzük, majd a magfelelő mennyiségű oldószert hozzáadagoljuk. Folyamatos keverés szükséges a hatékonyság növelése érdekében. Ezt követően hosszú ideig áztatjuk a növényi anyagot, majd szűrést követően, a visszamaradt törkölyből kipréseljük az értékes oldatot. A folyamat további szűrést, tisztítást, oldószer kinyerést és hatóanyag koncentrálást igényel. A maceráció hátránya, hogy nagy mennyiségű szerves oldószert igényel, illetve annak hulladékként való kezelése energiaigényes, továbbá nagy a drog által visszatartott hatóanyag-veszteség.(1) A hagyományos extrakciós technológiák alternatívájaként jelentek meg a modern technológiák, amelyek nemcsak az extrakciós hozamokban és tisztaságukban hatékonyabbak, mint régebbi társaik, de lényegesen lecsökkent az extrakciós idejük is.

Soxhlet-extrakció

A Soxhlet-extrakció a hagyományos extrakciós technológiák közé tartozik. A szilárd-folyadék extrakció egyik legismertebb technikája. Elsőként főleg zsíros összetevők kivonatolására tervezték, de manapság széles körben elterjedt, leginkább laboratóriumban használt módszer. Működési elve azon alapszik, hogy az oldószer folyamatos forrásban tartása miatt a gőzök párolognak, majd hűtés hatására lecsapódnak. A lecsapódott oldószer átjárja a szilárd mintát, ezáltal kioldja belőle az értékes biológiailag aktív vegyületeket. A Soxhlet-extrakciónak a régóta használt macerációhoz képest kisebb oldószerigénye van, azonban az alkalmazás során a szerves oldószerek párolognak, mely veszélyes lehet a környezetre és az emberre egyaránt.(1)

Ultrahangos extrakció (UAE)

Az UAE nagy intenzitású, magas frekvenciájú hanghullámokat alkalmaz (20 kHZ-2000 kHz), amely hatékonysága az akusztikus kavitáció létrehozásán alapszik.(2) Az akusztikus kavitáció egy fizikai jelenség, amely akkor következik be, amikor az ultrahang által generált buborékok összeroppannak, így az egymásnak ütköző folyadékfelületek akkora lökéshullámokat keltenek, ami rezgést és a környezetében lévő molekulák felbomlását eredményezi. Tehát a hanghullámok extrakcióra gyakorolt kedvező hatását a sejtfalak közelében létrejövő mikroüregek és azok összeomlásának tulajdonítják.(3) A mikroüregek összeomlása fizikai, kémiai és mechanikai hatásokat vált ki, amelyek a biológiai membránok felbomlását eredményezik, így megkönnyítve az extrahálandó vegyületek felszabadulását, valamint elősegítik az oldószer behatolását a sejtekbe, hogy javítsák a tömegátadás hatékonyságát.(4,5) A módszer jegyzett előnyei mellett hátrányokkal is jár, hiszen az ultrahangos energia >20 kHz alkalmazása káros hatással lehet a gyógynövények bizonyos biológiailag aktív vegyületeire, ennek következményeként pedig nemkívánatos molekulák (szabadgyökök) képződhetnek.(5)

Mikrohullámú extrakció (MAE)

A MAE egy egyszerű, környezetbarát és gazdaságos módszer a biológiailag aktív vegyületek extrahálására különböző növényi anyagokból.(6) Működési elve azon alapszik, hogy a mikrohullámok egymással merőleges elektromos és mágneses térrel rendelkeznek, továbbá az elektromos mező két egyidejű mechanizmus (dipoláris forgás és az ionvezetés) révén fejleszti a hőenergiát. A hevítés miatt a nedvesség elpárolog és magas gőznyomás keletkezik, amely megbontja a növényi sejtfalat és felszabadítja az értékes vegyületeket. Összességében a MAE rendkívül hatékony az extraktumok előállítására magas hőmérsékleten, rövid extrahálási idővel rendelkezik, kisebb az oldószer igénye és jobb extrahálási hozamot jelent bármelyik hagyományos extrakciós technológiához képest. Egyetlen hátránya ismert, hogy a hirtelen magas hőmérsékleten történő extrahálás miatt a termikusan labilis vegyületek kivonatolására alkalmatlan, azok oxidációja/elbomlása miatt.(2)

Összefoglalva elmondható, hogy a hagyományos kivonatolási technológiák nagy szerves oldószer igénnyel jellemezhetők, mely környezetterheléssel jár, valamint kevésbé tudja kielégíteni a modern fogyasztói igényeket. A modern extrakciós technológiák működési mechanizmusa bonyolultabb, ennek megfelelően komplexebb ismereteket igényel az alkalmazó részéről. A modern extrakciós technológiák alkalmazásának és az ilyen módon előállított termékeknek az ökológiai lábnyoma kisebb, ugyanakkor a működtetésük specifikusabb, tudásigényük nagyobb. A Bio Membrane Technology Kft. elkötelezett amellett, hogy az általunk alkalmazott technológiák egyaránt legyenek a környezetet minimálisan terhelők, valamint a kívánt célvegyületeket és hatóanyagkomplexeket a legnagyobb tisztaságban és spektrumban kivonni képes eljárások.

Irodalomjegyzék

  1. J. Azmir a, I.S.M. Zaidul a,⇑, M.M. Rahman a, K.M. Sharif a, A. Mohamed a, F. Sahena b, M.H.A. Jahurul b, K. Ghafoor c, N.A.N. Norulaini d, A.K.M. Omar b 2013: Techniques for extraction of biioactive compounds from plant materials: A review. Journal of Food Engineering 117: 426-436
  2. Ankit G, Madhu N, Vijay K. 2012: Modern extraction methods for preparation of bioactive plant extract. International Journal of Applied and Natural Sciences Vol.1, Issue 1
  3. Bartos Csilla, Ambrus Rita, Szabóné Révész Piroska 2014: Szónikus kavitáció alkalmazása hatóanyag szemcseméretének csökkentésére. Acta Pharmaceutica Hungarica 84. 1-5.
  4. Cares MG, Vargas Y, Gaete L, Sainz J, Alarcon J. 2009. Ultrasonically assisted extraction of bioactive principles from Quillaja Saponaria Molina. Physics. Procedia. 3: 169-178.
  5. Metherel AH, Taha AY, Izadi H, Stark KD. 2009. The application of ultrasound energy to increase lipid extraction throughput of solid matrix samples [flaxseed]. Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids. 81: 417-23.
  6. Handa SS, Khanuja SPS, Longo G, and Rakesh DD. 2008. Extraction technologies for medicinal and aromatic plants. Trieste: ICS UNIDO.
  7. Hemwimon S, Pavasant P, Shotipruk A. 2007. Microwave assisted extraction of antioxidative arthraquinones from roots of Morinda citrifolia. Sep. Purif. Technol. 54: 44-50.

Szerzők

Zubay Péter
okleveles ökológiai gazdálkodási mérnök
SZIE-KERTK Gyógy-és Aromanövények tanszék doktorandusz

Nagy Regina
Bio Membrane Technology Kft., biomérnök