RO129987B1 - Procedeu de recuperare a compuşilor bioactivi din plante aromatice - Google Patents

Procedeu de recuperare a compuşilor bioactivi din plante aromatice Download PDF

Info

Publication number
RO129987B1
RO129987B1 ROA201300895A RO201300895A RO129987B1 RO 129987 B1 RO129987 B1 RO 129987B1 RO A201300895 A ROA201300895 A RO A201300895A RO 201300895 A RO201300895 A RO 201300895A RO 129987 B1 RO129987 B1 RO 129987B1
Authority
RO
Romania
Prior art keywords
plant material
extraction
bio
ethyl alcohol
essential oils
Prior art date
Application number
ROA201300895A
Other languages
English (en)
Other versions
RO129987A0 (ro
Inventor
Florin Oancea
Sylviu Amundala Renaud Kumbakisaka
Mariana Pătraşcu
Original Assignee
Primosal Srl
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Primosal Srl filed Critical Primosal Srl
Priority to ROA201300895A priority Critical patent/RO129987B1/ro
Publication of RO129987A0 publication Critical patent/RO129987A0/ro
Publication of RO129987B1 publication Critical patent/RO129987B1/ro

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D11/00Solvent extraction
    • B01D11/02Solvent extraction of solids
    • B01D11/0292Treatment of the solvent
    • B01D11/0296Condensation of solvent vapours
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D11/00Solvent extraction
    • B01D11/02Solvent extraction of solids
    • B01D11/0211Solvent extraction of solids in combination with an electric or magnetic field
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D11/00Solvent extraction
    • B01D11/02Solvent extraction of solids
    • B01D11/0261Solvent extraction of solids comprising vibrating mechanisms, e.g. mechanical, acoustical
    • B01D11/0265Applying ultrasound

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Medicines Containing Plant Substances (AREA)
  • Cosmetics (AREA)

Description

Prezenta invenție se referă la un procedeu de recuperare a compușilor bioactivi din plante aromatice. Invenția se referă la un procedeu de valorificare complexă a materialului vegetal, în special a materialului vegetal din plante aromatice, prin extracție secvențială a diferitelor componente active, hidrofobe și hidrofile și/sau amfifile, și prelucrarea ulterioară a materialului extras, pentru obținerea de compuși cu utilizări diverse, ca ingrediente active pentru produse cosmetice sau farmaceutice, aditivi alimentari sau furajeri, suplimente nutritive, produse pentru stimularea și/sau protecția plantelorcultivate, materii prime pentru materiale bio-compozite și fertilizanți/amelioratori de sol.
Sunt cunoscute procedee care au ca scop valorificarea cât mai completă a diferiților compuși prezenți în materialul vegetal, provenit din plante aromatice și/sau medicinale. Prin procedeele uzuale se extrag specific din plantele aromatice fie componente bio-active hidrofobe (uleiuri esențiale), fie componente hidrofile/amfifile (de exemplu polifenolii antioxidanți). Materialul vegetal rezidual rămas după extragerea acestor componente continuă să fie o sursă de diferite componente cu utilizări practice, inclusiv ingrediente pentru produse naturale bio-active - a se vedea, de exemplu, review-ul Santana Meridas et al., 2012, Phytochem. Rev. 11:447-466. Cererea de brevet WO 0033859 A1 descrie un procedeu de extracție (simultană) a uleiurilor esențiale și a antioxidanților (polifenolici) din plante aromatice din familia Labiatae/Lamiaceae, prin folosirea unui amestec de solvenți. Procedeul este destinat în special grupului de plante aromatice constituit de: rozmarin, salvie, isop, oregano, maghiran, mentă, sovârv, lavandă. Amestecul de solvenți folosit este tetrafluoretanul, între 60 și 95%, și un solvent organic, acetona și/sau etanolul și/sau metanolul. Prin înlăturarea amestecului de solvenți se obține un lichid uleios, cu activitate antioxidantă, și cu o foarte bună miscibilitate cu uleiurile comestibile, cum este, de exemplu, uleiul de soia. Procedeul nu revendică o etapă precis delimitată, prin care să se separe componentele amfifile antioxidante de uleiul esențial hidrofob, deși include un exemplu prin care separă prin distilare componentele unui ulei esențial, dintr-un extract obținut după eliminarea tetrafluoretanului din amestecul rezultat prin procesarea timp de 1 h, la o temperatură de 25...26°C și la o presiune de 7 bar, a 1 parte material vegetal cu 10 părți solvenți, din care 80% tetrafluoretan, 12% metanol și 8% acetonă.
Un alt dezavantaj al procedeului descris de cererea de brevet WO 0033859 este determinat de utilizarea ca solvent a tetrafluoretanului, compus a cărui utilizare este în curs de restrângere datorită acțiunii sale de gaz de seră, cu potențial de încălzire global de 1300 a se vedea, de exemplu, Propunerea de Regulament a Parlamentului European și a Consiliului privind gazele fluorurate cu efect de seră, COM (2012) 643 final. De asemenea, procedeul nu include etape prin care să se valorifice în continuare materialul vegetal, rămas ne-extras în amestecul inițial de solvenți, care mai conține o serie de compuși, din care se pot obține produse cu valoare adăugată.
întrucât procedeul descris prin WO 0033859 nu revendică în mod specific etape prin care să se realizeze o separare ulterioară a fracției antioxidante hidrofil/amfifilă de uleiurile esențiale, autorii au perfecționat procedeul prin cererea de brevet WO 01126472 A1. în cadrul acestui procedeu de extracție perfecționat, extractul rezultat după evaporarea solventului este procesat prin evaporare, într-un evaporator pelicular sau cu fascicul (laminar) tubular, la temperaturi și presiuni care determină evaporarea uleiurilor esențiale, cu reținerea compușilor antioxidanți în fracția reziduală, și condensarea uleiurilor esențialeîntr-un distilat. Procedeul prezentat de cererea de brevet WO 01126472 A1 continuă să folosească un amestec de solvenți în care constituentul de bază, de la 60% până la 95%, este tetrafluoretanul. Nici în procedeul perfecționat nu sunt incluse etape prin care să se valorifice în continuare materialul vegetal extras.
RO 129987 Β1
Brevetul FR 2903016 B dezvăluie un procedeu de extracție a unui material vegetal, 1 cât mai complet posibil, fără utilizare de solvenți, prin care părți dintr-una sau mai multe plante, în prealabil tratate prin tehnica de detentă instantanee controlată (DIC), transferă toți 3 compușii lipofili și hidrofili solubilizabili din plante, ca fază mixtă uleios/apoasă sau ca emulsii apă în ulei/ulei în apă, în formulări de compuși cosmetici. Procedeul poate să includă 5 eventual o etapă în care materialul vegetal este incubat într-o fază uleioasă, fază apoasă sau emulsie apă în ulei sau ulei în apă. Detenta instantanee controlată este realizată cu presiuni 7 inițiale de la 1 la 12 bar, cu sau fără pre-hidratare cu ajutorul vaporilor de apă sau prin orice altă metodă, implică sau nu utilizarea unortehnici deîncălzire, inclusiv cu microunde, iar tre- 9 cerea de la presiune la vid total sau parțial durează de la o miime de secundă la 2 s. Particulele solide neextrase sunt eliminate prin filtrare pe câteva tipuri de filtre, cu porozități din 11 ce în ce mai fine. Materialul vegetal pe care este exemplificat procedeul este reprezentat de Aloe barbadensis, emolient, stimulant, antiinflamator și catifelant; Arnica montana, calmant, 13 decongestionant și antiseptic; Calendula officinalis, calmant, vaso-protector, cicatrizant, antiseptic și decongestionant; Althea officinalis, catifelant și hidratant; Hamamelis viginiana 15 decongestionant, calmant și astringent; Lavandula angustifolia, antiseptic și cicatrizant; Quillaya saponaria, detergent, stimulant cutanat și keratinolitic; Matricaria chamomilla, 17 calmant, antiinflamator și decongestiv; Panax ginseng, revitalizant, tonifiant și stimulant;
Coffea arabica, cu acțiune de slăbire, protector antioxidant și restructurant; Lawsonia 19 inermis, antiseptic, astringent și colorant.
Procedeul necesită un echipament dedicat, al cărui cost este ridicat, prin care se 21 realizează detenta instantanee controlată, prin trecere de la presiuni de peste 1 bar la vid parțial sau total într-un timp foarte scurt, de la o miime de secundă la 2 s. Un alt dezavantaj 23 al procedeului este faptul că nu descrie modalități de valorificare a componentelor utile din materialul vegetal neextras, separat prin filtrare de ingredientele active pentru produsele cos- 25 metice. De asemenea, procedeul extrage un amestec al acestor ingrediente active, hidrofile/amfifile și hidrofobe, neincluzând etape prin care să se obțină separat compușii hidro- 27 fili/amfifili de cei hidrofobi, care să permită o flexibilitate mai ridicată în valorificarea ulterioară a acestor compuși, nu numai pentru realizarea de produse cosmetice. 29
Cererea de brevet CN 103055534 Ase referă la un procedeu de extracție a uleiurilor esențiale din plante aromatice și medicinale (chinezești), cu utilizarea completă a celulozei 31 pentru obținerea de celuloză regenerată, acetat de celuloză sau glucoză. Plantele medicinale și aromatice pentru care este revendicat procedeul includ: angelica, busuiocul, scorțișoara, 33 magnolia, menta, curcuma, rododendron, forsythia, eucaliptul. Extracția este realizată cu lichide ionice, reprezentate de: clorură de 1 -butil-3-metilimidazol; acetat de 1-butil-3- 35 metilimidazol; fosfat de 1 -butil-3-metilimidazol dibutil; clorură de 1 -etil-3-metil-imidazol; acetat de 1 -etil-metilimidazol; clorură de 1 -etil-3-metilimidazol, singure sau în amestec de două sau 37 mai multe. Raportul de extracție este de la 1:20 la 1:5, la o temperatură de 80...100°C, cu distilare timp de 5...40 min pentru obținerea uleiurilor esențiale. Din amestecul lichid-ionic 39 material vegetal se regenerează celuloza prin centrifugare, după precipitare cu apă, etanol sau acetonă. Acetatul de celuloză se obține prin reacția celulozei extrasă în lichidul ionic cu 41 anhidridă acetică, în raport de la 5:1 la 3:1, este precipitat din amestec cu apă sau izo-propil alcool și se recuperează prin centrifugare. Glucoza se obține din celuloza dizolvată în lichide 43 ionice prin reacție de hidroliză cu acid clorhidric, sulfuric sau azotic.
Procedeul descris în cererea de brevet CN 103055534 A nu include etape de 45 recuperare a compușilor antioxidanți (polifenolici) hidrofili/amfifili prezenți în materialul vegetal și nu descrie modalități de recuperare și utilizare a celorlalți compuși asociați 47 celulozei în materialul vegetal, respectiv lignina, hemicelulozele, sărurile minerale.
RO 129987 Β1
Cererea de brevet SUA 2012/0316330 descrie un procedeu pentru conversia integrată a materialului lignocelulozic la zaharide sau biocombustibili și nano-celuloză/(ligno) celuloză nano-fibrilată. Procedeul implică tratarea materialului celulozic cu una sau mai multe enzime, pentru a obține zaharide fermentescibile și lignoceluloză recalcitrantă, urmată de prelucrarea mecanică a unei suspensii diluate de lignoceluloză recalcitrantă, între 0,3 și 1,5% (m/V)în apă deionizată, prin trecere repetată, la presiuni ridicate, prin camere microfluidice de 200 și 87 pm, pentru a produce (ligno)celuloză nano-fibrilată.
Procedeul nu include etape prin care să se valorifice compușii biologic activi prezenți în materialul vegetal (lignocelulozic), compuși care au o valoare adăugată mare, și nu menționează procesarea ulterioară a ligninei recalcitrante, care nu se poate nano-fibrila prin tratamente mecanice repetate. Nanofibrilele de celuloză obținute nu sunt separate total de lignină, iar prelucrarea mecanică se realizează cu un echipament care este scump, ceea ce face ca ridicarea la scară a procedeului să fie capital intensivă.
Cererea de brevet RO 128904 A prezintă un procedeu de valorificare complexă a ingredientelor active benefice din materialul vegetal provenit de la plante care conțin alergeni și/sau compuși toxici, care include următoarele etape: extracția materialului vegetal cu o soluție hidroalcoolică 40...46% etanol 60...54% apă timp de 10 zile, separarea resturilor de material vegetal de extractul hidro-alcoolic; calcinarea resturilor de material vegetal separate de la extracție, la temperatura de 800...1000°C; macerarea cenușii rezultate din materialul vegetal extras cu extractul hidro-alcoolic, timp de 24 h, la temperatura 2O...25°C; separarea prin filtrare a extractului hidroalcoolic cu microelemente din cenușă chelatate în polifenolii (antioxidanți) extrași.
Acest procedeu nu include modalități prin care să se asigure o recuperare cu un randament superior a uleiurilor esențiale prezente în materialul vegetal, care au o acțiune benefică și sunt lipsite de efect alergen și/sau toxic, și nu include etape de valorificare a polizaharidelor din matricea extracelulară a țesuturilor vegetale.
Lucrarea științifică F. Guo et al. “Solid acid mediated hydrolysis of biomass for producing biofuels” Progress Energy and Combustion Science, 2012, voi. 38, pp. 672690 trece în revistă tehnicile convenționale pentru pretratarea și hidroliză biomasei. Astfel, se face referire la hidroliză biomasei în câmp de microunde sau în prezență de ultrasunete, menționând totodată că hidroliză materialelor lignocelulozice se poate efectua în lichide ionice, în câmp de microunde, pentru a crește procentul de solubilizare al celulozei.
Cererea internațională de brevet WO 2009/134816 A1 descrie un procedeu de prelucrare a materialelor lignocelulozice cu obținerea de materiale care pot fi convertite apoi mai ușor de microorganisme în produse folositoare, ca hidrogen, alcooli, acizi organici, hidrocarburi, proteine, ș.a. Procedeul cuprinde o etapă de pregătire a probei, o etapă de pratratement și o etapă de fermentare. Etapa de pretratament poate conține una sau mai multe etape de iradiere, de exemplu cu microunde, de sonicare, de oxidare sau de piroliză. Aceste etape pot fi aplicate în orice ordine sau simultan, în scopul de a extrage compuși folositori și de a degrada parțial materialul vegetal. în funcție de compușii care se doresc a fi obținuți, în etapa de prefermentare se pot folosi diferite microorganisme sau enzime.
Din stadiul tehnicii se cunoaște că extracția uleiurilor naturale din materiale vegetale se poate efectua în câmp de microunde și/sau ultrasunete (G. Cravotto et al, “Improved extraction of vegetable oils under high-intensity ultrasound and/or microwaves”, Ultrasonic Sonochemistry, 2008, voi. 15, pp. 898-902).
Sunt necesare procedee prin care să se realizeze o recuperare completă și complexă a diferitelor componente de interes prezente în materialul vegetal provenit din plantele aromatice și/sau medicinale, într-un timp cât mai scurt, cu randamente ridicate și consumuri reduse de solvenți și energie. Pentru creșterea profitabilității este necesar și un procedeu
RO 129987 Β1 complementar, prin care să se recupereze și alte componente, materii prime pentru 1 bio-produse cu valoarea adăugată mare, din materialul vegetal rămas după extracția uleiurilor esențiale și a antioxidanților. Un obiect al acestei invenții este acela de a descrie un 3 astfel de procedeu, prin care să se realizeze extracția secvențială a diferitelor componente, hidrofobe și hidrofile și/sau amfifile, și prelucrarea ulterioară a materialului extras, pentru obți- 5 nerea diferitelor materii prime pentru bio-produse - uleiuri esențiale, extracte polifenolice antioxidante, oligozaharide cu activitate de activare a rezistenței plantelor, polizaharide utilizabile 7 ca aditivi alimentari și sau suplimente nutritive/fibre solubile, nanoceluloză, steroli cu acțiune de stimulare a plantelor și de repelent pentru insecte, bio-ulei și bio-cărbune utilizabil ca 9 fertilizant/ameliorator de sol.
Procedeul conform invenției este alcătuit din următoarele etape: extracția uleiurilor 11 esențiale prin încălzirea materialului umectatîn câmp de microunde; extracția hidrolitică asistată de ultrasunete a polifenolilor antioxidanți din materialul vegetal din care s-au extras 13 uleiurile esențiale, cu formare de β-oligozaharide, care acționează ca elicitori/activatori ai rezistenței sistemiceîn plante, și a materialului vegetal neextras M1; extracția pectinei, hemi- 15 celulozei și celulozei ușor solubile din materialul vegetal M1, prin amestecare cu lichide ionice și încălzire în câmp de microunde, urmată de omogenizarea la înaltă presiune pentru 17 solubilizarea nano-celulozei; separarea prin filtrare tangențială a polizaharidelor solubilizate și/sau suspendate de materialul lignocelulozic recalcitrant M2, urmată de separarea prin 19 centrifugare a nano-celulozei și de precipitarea cu alcool etilic a polizaharidelor solubile; extracția hidrolitică a sterolilor și a acizilor grași din materiaiui lignocelulozic recalcitrant M2, 21 cu separarea materialului lignocelulozic recalcitrant M3; conversia în bio-ulei și bio-cărbune a materialului lignocelulozic recalcitrant M3 prin piroliză asistată de microunde. 23
Aspectele preferate ale procedeului descris mai sus sunt:
-extracția uleiurilor esențiale din materialul vegetal umectattimpde 10 min, prin imer- 25 sare în apă distilată, în raport de 1 parte material vegetal uscat la 4 părți apă distilată, prin încălzire timp de 20 min în câmp incremental de microunde, de la 400 la 500 W, la tempe- 27 râturi de maximum 92°C, și recuperarea gravitațională a condensatului de uleiuri esențiale;
- extracția hidrolitică asistată de ultrasunete a polifenolilor antioxidanți din materialul 29 vegetal din care s-au extras uleiurile esențiale, prin tratare, timp de 4 h, a 1 parte de material vegetal cu 25 părți soluție de alcool etilic 30% în apă, conținând 1,5 mg/ml complex de hidro- 31 laze produs de Trichoderma viride, cu 200 unități β-glucan Botrytis per g, la pH 5, temperatura de 50°C, cu ultrasonicare intermitentă, 5 min la fiecare 30 min, la 20 kHz și cu o putere 33 de 500 W, urmată de separarea prin filtrare a materialului vegetal neextras M1 de extractul hidro-alcoolic, precipitarea din filtratul hidro-alcoolic a oligozaharidelor, prin adăugare de 35 alcool etilic 96%, în raport de 10 volume alcool etilic 96% la 1 volum filtrat, și concentrarea prin evaporare până la 20% substanță uscată a soluției alcoolice, cu recuperarea azeotro- 37 pului etanol-apă 96%;
- extracția pectinei și hemicelulozei din materialul vegetal M1, separat prin filtrare în 39 etapa anterioară, prin tratarea a 1 parte material M1 cu 20 părți lichid ionic, sare de etil-sulfat a 1 -etil-3-metilimidazol, în câmp de microunde, timp de 6 min, la o putere de 300 W și la o 41 temperatură de 85°C, urmată de omogenizarea sub presiune într-un omogenizator cu piston, cicluri la 150 MPa, a amestecului material M1- lichid ionic; 43
- separarea prin filtrare tangențială a polizaharidelor solubilizate și/sau suspendate, de materialul lignocelulozic recalcitrant la solubilizare M2, urmată de separarea prin centri- 45 fugare a fibrelor de nano-celuloză, și de precipitarea polizaharidelor solubile din supernatant, prin adăugare de alcool etilic 96%, în raport de 10 volume alcool etilic 96% la 1 volum 47 supernatant, și recuperarea azeotropului etanol-apă 96% și a lichidului ionic;
RO 129987 Β1
- extracția hidrolitică a steroidelorși acizilor grași din materialul lignocelulozic recalcitrant la solubilizare M2, prin tratare, timp de 4 h, a 1 parte de material vegetal cu 20 părți soluție de alcool etilic 40% în apă, conținând 2 mg/ml lipaza B din Candida antarctica, cu minimum 9 unități lipazice per mg, la pH 7,5, temperatura de 50°C, cu ultrasonicare intermitentă, 5 min la fiecare 30 min, la 20 kHz și cu o putere de 500 W, urmată de separarea prin filtrare a materialului vegetal rezidual M3 de extractul hidro-alcoolic, și de concentrarea prin evaporare până la sec a soluției alcoolice, cu recuperarea azeotropului etanol-apă 96%, și reluarea extractului solid în etanol 96%, soluție 20% substanță uscată;
- conversia în bio-cărbune și bio-ulei a materialului lignocelulozic recalcitrant M3, prin piroliza asistată de microunde, la o putere incidență de 1200 W și o frecvență de 2450 MHz, timp de 20 min, sub vaccum, care inițial este de 30 mbar, și care crește până la 0,3 bar la punctul maxim de încălzire.
Procedeul conform invenției prezintă următoarele avantaje:
- asigură o recuperare complexă și completă a diferiților compuși utili din materialul vegetal, uleiuri esențiale, extracte polifenolice antioxidante, oligozaharide cu activitate de activare a rezistenței plantelor, polizaharide utilizabile ca aditiv alimentari și/sau suplimente nutritive/fibre solubile, nanoceluloză, steroli cu acțiune de stimulare a plantelor și de repelent pentru insecte, bio-ulei și bio-cărbune;
- un timp mai scurt de extracție a uleiurilor esențiale din materialul vegetal, cu un randament superior, și o mai bună menținere în uleiurile esențiale a componentelor (esterice) (termo)hidrolizabile, ca, de exemplu, acetatul de linalil, și cu o formare mai redusă a compușilor de termodegradare, de exemplu 4-terpineolul format din linalool, comparativ cu metoda standard de hidrodistilare/antrenare cu vapori;
- un randament crescut de extracție a fenolilor antioxidanți datorită eliberării agliconilor din glicozide de către enzimele β-glucanazice, cu formare concomitentă de β-oligozaharide, care sunt elicitori/activatori ai sistemului de apărare din plante;
- extrage pectinele, hemicelulozele și celuloza solubilă din materialul vegetal, care au utilizări ca aditivi alimentari și suplimente nutritive/fibre solubile;
- valorifică steroidele din plante, care au acțiune de stimulare a creșterii și dezvoltării plantelor (brassinosteroide) sau de repelenți pentru insecte (saponine steroidice);
- produce celuloză nanofibrilată formată exclusiv din celuloză, cu utilizări în realizarea de materiale bio-compozite;
- transformă lignoceluloza recalcitrantă în biocombustibil și bio-cărbune;
- reține în bio-cărbune o serie de elemente nutritive pentru plante, macro-, oligo- și micro-elemente, conferindu-i acestuia nu numai caracteristici de amelioratorde sol, ci și de fertilizant;
- permite obținerea unei întregi serii de bio-produse care sunt utilizabile ca inputuri în tehnologiile agricole de cultivare a plantelor - β-oligozaharide care activează exprimarea sistemului de apărare din plante, steroide care au acțiune de stimulare a creșterii și dezvoltării plantelor sau de repelenți pentru insectele dăunătoare culturilor agricole, bio-cărbune fertilizant/ameliorator de sol, asigurând în acest fel închiderea, cu valoare adăugată, a unui circuit biomimetic de producere și de valorificare bio-resurse.
în continuare, se prezintă un exemplu de realizare care ilustrează invenția fără a o limita.
Exemplu
1000 g de inflorescențe de levănțică (Lavandula angustifolia Mili.) uscate, sunt umectate prin imersare timp de 10 min în 4 I apă distilată. Materialul vegetal se scurge de excesul de lichid prin presare ușoară și se introduce într-un flacon de sticlă pyrex de 31, prevăzut cu capac cu gât rodat, care include și o frită de reținere material vegetal. Se fixează
RO 129987 Β1 capacul pe reactorul de sticlă cu cleme de teflon și se montează într-un reactor cu microunde 1 (Minilabotron 2000, Sairem, Neyron, Franța), cu gâtul rodat în jos, în afara incintei iradiate cu microunde. Pe gâtul rodat se fixează un refrigerent spiralat, care se ancorează pe diago- 3 nală de 2 din picioarele de sprijin ale stativul de susținere a reactorului cu microunde și căruia i se adaugă un flacon erlenmeyer receptor în partea finală. Se încălzește timp de 5 20 min în câmp incremental de microunde, de la 400 la 500 W, la temperaturi de maximum 92°C. Datorită atracției gravitaționale, un amestec de vapori de apă și uleiuri esențiale, 7 eliberat de acțiunea aburului generat in situ de încălzirea cu microunde, se scurge în partea inferioară a reactorului de sticlă, trece în refrigerent, în afara câmpului de microunde, unde 9 condensează, și de unde este continuu colectat în flaconul colector. Condensatul este trecut în pâlnie de separare, unde faza hidrofobă este separată de faza hidrofilă. Uleiul esențial 11 separat se usucă pe sulfat de sodiu anhidru și se păstrează la 4°C până la utilizare. Faza hidrofilă, care reprezintă hidrolatul, respectiv apa, care a solubilizat componente cu polaritate 13 mai ridicată din uleiul esențial, se trece în flacon de sticlă brună și se păstrează la fel la rece până la utilizare. 15
Procedeul descris mai sus a fost utilizat pentru extracția a 1000 g de inflorescențe de levănțică uscată, provenite dintr-o cultură amplasată lângă Silistra, Bulgaria. în paralel, 17 s-a realizat un extract prin antrenare cu vapori, din același tip de inflorescențe, folosind un aparat de tip Clevenger, conform European Pharmacopoeia (5th edition, European 19 Pharmacopoeia Commission. Ed. Council of Europe: Strasbourg, France, 2004). S-au repetat extracțiile de trei ori. 21
Randamentele de extracție au fost de 4,4 ± 0,1 g ulei esențial la 100 g de inflorescențe uscate de levănțică, în cazul extracției asistate de microunde, și de 3,8 ± 0,3 ulei 23 esențial la 100 g de inflorescențe uscate de levănțică, în cazul extracției prin antrenare cu vapori. Creșterea cu 10% a randamentului de extracție în cazul procedeului asistat de micro- 25 unde este asigurată statistic. Timpul de extracție necesar procedeului de antrenare prin vapori a fost de cel puțin 60 min, comparativ cu cel de 20 min necesar procedeului de extrac- 27 ție asistată de microunde.
Din uleiurile esențiale provenite prin aplicarea procedeului de extracție asistat de 29 microunde și prin antrenare cu vapori, au fost prelevate probe care au fost analizate prin gazcromatografie cuplată cu spectrometrie de masă (GC-MS/MS), folosind un sistem Agilent 31 7890 A/B GC 7000 C triplu quad MS/MS Bundle 11-134 (Agilent Technologies, Santa Clara,
CA, SUA). S-a folosit o coloană Agilent J&W DB-1 ms Ultra Inert 30 m x 0,25 mm x 0,25 pm 33 grosime film. Condițiile de operare au fost următoarele: volumul split-less injectat a fost de 1 pl, gazul purtător heliu, 40 cm/s, temperatura cuptorului: 62°C pentru 12,5 min, creștere cu 35 3°C/min până la 92°C, apoi cu 5°C/min până la 165°C, apoi cu 100°C/min până la 310°C,
2,5 minute menținere, temperatura sursei MSD 300°C, temperatura quadrupolului 180°C, 37 linia de transfer la 280°C. Interpretarea spectrelorși identificarea compușilor s-a realizat prin folosirea bibliotecii de spectre NIST 08. 39
Rezultatele obținute în urma analizei probelor provenite din procedeul de extracție a uleiurilor esențiale asistat de microunde, descris mai sus, și cel standard, de extracție a 41 uleiurilor esențiale prin antrenare cu vapori, sunt prezentate în tabelul 1 de mai jos. în acest tabel sunt prezentate numai 12 componente din cele peste 33 identificate în uleiul esențial 43 de levănțică, componente care, împreună, reprezintă peste 90% din uleiul esențial de levănțică. Rezultatele arată că, pe lângă randamentul superior și timpul mult mai scurt de 45 extracție, procedeul de extracție asistat de microunde determină și o mai bună menținere în uleiurile esențiale a componentelor (esterice) (termo)hidrolizabile, ca, de exemplu, acetatul 47 de linalil, și cu o formare mai redusă a compușilor de termodegradare, de exemplu 4-terpineolul format din linalool, comparativ cu procedeul standard de hidrodistilare/antrenare cu 49 vapori.
RO 129987 Β1
Tabelul 1
Valorile medii ale componentelor majore ale uleiului esențial de levănțică extras prin hidrodistilare și gravitațional, după încălzire asistată de microunde, conform procedeului descris în invenție
Componentă Antrenare vapori Asistat microunde
Eucaliptol 3,32 ± 0,08 4,24 ± 0,32
Camfor 6,24 ±0,12 6,51 ±0,24
Linalol 49,15 ± 0,47 38,71 ± 1,82
Acetat de linalil 15,42 ± 0,52 29,82 ± 1,78
4-Terpineol 2,42 ± 0,08 1,41 ±0,02
Acetat de lavandulil 2,12 ±0,04 1,75 ±0,03
Lavandulol 4,8 ±0,12 4,92 ± 0,24
Acetat de geranil 1,53 ±0,06 0,32 ± 0,02
Ne rol 0,82 ± 0,07 0,33 ± 0,03
Geraniol (E) 1,52 ±0,02 0,87 ±0,01
a-Cadinol 1,09 ±0,04 0,87 ± 0,03
a-Bisabolol 2,25 ± 0,03 1,46 ±0,02
Evaluarea organoleptică nu a dus la evidențierea unor diferențe sesizabile între uleiul esențial extras prin antrenare cu vapori și cel obținut prin extracție asistată de microunde, conform procedeului descris mai sus.
Materialul vegetal din care s-au extras uleiurile esențiale se trece într-un vas de sticlă Simax® de 501 (Kavalier, Sazava, Cehia), prevăzut cu manta de termostatare, agitare mecanică, și un sistem de recirculare cu o celulă de flux FC100L1-1S (Hielscher Ultrasonics, Teltow, Germania), împreună cu 25 kg de soluție de alcool etilic 30% în apă, cu pH-ul ajustat la 5. Soluția de alcool etilic conține 1,5 mg/ml complex de hidrolaze produs de Trichoderma viride, cu minimum 200 unități β-glucan Botrytis per g.
Complexul de hidrolaze folosit este Glucanex 200 G (Novozyme A/S, Bagvaerd, Danemarca), un amestec de enzime litice din Trichoderma harzianum, care include celulaze, β 1-3 și β 1-6 glucanaze, proteaze și chitinaze. O unitate β-glucan Botrytis este definită ca fiind acea cantitate de enzimă care, în condiții standard, la 30,0°C, pH 4,4, timp de 10 min, eliberează 1 mmol de grupări reducătoare carbohidrați (calculate ca glucoză) per min. Suspensia de material vegetal - soluție alcoolică - enzime este amestecată cu agitatorul la 25 rpm și încălzită până la 50°C. Intermitent, 5 min la fiecare 30 min, se trece cu un debit de 5 I pe min prin celula de flux pe care este montată o sonotrodă UIP 1000 hd (Hielscher Ultrasonics), omogenizându-se amestecul la 20 kHz și cu o putere de 500 W. După 4 h, se separă materialului vegetal neextras M1 de extractul hidro-alcoolic, prin filtrare pe un filtru cu presiune (RPF T01, BHS-Sonthofen, Sonthofen, Germania), la 0,6 MPa. Din extractul hidroalcoolic se precipită oligozaharidele, prin adăugare de alcool etilic 96%, în raport de 10 volume alcool etilic 96% la 1 volum filtrat, și se separă prin centrifugare continuă pe o centrifugă continuă de laborator Westfalia Laboratory Separator, model SA 1-02-175 (GEA Westfalia Separator Group, Oelde, Germania), care este operată la o viteză a discurilor de centrifugare de 10000 rpm, echivalent a 8500 x g; la o rată de alimentare de 1 l/min, cu
RO 129987 Β1 separarea continuă a extractului hidroalcoolic clarificat și discontinuă a concentratului de 1 compuși formați prin hidroliză enzimatică a materialului vegetal, în special β-oligozaharide, ajuns la o densitate de 1100 kg/m3. Concentratul rezultat se usucă sub vid la 75°C. Se 3 separă cca 85 g de compuși formați prin hidroliză enzimatică a materialului vegetal.
Supernatantul alcoolic este concentrat prin evaporare până la 20% substanță uscată 5 a soluției alcoolice, cu recuperarea azeotropului etanol-apă 96%, prin folosirea unui Evaporator 25l/h Simax® (Kavalier). 7 în extractul alcoolic s-a determinat conținutul de polifenoli totali prin metoda descrisă de Komes et al., 2011, Phytochem. Anal. 22:172-180, folosind reactiv Folin-Ciocâlteu (Merck, 9 Darmstad, Germania) și o curbă etalon de acid galic (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, SUA). Conținutul de flavonoide totale s-a determinat după inițierea policondensării acestora cu 11 formaldehidă (Merck) și separarea prin filtrare a precipitatului format prin policondensare. în filtratul obținut după separarea precipitatului de flavonoide policondensate s-au determinat 13 din nou polifenolii totali non-flavonoidici, cu reactiv Folin-Ciocâlteu, flavonoidele total fiind calculate ca diferență. 15
S-a determinat și activitatea antioxidantă echivalent trolox, prin folosirea metodei Re et al., 1999, Free Rădic Biol Med 26:1231-1237, prin care se determină capacitatea de 17 stingere a radicalilor liberi cationici ABTS [acid 2,2' azinobis-(3-etilbenztiazolin-6-sulfonic)j.
S-a comparat cu un extract alcoolic realizat din extragerea aceluiași material vegetal, 19 din care s-au extras anterior uleiurile esențiale prin procedeul asistat de microunde, în raport de 1 parte material vegetal la 50 părți soluție alcool etilic 30%, timp de 4 h, la 50°C. Rezul- 21 țațele determinărilor au fost raportate per gram de material vegetal uscat.
Extracția hidrolitică conform procedeului propus determină obținerea de 114 ± 18 mg 23 fenoli totali, din care 74 ± 9 mg flavonoide totale, cu o activitate antioxidantă de 2,04 mM echiv. trolox, per gram de substanță uscată de material, comparativ cu 42 ± 8 mg fenoli totali, 25 din care 18 ± 6 mg flavonoide totale, cu o activitate antioxidantă de 0,87 mM echiv. trolox, per gram de substanță uscată de material, în cazul extragerii cu o soluție hidroalcoolică. 27
Extracția hidrolitică a polifenolilor antioxidanți cu amestec de hidrolaze produs de Trichoderma determină formarea din materialul vegetal a unui amestec de compuși de hidro- 29 liză, în special β-oligozaharide, care prezintă un tipar molecular similar celui asociat distrugerilor (de perete celular). Un astfel de tipar molecular determină la plante activarea răspun- 31 sului de apărare - a se vedea, de exemplu, review-ul Hermosa et al., 2013, Int. Microb., 16:69-80. 33
Activarea răspunsului de apărare din plante de către compușii separați prin precipitare cu alcool din soluția rezultată după extracție hidrolitică a fost verificată prin determi- 35 narea alcalinizării mediului de cultură a unei suspensii de celule de tutun pe mediu Murashige și Skoog cu pH inițial 5,8 (Duchefa Biochemie, Haarlem, Olanda), suplimentat cu 37 0,2 g I1 2,4-D, 1 mg I1 tiamină, 100 mg I1 mio-inozitol, 200 mg I1 KH2PO4, și 30 g I1 de zaharoză, conform metodei descrise de Klarzynski etal. 2000, Plant Physiol, 124:1027-1038. S-a 39 lucrat comparativ cu un produs standard reprezentat de laminarină din Laminaria digitala (Sigma Aldrich). O doză de 175 pg/ml compuși totali precipitați cu etanol, conform proce- 41 deului de mai sus, a determinat o alcalinizare de 1,8 unități pH, similară cu cea produsă de 100 pg/ml laminarină. Laminarina este omologată ca biofungicid pentru combaterea bolilor 43 foliare la legume și pomi fructiferi, prin activarea sistemică a rezistenței plantelor de cultură, deci și compușii separați prin precipitare cu alcool din soluția rezultată după extracție 45 hidrolitică, care conțin β-oligozaharide, obținuți prin procedeul descris mai sus, care au o activitate biologică similară, de elicitori ai răspunsului de apărare/rezistenței sistemice la 47 plante, pot fi utilizați ca bio-fungicide, pentru protecția plantelor de cultură, în special a legumelor și a pomilor fructiferi, și inclusiv a plantelor aromatice. 49
RO 129987 Β1
Materialul vegetal neextras M1, separat prin filtrare în etapa anterioară, și care este 875 g, se trece într-un vas de reacție de 25 I Simax® (Kavalier) și se tratează cu 18,5 I lichid ionic, sare de etil-sulfat a 1 -etil-3-metiIimidazoliu (Basf, Ludwigshafen am Rhein, Germania). Din vasul de reacție se trece continuu cu o pompă peristaltică printr-un reactor de sticlă pyrex montat în flux în câmpul de microunde al unui reactor cu microunde (Minilabotron 2000, Sairem), timp de 6 min, la o putere de 300 W și la o temperatură de 85°C. Suspensia de material vegetal, încălzită la85°C, se omogenizează într-un omogenizatorcu piston, GEA Niro Soavi Arriete NS2006 (GEA Niro Soavi, Parma, Italia) prevăzut cu o valvă tip „muchie de cuțit, 25 cicluri la 150 MPa.
Polizaharidele solubilizate și/sau suspendate se separă de materialul lignocelulozic recalcitrant la solubilizare M2 prin filtrare tangențială pe un echipament Sartocon® care conține cartușe de filtrare Slice Hydrosart® (Sartorius, Goettingen, Germania). Din filtrat se separă prin centrifugare continuă concentratul de nanoceluloză, prin centrifugare pe o centrifugă continuă model SA 1 -02-175 (GEA Westfalia), care este operată la o viteză a discurilor de centrifugare de 10000 rpm, echivalent a 8500 x g. Din supernatant se precipită polizaharidele, prin adăugare de alcool etilic 96%, în raport de 10 volume alcool etilic 96% la 1 volum supernatant. Polizaharidele precipitate se recuperează prin centrifugare, iar recuperarea azeotropului etanol-apă 96% și a lichidului ionic se realizează prin folosirea unui Evaporator 25 l/h Simax® (Kavalier).
Se separă circa 52 g de nanoceluloză și 80 g de polizaharide solubile. Nanoceluloza obținută conform procedeului de mai sus a fost caracterizată prin spectrometrie IR cu transformantă Fourier, pe un spectrometru Tensor27 (Bruker, Bilerica, MA, SAU), și prin difracție de raze X pe un difractometru D8 Advance (Bruker), folosind CuKa cu o lungime de undă de 0,154 nm în domeniul 20 - 10...40%, la o tensiune de 40 kV și un curent de 40 mA. Cristalinitatea s-a calculat prin metoda Segal et al., 1959, Text. Res. J. 29:786-794. Dimensiunile nanocelulozei au fost determinate prin microscopie electronică, prin folosirea unui crio-TEM Hitachi HT 7700 (Hitachi, Tokyo, Japonia), operat la 120 kV. Banda de absorbție de la 1734 cm'1, atribuită grupărilor C=O din lignină și hemiceluloze, nu mai este prezentă în probele de nanoceluloză obținute, care pot fi considerate ca fiind pure. Cel mai mare procentaj al diametrului și raportului de aspect l/d pentru nanoceluloza obținută conform procedeului descris mai sus este 20...30, cu o frecvență a diametrului de 68% și cu o frecvență a raportului de aspect l/d de 55%. Cristalinitatea a fost determinată a fi de 72,54%. Aceste date arată că nanoceluloza fibrilată obținută prin procedeul descris mai sus poate fi utilizată ca agent de ranforsare a bio(nano)compozitelor.
Polizaharidele solubile precipitate cu etanol au fost analizate prin folosirea de enzime specifice, conform metodei Navarro et al. 2010, Microb, cell factor. 9:58. S-a determinat o proporție de 34% pectină, 42% hemiceluloze și 24% celuloză solubilă. Aceste polizaharide solubile sunt utilizabile ca aditivi alimentari sau suplimente nutritive (fibre solubile).
725 g din materialul lignocelulozic recalcitrant la solubilizare M2 se trece într-un vas de sticlă Simax® de 25 I (Kavalier), prevăzut cu manta de termostatare, agitare mecanică, și un sistem de recirculare cu o celulă de flux FC100L1 -1S (Hielscher Ultrasonics), împreună cu 14,5 kg de soluție de alcool etilic 40% în apă, cu pH-ul ajustat la 7,5, conținând 2 mg/ml lipază B din Candida antarctica, cu minimum 9 unități lipazice per mg.
Lipaza folosită este LipozymeCal B1, (NovozymeA/S, Bagvaerd, Danemarca), lipaza B din Candida antarctica, exprimată în Aspergillus niger, cu minimum 9 unități lipazice per mg. O unitate lipazică este definită ca fiind acea cantitate de enzimă care, în condiții standard, la 40,0°C, pH 7,0, eliberează 1 pmol de acid butiric per min din tributirină folosită
RO 129987 Β1 ca substrat. Suspensia de material vegetal - soluție alcoolică - enzime este amestecată cu 1 agitatorul la 25 rpm și încălzită până la 50°C. Intermitent, 5 min la fiecare 30 min, se trece cu un debit de 5 I pe min prin celula de flux pe care este montată o sonotrodă UIP 1000 hd 3 (Hielscher Ultrasonics), omogenizându-se amestecul la 20 kHz și cu o putere de 500 W.
După 4 h, se separă materialul lignocelulozic recalcitrant M3 de extractul hidro- 5 alcoolic, prin filtrare pe un filtru cu presiune (RPFT01, BHS-Sonthofen), la 0,6 MPa. Extractul hidroalcoolic se concentrează până la circa 1 I prin folosirea unui Evaporator25 l/h Simax® 7 (Kavalier), cu recuperarea azeotropului etanol-apă 96%, după care se evaporă la sec prin folosirea unui evaporator rotativ Rotavapor251 R (Buchi Labortechnik, Flawil, Switzerland). 9 Se separă cca 45 g de compuși, amestec de steroide și acizi grași, care sunt reluați în alcool etilic 96%, soluție 20% substanță uscată. 11 în amestecul de steroide și acizi grași separat conform procedeului de mai sus au fost determinate activitățile de stimulare a creșterii plantelor și de repelent pentru insectele dău- 13 nătoare, prin folosirea unor bioteste. Activitatea de stimulare a creșterii și dezvoltării plantelor, corespunzătoare brassinosteroideior, a fost determinată prin biotestul plantulelor 15 de Raphanus sativus L., după metoda descrisă de Takatsuto et al., 1983, Phytochem. 22:2437-2441, cu mici modificări. S-au folosit plantule în vârstă de 4 până la 5 zile, în cinci 17 repetiții, care au fost introduse în soluțiile test, reprezentate de diferite diluții, și menținute la întuneric pentru 24 h la 25 ± 2°C. După 24 h s-a măsurat lungimea hipocotilului, care a fost 19 comparată cu lungimea hipocotilului unor plantule martortratate numai cu apă. Biotestul s-a repetat de două ori, calculându-se procentul de creștere suplimentară față de martor. S-a 21 folosit și un produs standard, castasteron (Bk) [(22R,23R,24S)-2a,3a,22,23-tetrahidroxi-24metil-5a-cholestan-6-on], OlChemlm, Olomuc, Cehia, în concentrație de 101° M. O diluție 23 de 100 ori a soluției de amestec de steroide și acizi grași are aceeași activitate cu soluția standard de castasteron 1010 M, ceea ce înseamnă un echivalent de 4,64 pg în amestecul 25 extras dintr-un kg inițial de material vegetal uscat. Având în vedere dozele cuprinse între 10 și 30 mg de brassinosteroide (a se vedea, de exemplu, Serna et al., 2012, Plant Growth Reg. 27 68:333-342), concentrația obținută prin acest procedeu permite aplicarea în practică a procedeului. 29
Pentru testarea efectului repelent și antifeeding al amestecului de steroide și acizi grași, s-a utilizat biotestul larvelor de gândac de Colorado, determinându-se inhibarea hrănirii 31 Fl = [1 - (T/C)] x 100, unde T și C sunt consumurile de discuri de frunze tratate și, respectiv, netratate (martor), conform metodei descrise de Reinaetal., 2002, J. Nat. Prod. 65:448-153. 33
Diluația de 100 ori a extractului concentrat 20% de amestec de steroide și acizi grași a determinat o inhibare a hrănirii Fl de 97,5 ± 1,8%, ceea ce este semnificativ pentru utilizarea 35 practică a produselor rezultate prin ridicarea la scară a procedeului.
Materialul lignocelulozic recalcitrant M3 se convertește în bio-cărbuneși bio-ulei, prin 37 piroliză asistată de microunde. Tratamentul cu microunde se realizează folosind un reactor cu microunde (Minilabotron 2000, Sairem), cu un modul de: vacuum amplasat în serie (VA 39 2000, Milestone, Sorisole, Italia), după o trapă de vacuum răcită cu apă pentru colectarea și condensarea vaporilor produși în timpul pirolizei. 500 g de material lignocelulozic 41 recalcitrant se introduc într-un reactor de sticlă pirex de 3 I. Se expune materialul vegetal la o putere incidență constantă de 1200 W și o frecvență de 2450 MHz, timp de 20 min, sub 43 vacuum, care inițial este de 30 mbar, și care crește până la 0,3 bar la punctul maxim de încălzire. Se obține o cantitate de 163,5 g de bio-cărbune, corespunzând unei conversii de 45 32,7% în bio-cărbune și de 141,5 g bio-ulei, corespunzând unei conversii de 28,7% a materialului vegetal inițial în bio-ulei. 47
RO 129987 Β1
Bio-cărbunele rezultat prin aplicarea procedeului de mai sus a fost analizat conform EBC (2012), „European Biochar Certificate - Guidelines for a Sustainable Production of Biochar., European Biochar Foundation (EBC), Arbaz, Switzerland. http://www.europeanbiochar.org/en/download., Version 4.7 of 18th October2013. Probele au fost analizate din punct al vedere al conținutului de apă, conform DIN 51718, cu un aparat HR 73 Halogen Mositure Analyzer (Metler Toledo, Columbus, OH, SUA), conținutul de cenușă după carbonizare la 550°C analog DIN 51719/EN 14775, conținutul de carbon, hidrogen, azot, sulf și oxigen (calculat), conform DIN 51732, DIN 51732, DIN 51724-3, respectiv DIN 51733, prin folosirea unui aparat de analiză elementală 2400 series II CHNS/O Analyzer (Perkin Elmer, Waltham, MA, SUA), elementele potențial toxice și microelementele, Pb, Cd, Cu, Ni, Hg, Zn, Cr, B, Mn, după digestie cu microunde, conform EN ISO 17294-2/EN 1483, utilizând un digestorcu microunde Speed Vave (Bergoff, Eningen, Germania) și un spectrometru ICPOES Optima 2100 (Perkin Elmer), elementele principale, P, Mg, Ca, K, Na, Fe, Si, S, conform EN ISO 11885 /EN ISO 17294-2, hidrocarburile policiclicle aromatice conform EN 15527, după extracție cu toluen, prin gaz-cromatografie cuplată cu spectrometrie de masă, folosind sistem Agilent 7890 A/B GC 7000 C triplu quad MS/MS Bundle 11-134 (Agilent Technologies), valoarea pH conform DIN ISO 10390 (CaCI2), folosind un aparat multiparametric C932 T (Consort, Turnhout, Belgia), suprafața specifică conform metodei BET (Brunauer, Emmett and Teller) conform ISO 9277, folosind un analizor Gemini 2375 (Micromeritics, Norcross, GA, SUA).
Rezultale obținute sunt prezentate în tabelul 2, comparativ cu valorile stabilite de European Biochar Foundation (EBC) pentru bio-cărbunele din categoria premium. Aceste rezultate demonstrează că bio-cărbunele obținut prin aplicarea procedeului conform invenției, prin piroliza asistată de microunde a materialului lignocelulozic recalcitrant, se încadrează în categoria premium stabilită de EBC:
Tabelul 2
Parametrii de calitate ai bio-cărbunelui obținut prin aplicarea procedeului conform invenției, prin piroliza asistată de microunde a materialului lignocelulozic recalcitrant
Caracteristică calitate Limite Euro-Char premium Bio-cărbune conform procedeu
Umiditate <5% 3,87%
Carbon total > 50% 57,2%
Carbon organic 10...40% 38,7%
Raport molar H/C < 0,6 0,48
Raport molar H/O < 0,4 0,32
Elemente nutritive 1...40% 6,865
P 2,34%
Mg 0,43%
Ca 0,87%
K 1,48%
Fe 0,03%
S 0,28%
Si 1,43%
RO 129987 Β1
Tabelul 2 (continuare)
Caracteristică calitate Limite Euro-Char premium Bio-cărbune conform procedeu
Metale grele/microlemente
Pb Pb < 120 g/t SU; 25,3 ± 1,5
Cd Cd < 1 g/t SU; 0,52 ± 0,07
Cu Cu < 100 g/t SU; 10,8 ± 1,2
Ni Ni < 30 g/t SU; 5,8 ±0,8
Hg Hg < 1 g/t SU; 0,07 ±0,01
Zn Zn < 400 g/t SU; 210,2 ± 18,6
Cr Cr < 80 g/t SU 34,5 ±4,72
Suprafață specifică > 150 m2/g 292 m2/g
pH < 10 8,2
Bio-uleiul rezultat prin aplicarea procedeului conform invenției a fost analizat conform următoarelor metode: conținutul de cenușă a fost determinat conform procedurii ASTM D 482-80 pentru produsele petroliere; conținutul de solide a fost determinat ca material insolubil în etanol, conform metodei Millipore de filtrare (No. 4, Whatman); pH-ul a fost determinat cu un electrod de sticlă și un aparat C932 T (Consort); conținutul de minerale în bio-ulei a fost determinat spectrometru ICP-OES Optima 2100 (Perkin Elmer); valoarea calorică a fost măsurată folosind o bombă calorimetrică Parr 1341 Oxygen (Parr Instrument Co., Moline, IL, SUA); raportul elementelor (C/H/N/O/S) a fost determinat prin folosirea unui aparat de analiză elementală 2400 series II CHNS/O Analyzer (Perkin Elmer); apa în bio-ulei a fost determinată prin folosirea unui Titrator Karl Fischertitrator (Schott, Mainz, Germany; ASTM D 1744).
Rezultatele sunt prezentate în tabelul 3 de mai jos, comparativ cu valorile uzuale ale bio-uleiului convențional:
Tabelul 3
Caracteristicile fizico-chimice ale bio-uleiului obținut conform procedeului descris, prin piroliză asistată de microunde a materialului lignocelulozic recalcitrant
Caracteristică Unitate măsură Bio-ulei cf. Ex. Bio-uleiuri convenționale*
PH 2,87 2,0...3,8
Umiditate wt% 15,2 15...30
Densitate la 20°C g/mk 1,25 1,1...1,4
Valoarea calorifică MJ/kg 17,51 15...19
Compoziție elementală wt%
C 60,66 55,3...63,5
H 7,70 5,2...7,0
N 2,02 0,07...0,39
S 0,15 0,00...0,05
Conținut cenușă wt% 0,04 0,03...0,30
Conținut solide wt% 0,22 < 1
*Date din Yu et al., 2007, Appl. Biochem. Biotech. 136-140:957-970
RO 129987 Β1
Bio-uleiul obținut conform procedeului descris, prin piroliză asistată de microunde a materialului lignocelulozic recalcitrant, este similar altor tipuri de bio-ulei.
Procedeul descris conform invenției se poate utiliza și pentru material vegetal provenit din alte plante aromatice în afară de levănțică, în special pe plante aromatice din familia
Labiatae/Lamiaceae, care au concomitent un conținut ridicat de uleiuri volatile și polifenoli antioxidanți, și din care se pot extrage, prin prelucrarea ulterioară a materialului extras, diferite alte materii prime pentru bio-produse - oligozaharide cu activitate de activare a rezistenței plantelor, polizaharide utilizabile ca aditivi alimentari și sau suplimente nutritive/fibre solubile, nanoceluloză, steroli cu acțiune de stimulare a plantelor și de repelent pentru insecte, bio-ulei și bio-cărbune utilizabil ca fertilizant/ameliorator de sol.

Claims (8)

  1. Revendicări 1
    1. Procedeu de recuperare a compușilor bioactivi din plante aromatice, caracterizat 3 prin aceea că este alcătuit din următoarele etape: extracția uleiurilor esențiale prin încălzirea materialului umectat în câmp de microunde; extracția hidrolitică asistată de ultrasunete a 5 polifenolilor antioxidanți din materialul vegetal din care s-au extras uleiurile esențiale, cu formare de β-oligozaharide, care acționează ca elicitori/activatori ai rezistenței sistemice în 7 plante, și a materialului vegetal neextras M1; extracția pectinei, hemicelulozei și celulozei ușor solubile din materialul vegetal M1, prin amestecare cu lichide ionice și încălzire în câmp 9 de microunde, urmată de omogenizarea la înaltă presiune pentru solubilizarea nano-celulozei; separarea prin filtrare tangențială a polizaharidelor solubilizate și/sau suspendate de 11 materialul lignocelulozic recalcitrant M2, urmată de separarea prin centrifugare a nanocelulozei și de precipitarea cu alcool etilic a polizaharidelor solubile; extracția hidrolitică a 13 sterolilorși a acizilor grași din materialul lignocelulozic recalcitrant M2, cu separarea materialului lignocelulozic recalcitrant M3; conversia în bio-ulei și bio-cărbune a materialului 15 lignocelulozic recalcitrant M3 prin piroliză asistată de microunde.
  2. 2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că extracția uleiurilor 17 esențiale se realizează din materialul vegetal umectat timp de 10 min, prin imersare în apă distilată, în raport de 1 parte material vegetal uscat la 4 părți apă distilată, prin încălzire timp 19 de 20 min în câmp incremental de microunde, de la 400 la 500 W, la temperaturi de maximum 92°C, și recuperarea gravitațională a condensatului de uleiuri esențiale. 21
  3. 3. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că extracția hidrolitică asistată de ultrasunete a polifenolilor antioxidanți din materialul vegetal din care s-au extras 23 uleiurile esențiale se realizează prin tratare, timp de 4 h, a 1 parte de material vegetal cu 25 părți soluție de alcool etilic 30% în apă, conținând 1,5 mg/ml complex de hidrolaze produs 25 de Trichoderma viride, cu 200 unități β-glucan Botrytis perg, la pH 5, temperatura de 50°C, cu ultrasonicare intermitentă, 5 min la fiecare 30 min, la 20 kHz și cu o putere de 500 W, 27 urmată de separarea prin filtrare a materialului vegetal neextras M1 de extractul hidroalcoolic, precipitarea din filtratul hidroalcoolic, a oligozaharidelor, prin adăugare de alcool 29 etilic 96%, în raport de 10 volume alcool etilic 96% la 1 volum filtrat, și concentrarea prin evaporare până la 20% substanță uscată a soluției alcoolice, cu recuperarea azeotropului 31 etanol-apă 96%.
  4. 4. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că extracția pectinei și 33 hemicelulozei din materialul vegetal M1 separat prin filtrare în etapa anterioară se realizează prin tratarea a 1 parte material M1 cu 20 părți lichid ionic, sare de etil-sulfat a 1 -etil-3-metili- 35 midazol, în câmp de microunde, timp de 6 min, la o putere de 300 W și la o temperatură de 85°C, urmată de omogenizarea sub presiune într-un omogenizator cu piston, 25 cicluri la 37 150 MPa, a amestecului material M1 - lichid ionic.
  5. 5. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că separarea prin 39 filtrare tangențială a polizaharidelor solubilizate și/sau suspendate, de materialul lignocelulozic recalcitrant la solubilizare M2, urmată de separarea prin centrifugare a fibrelor de nano- 41 celuloză, și de precipitarea polizaharidelor solubile din supernatant, se realizează prin adăugare de alcool etilic 96%, în raport de 10 volume alcool etilic 96% la 1 volum supernatant, 43 și recuperarea azeotropului etanol-apă 96% și a lichidului ionic.
  6. 6. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că extracția hidrolitică 45 a steroidelor și acizilor grași din materialul lignocelulozic recalcitrant la solubilizare M2 se realizează prin tratare, timp de 4 h, a 1 parte de material vegetal cu 20 părți soluție de alcool 47 etilic 40% în apă, conținând 2 mg/ml lipază B din Candida antarctica, cu minimum 9 unități
    RO 129987 Β1
    1 lipazice per mg, la pH 7,5, temperatura de 50°C, cu ultrasonicare intermitentă, 5 min la fiecare 30 min, la 20 kHz și cu o putere de 500 W, urmată de separarea prin filtrare a mate3 rialului vegetal rezidual M3 de extractul hidro-alcoolic, și de concentrarea prin evaporare până la sec a soluției alcoolice, cu recuperarea azeotropului etanol-apă 96%, și reluarea
    5 extractului solid în etanol 96%, soluție 20% substanță uscată.
  7. 7. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că etapa de conversie
    7 în bio-cărbune și bio-ulei a materialului lignocelulozic recalcitrant M3 se realizează prin piroliză asistată de microunde, la o putere incidență de 1200 W și o frecvență de 2450 MHz,
  8. 9 timp de 20 min, sub vaccum, care inițial este de 30 mbar, și care crește până la 0,3 bar la punctul maxim de încălzire.
ROA201300895A 2013-11-25 2013-11-25 Procedeu de recuperare a compuşilor bioactivi din plante aromatice RO129987B1 (ro)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA201300895A RO129987B1 (ro) 2013-11-25 2013-11-25 Procedeu de recuperare a compuşilor bioactivi din plante aromatice

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA201300895A RO129987B1 (ro) 2013-11-25 2013-11-25 Procedeu de recuperare a compuşilor bioactivi din plante aromatice

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RO129987A0 RO129987A0 (ro) 2015-01-30
RO129987B1 true RO129987B1 (ro) 2018-08-30

Family

ID=52424229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ROA201300895A RO129987B1 (ro) 2013-11-25 2013-11-25 Procedeu de recuperare a compuşilor bioactivi din plante aromatice

Country Status (1)

Country Link
RO (1) RO129987B1 (ro)

Also Published As

Publication number Publication date
RO129987A0 (ro) 2015-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cheok et al. Current trends of tropical fruit waste utilization
Rincon et al. Mechanochemical extraction of antioxidant phenolic compounds from Mediterranean and medicinal Laurus nobilis: A comparative study with other traditional and green novel techniques
Brahma et al. In-depth analysis on potential applications of jackfruit peel waste: A systematic approach
KR101230388B1 (ko) 소나무로부터 정유를 추출하는 방법 및 이 방법으로 추출한 소나무 정유
Pérez-Larrán et al. Green technologies for cascade extraction of Sargassum muticum bioactives
Mariod Multiple biological activities of unconventional seed oils
KR102010404B1 (ko) 피부 재생 효과를 갖는 화장료 조성물 및 이를 이용한 화장품
Díaz-Reinoso et al. Towards greener approaches in the extraction of bioactives from lichens
Bhatt et al. Evaluation of physicochemical property and fatty acid composition of Opuntia elatior seed oil
Liu et al. An efficient approach for the extraction of polyphenols from pomegranate peel using the green solvent and profiling by UPLC-Q-TOF-MS/MS analysis
Sonar et al. Intensification of imperatorin extraction from Aegle marmelos by ultrasound assisted three phase partitioning: Comparative studies and exploring its ethnomedicinal uses
KR101676292B1 (ko) 다시마, 오크라 및 참마 혼합 추출물을 포함하는 화장품 조성물 및 그 제조 방법
Swamy et al. Citrus waste: A treasure of promised phytochemicals and its nutritional-nutraceutical value in health promotion and industrial applications
KR102174199B1 (ko) 산양삼 성분이 포함된 어성초 발효 오일의 제조방법 및 이에 의해 제조된 어성초 발효 오일
Diatta et al. evaluation of the antioxidant activity of stalk and fruit of Solanum aethiopicum L.(Solanaceae)
RO129987B1 (ro) Procedeu de recuperare a compuşilor bioactivi din plante aromatice
KR20150132753A (ko) 항산화 및 항균 효과를 가지는 상엽 초임계 추출물의 제조 방법
CN118946363A (zh) 含鞣花酸组合物的制造方法及含鞣花酸组合物
Yan et al. The new products from brown seaweeds: Fucoxanthin and phlorotannins
KR102092865B1 (ko) 플라즈마 처리를 통해 항염증 효과가 증진된 금강송 추출물 및 그의 제조방법
KR102092872B1 (ko) 금강송 아임계 수 추출물을 유효성분으로 함유하는 항염증용 조성물
El-Hadary Identification and characterization of antioxidant and bioactive components of Mirabilis jalapa and Dracocephalum moldavica L. plants
KR20220113605A (ko) 반려동물 피모 개선용 한방 화장품 및 그 제조방법
KR100909206B1 (ko) 세코이소라리시레시놀(seco)의 제조방법 및 이를유효성분으로 함유하는 화장료 조성물
CN112472651A (zh) 一种姜提取物、其制备方法及其用途