Arvopilotin uuttopäivä Pilotteina Eija Hakala ja Jaana Väisänen

Transkriptio

1 Arvopilotin uuttopäivä Pilotteina Eija Hakala ja Jaana Väisänen

2 Uuttaminen Eristysmenetelmä, jossa haluttu aine erotetaan muista yhdisteistä/liuottimesta Uuttumistehokkuuteen vaikutta mm. uutettavan yhdisteen ja liuottimen kemialliset ominaisuudet (poolisuus) uuttoliuottimen lämpötila uuttoaika paine sekoitus

3 Miten saan kasvien arvoaineet käyttööni? - Kasveissa monia erityyppisiä yhdisteitä, joiden talteenotto uuttamalla vaatii eri menetelmiä ja erilaisia liuottimia (=uuttonesteitä). - Samasta raaka-aineesta voi myös uuttaa peräjälkeen erilaisia yhdisteitä raaka-aineen ja liuottimen kemiallisten ominaisuuksien mukaisesti. (esim. pakurin uutto ensin veteen ja sen jälkeen alkoholiin) Pandey & Tripathi 2014 Kasviöljy ym. Terpeenit Rasvahapot Kumariinit Flavanolit & Karotenoidit (rasvaliuk flavonoidit) Eteeriset öljyt..

4 Yhdisteiden liukoisuus riippuu paljolti niiden polaarisuudesta - Rasvahapot, lipidit, vahat, steroidit, triterpeenit, steroidiset alkaloidit ja polaarittomat yhdisteet liukenevat rasvoihin sekä heksaaniin ja eetteriin Liuottimen polaarisuusindeksi - Saponiinit, alkaloidit, glykosidit, karotenoidit, flavonoidit ja fenolit liukenevat etanoliin ja metanoliin - Tanniinit, lima-aineet, hiilihydraatit ja fenolit liukenevat veteen - Osa yhdisteistä on osittain polaarisia ja osittain poolittomia. Niitä varten voi liuottimena olla vähemmän polaarinen liuotin.

5 polaarisuuden lisäksi myös seuraavista: Uuttomenetelmä Uuton kesto Uuttolämpötila (viileä, huoneenlämpö, 50 o C, 100 o C) Liuottimen ominaisuudet Paine Sekoitus Liuottimen tulisi olla: - Matalassa lämpötilassa haihtuvaa (esim. heksaani) - Vaaratonta - Edistää bioaktiivisten yhdisteiden imeytymistä (ihoon, ruuansulatuselimistöön) - Säilyttää bioaktiiviset yhdisteet pitkään ja oikeassa muodossa

6 Yhdisteen poolisuus? Kemiallinen sidos on harvoin täysin kovalenttinen tai ioninen vaan se on usein näiden välimuoto. Suurimmassa osassa kemiallisia sidoksia sidoselektronit ovat siirtyneet enemmän toisen atomin puolelle, jolloin on kysymyksessä polaarinen kovalenttinen sidos. Polaarinen sidos syntyy kun hiileen liittyy elektronegatiivinen, sidoselektroneja puoleensa vetävä alkuaine. Halogeenit (F, Cl, Br, I), happi (O) ja typpi (N) ovat vahvasti elektronegatiivisia alkuaineita, ja ne antavat molekyylille tai sen osalle polaarisen luonteen. - Polaarisia/poolisia liuottimia ovat mm. vesi, etanoli, glyseroli

7 Ei-polaarinen /pooliton yhdiste Sidosta, jossa elektronit jakautuvat atomien kesken suunnilleen tasan, sanotaan poolittomaksi. Poolittomia sidoksia ovat esimerkiksi kahden hiiliatomin välinen sidos sekä hiili- ja vetyatomin välinen sidos. Poolittomia /ei-polaarisia liuottimia ovat esim. heksaani (hiilivety) ja kasviöljyt Poolittomia yhdisteitä ovat monet rasvat ja eteeriset öljyt

8 Uuttomenetelmiä Maserointi Ultraääniavusteinen uutto (maserointi) Mikroaaltoavusteinen uutto (emme esittele tällä kertaa) Perkolaatio Keitto Haudutus Höyrytislaus Soxhlet-uutto

9 Maserointi Jauhettu raaka-aine sekoitetaan uuttonesteeseen (vesi/vesietanoliseos/kasviöljy/glyseroli/lanoliini) suljettuun säiliöön Uuttosuhde usein 1 : 5-10 Seisotus ja jatkuva sekoitus (magneettisekoittaja, keittopadan tai haudutuskattilan ajastettu sekoitus) Lämmitys 50 asteeseen tai vähintään huoneenlämpö Uuttonesteeseen voidaan lisätä entsyymiliuosta parantamaan saantoa (jos vesi tai vesi-etanoli). Pektinaasit, sellulaasit ym. helposti saatavia. Uuttonesteeseen voidaan lisätä antioksidanttia, jos haluttu yhdiste helposti hapettuva (esim. askorbiinihappo) Uuttoaika usein 24 h tai yli Suodatus ja seisotus (sakka laskeutuu pohjaan, vesi rasvauutossa samoin)

10 Ultraääniavusteinen uutto (maserointi) Maserointi aloitetaan seisotuksella (esim. 4 h tai 24 h) Maserointiastia upotetaan lyhyeksi ajaksi (10-30 min) ultraäänipesukoneeseen Jossain uä-laitteissa voidaan myös nostaa uuttolämpötilaa! Värähtelyllä saadaan tehostettua massan hajoamista, jolloin uuttoneste saavuttaa uutettavat (esim. solunsisäiset) yhdisteet paremmin Suodatus ja massan puristus kuivaksi Jos värähtely kovin voimakasta voi synnyttää vapaita radikaaleja uutteeseen? Värähtelyn aste säädettävissä? UÄ perustuu kavitaatioon: nestevirtaukseen syntyneet kaasukuplat luhistuvat, jolloin nesteeseen syntyy voimakkaita paineaaltoja

11 Fenkolin (a) ja aniksen (b) jauhettujen siementen anetholi-öljyn uutto etanolilla eri uuttomenetelmiä käyttäen. Ultraääniavusteinen uutto tehosi nopeasti. Noin 10 minuutissa valtaosa anetholista jo uuttunut etanoliin. Jauhetun kasvimassan perkolaatiouutolla saatiin myös melko hyvä uuttotulos verrattuna Soxhlettiin Uuttomenetelmät: - Soxhlet-uutto - Ultraääni - Sentrifugointi - Perkolaatio

12 Perkolaatio Perkolaatiossa tarvitaan metallinen, keraaminen (lasitettu) tai lasinen sylinterin muotoinen suljettava astia, jonka yläosan suodatinosaan pakataan jauhettu kostea kasvimassa, ja uuttonesteen annetaan suodattua hitaasti kasvimassan läpi. 1. Kuiva jauhettu kasvimassa kostutetaan ensin uuttoliuoksella, ja sen annetaan seistä useita (4) tuntia suljetussa astiassa. 2. Kostea kasvimassa pakataan tiukasti perkolaattorin yläosassa olevaan suodatinpaperilla vuorattuun hylsyyn tai suodattimeen, jonka pohjareikä on suljettu. Pakatun kasvimassan päälle lisätään kerros uuttonestettä, esim. alkoholia tai öljyä. Uuttoliuoksen ja sen alla olevan kasvimassan annetaan maseroitua 24 tuntia. 3. Tämän jälkeen suodattimen pohjaproppu avataan, ja uuttonesteen annetaan valua hitaasti uutettavan kasvimassan läpi astiaan. Uutta uuttoliuosta lisätään kasvimassan päälle, kunnes on saavutettu tarvittava tilavuus uutosta. 4. Lopuksi puristetaan suodattimessa olevasta kasvimassasta ylimääräinen neste pois. 5. Uutos suodatetaan tai seisotetaan, jotta saadaan kirkas uutos talteen.

13 Kansi Perkolaattorin periaate Alkoholi tms. Paino Pakattu kasvimassa Suodatinpaperit Korkki Säiliö

14 Keitto ja haudutus Keittämällä uuttaminen sopii kasvien juurille, juurakoille ja varsille. Murskattu raaka-aine lisätään kiehuvaan veteen, ja keitto kestää 1-2 h. Keitos siivilöidään, jonka jälkeen sitä voidaan edelleen keittää kokoon, eli väkevöidä (jos vesiliuos) Haudutuksessa uuttonesteen lämpötila pidetään kiehumispisteen alapuolella (esim o C). Esim. haudutuksesta: Kuiva mesiangervonkukka lisätään 90-asteiseen veteen ja uutto kestää 15 minuuttia. Sen jälkeen uutos siivilöidään ja jäähdytetään. Uuttosuhde 2,5 % eli 100 g kuivaa mesiangervoa/4 l vettä. Tällä uutolla saadaan kversetiini ja salisylaatit uutokseen, mutta tanniinit jäävät massaan. Mesiangervosima: hieno väri, normisimaa täyteläisempi maku mutta mesiangervo ei erottunut maussa.

15 Soxhlet-uutto Jatkuva uutto Liuotin laitetaan kolviin, jota keitetään palautusjäähdyttimen alla (=refluksointi) Liuotinhöyry tiivistyy nesteeksi palautusjäähdyttimessä ja tippuu nesteenä uuttohylsyyn, jossa uutettava aine on Hylsyn täytyttyä neste palaa kolviin josta alkaa uusi liuottimen höyrystyminen Samaa liuotinta voidaan käyttää useiden uuttojen ajan

16 Vesihöyrytislaus Veteen liukenematon yhdiste voidaan tislata kiinteästä materiaalista vesihöyryn avulla (esim. eteeriset öljyt)

17 Uutosten väkevöiminen Monissa uuttomenetelmissä tuloksena on varsin laiha uutos. Luonnollisesti tarvitaan paljon uuttonestettä, jotta saadaan osmoottisten periaatteiden mukaan väkevästä liuoksesta maksimimäärä haluttuja arvoaineita siirtymään laimeampaan liuokseen. Jos uuttonesteenä on käytetty esim. alkoholia, ja alkoholin määrää lopullisessa uutoksessa halutaan vähentää tai poistaa se kokonaan, alkoholi voidaan haihduttaa pois alipaineella esim. pyöröhaihdutuksella. Väkevöinnissä voi myös käyttää paineilmaa (uutosastiaan tehostettu ilmanvaihto )

18 Rotavaporilla (pyöröhaihduttimella) uutos pyörii lämpöhauteessa alipaineessa, jolloin liuottimena olevan nesteen kiehumispiste alenee. Lämpöhauteen lämpötila ei nouse bioaktiivisten yhdisteiden kannalta liian korkeaksi.

19 Amerikkalaisen Matti Meikäläisen versio uuttolaitteesta ja uutoksen väkevöinnistä: MagicalButter (USA) Tinktuuran valmistusohje, jossa uuttonesteenä viljaviina.

20 Imusuodatus Yrttiraaka-aineen uuton jälkeen uutokset suodatetaan. Suodatusta voi tehostaa hyödyntämällä veden imua. Tarvitaan: Imupullo, Tratti, jonka saa tiiviisti imupullon suulle Suodatinpaperi, joka istuu tiiviisti suppiloon Kumiletkua Wulffin pullo (alipaineen synnyttämiseen) Vesihana, johon saa kumiletkun kunnolla kiinni