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Entwicklung eines kombinierten Verfahrens zur Isolierung von Pflanzeninhaltsstoffen am Beispiel von ausgewählten ätherischen Ölen
Development of a combined process for isolation of plant compounds such as selected ethereal oils
- Pflanzenbasierte Roh- und Wertstoffe erlangen auf allen Gebieten des menschlichen Denkens und Handelns zunehmend an Bedeutung. So werden Wirksubstanzen natürlichen Ursprungs in kosmetischen und pharmakologischen Anwendungen, sowie in der Nahrungsmittelmittelindustrie als beispielsweise Nahrungsergänzung verstärkt gegenüber synthetischen Produkten bevorzugt. Diese Entwicklung beruht auf dem zunehmenden Verständnis für nachhaltige Entwicklungen in Wirtschafts- und Naturkreisläufen einerseits und dem breiten, hocheffektiven Wirkspektrum bei akzeptablen Nebenwirkungsprofilen biologisch aktiver Substanzen andererseits.
Grundvoraussetzung zur Nutzung dieses Potentials ist eine Technologiekaskade, welche die primäre Gewinnung und die darauf aufbauende Aufbereitung und Veredlung bis hin zur vollständigen Isolierung dieser Naturstoffe erlaubt. Die vorliegende Arbeit leistet in Bezug auf die stoffschonende Auslegung von Einzelprozessen und die anschließende effiziente Kombination der entwickelten Verfahrensschritte zu einem Gesamtprozess einenPflanzenbasierte Roh- und Wertstoffe erlangen auf allen Gebieten des menschlichen Denkens und Handelns zunehmend an Bedeutung. So werden Wirksubstanzen natürlichen Ursprungs in kosmetischen und pharmakologischen Anwendungen, sowie in der Nahrungsmittelmittelindustrie als beispielsweise Nahrungsergänzung verstärkt gegenüber synthetischen Produkten bevorzugt. Diese Entwicklung beruht auf dem zunehmenden Verständnis für nachhaltige Entwicklungen in Wirtschafts- und Naturkreisläufen einerseits und dem breiten, hocheffektiven Wirkspektrum bei akzeptablen Nebenwirkungsprofilen biologisch aktiver Substanzen andererseits.
Grundvoraussetzung zur Nutzung dieses Potentials ist eine Technologiekaskade, welche die primäre Gewinnung und die darauf aufbauende Aufbereitung und Veredlung bis hin zur vollständigen Isolierung dieser Naturstoffe erlaubt. Die vorliegende Arbeit leistet in Bezug auf die stoffschonende Auslegung von Einzelprozessen und die anschließende effiziente Kombination der entwickelten Verfahrensschritte zu einem Gesamtprozess einen wesentlichen Beitrag.
Ausgehend von der effektiven Gewinnung flüchtiger Stoffe und Stoffgruppen aus ausgewählten ätherischen Ölpflanzen konnten wertbestimmende Substanzen als L-Fenchon (Foeniculum vulgare) aus dem Bitteren Fenchel und Bisaboloide, sowie Chamazulen aus der Echten Kamille (Matricaria chamomilla) identifiziert und nutzbare Aufreinigungs- und Separationsverfahren abgeleitet werden.
Eine erste effiziente Anreicherung der Wirkstoffe erfolgte mithilfe der neu entwickelten Methode als separierende Trägerdampf-Destillation, wobei durch die gezielte Druckanpassung und Variation der Trägerdampfzusammensetzung eine Prozesstemperaturabsenkung mit positiven Effekten auf die Trennleistung und Wertstoffausbringung erreicht wurde.
Die anschließende vollständige Isolierung ist durch flüssigchromatographische Verfahrensabfolgen realisiert worden. Dabei konnte gezeigt werden, dass die kontinuierliche Prozessführung als quasikontinuierliches Verfahren sowie der bewegte Gegenstrom als Simulated Moving Bed (SMB) einer diskontinuierlichen Batch-Chromatographie in Bezug auf Stoff- und Ressourcenschonung in den betrachteten Anwendungsfällen deutlich überlegen ist.
Die abschließende verbrauchsrelevante und darauf aufbauend wirtschaftliche Bewertung des entwickelten kombinierten Verfahrens wies die umgesetzte Methodenkopplung als effiziente Alternative zu den im Vergleich ressourcenaufwendigen und bisher hauptsächlich ausgelegten Single-Unit-Operations aus.…
- Plant based raw materials and resources are gaining importance in all areas of human thinking and actions. Active ingredients of natural origin are being preferred to synthetic ones in cosmetic and pharmaceutical applications as well as in the food industry as supplements. This development is a result of an increased awareness for renewable industries and natural cycles on one hand and the wide and highly effective spectrum of acceptable side effects of biologically active substances on the other.
The basic prerequisites to exploit this potential is to develop a technological cascade starting from the primary extraction followed by processing and refining to a complete isolation of the specific natural material. The work presented here makes a substantial contribution to the application of gentle processes and design of a combination of the developed process steps to generate an overall process for the same.
Among the various effective extraction of volatile substances and group of substances from selected ethereal oil plants,Plant based raw materials and resources are gaining importance in all areas of human thinking and actions. Active ingredients of natural origin are being preferred to synthetic ones in cosmetic and pharmaceutical applications as well as in the food industry as supplements. This development is a result of an increased awareness for renewable industries and natural cycles on one hand and the wide and highly effective spectrum of acceptable side effects of biologically active substances on the other.
The basic prerequisites to exploit this potential is to develop a technological cascade starting from the primary extraction followed by processing and refining to a complete isolation of the specific natural material. The work presented here makes a substantial contribution to the application of gentle processes and design of a combination of the developed process steps to generate an overall process for the same.
Among the various effective extraction of volatile substances and group of substances from selected ethereal oil plants, L-Fenchone from the bitter fennel (Foeniculum vulgare) and Bisaboloids, as well as Chamazulene from the German Camomile (Matricaria chamomilla) have been identified along with useful purification and separation processes.
The first enrichment of the substance succeeded with the help of a newly developed method of steam distillation. A positive effect on the separation efficiency and output could be achieved by adjusting the pressure and varying the steam composition with process temperature reduction.
The final complete isolation was done by mean of liquid chromatography. It was also shown that a continuous process to purify the resources for the necessary applications could be realized with the application of a quasi-continuous process with a moving crossflow in the form of a Simulated Moving Bed (SMB) on the discontinuous batch chromatography method.
The resulting consumption relevant and subsequent economic evaluation of the developed combined method proves that the used coupling of methods is an effective alternative to the resource consuming and the existing Single Unit Operations.…
Author: | Constantin Jurischka |
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URN: | urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41644 |
Referee / Advisor: | Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Ay, Prof. Dr.-Ing. Christian Stollberg |
Document Type: | Doctoral thesis |
Language: | German |
Year of Completion: | 2016 |
Date of final exam: | 2016/12/13 |
Release Date: | 2017/04/03 |
Tag: | Isolierung <Chemie>; Kontinuierliche Chromatographie; Pflanzeninhaltsstoffe; Trägerdampf-Destillation; Verfahrenskombination Continuous chromatography; Plant ingredients; Process combination; Purifikation; Steam distillation |
GND Keyword: | Isolierung <Chemie>; Flüssigkeitschromatographie; Pflanzeninhaltsstoff; Destillation |
Institutes: | Fakultät 2 Umwelt und Naturwissenschaften / FG Aufbereitungstechnik und Sekundärrohstofftechnologie (ehemals) |
Licence (German): | ![]() |