Ciljevi, ideja i značaj

Prethodna istraživanja pokazuju da različiti ekstrakti, bilo kao smjesa čistih spojeva ili standardizirani ekstrakti sadrže različite skupine bioaktivnih spojeva s velikim potencijalom primjene u prehrambenoj, famaceutskoj i drugim industrijama. Različite inovativne tehnike ekstrakcije kao što su ekstrakcija potpomognuta mikrovalovima (MAE), ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom (UAE), ekstrakcija potpomognuta visokim tlakom (HPAE), ubrzana ekstrakcija otapalima (ASE), ekstrakcija potpomognuta netermičkom atmosferskom plazmom (NAP) prikladne su za za proizvodnju ekstrakata s visokim udjelom bioaktivnih spojeva (BAS) i koji imaju potencijalnu primjenu bilo u izvornom obliku ili pročišćeni. Zbog velikog broja različitih BAS iz različitih materijala, za svaku primjenjenu tehniku ekstrakcije potrebno je definirati optimalne uvjete. Ekstrakcija koja se provodi superkritičnim CO2 pripada tzv. “čistim tehnologijama” bez nusproizvoda koji zagađuju okoliš. CO2 je GRAS otapalo (Generally recognized as a safe), te su proizvodi koji se ekstrahiraju primjenom tzv. “food grade” CO2 sigurni sa zdravstvenog aspekta. Ekstrakti sa visokim biološkim potencijalom se mogu sušiti raspršivanjem s ciljem proizvodnje prahova koji mogu imati komercijalnu primjenu. Dobiveni ekstrakti, te odjeljene frakcije i/ili pročišćeni BAS testirati će se primjenom različitih metoda (antioksidativana aktivnost, primjenom in vitro i in vivo metoda ispitivanje potencijalnog zaštitnog djelovanja na zdravlje, ispitivanje u animalnim i staničnim modelima, itd.).

Znanstvena osnova

Kao rezultat velike raznolikosti u strukturama između ciljanih skupina bioaktivnih spojeva mora i njihovih prirodnih izvora, postoje značajne razlike u fizikalno kemijskim svojstvima. Stoga je nužno i od velike važnosti pronaći i optimizirati učinkovite metode ekstrakcije te definirati jasne protokole. Konvencionalne metode ekstrakcije uz primjenu otapala (CE) se temelje na pravilnom izboru otapala, uz zagrijavanje i/ili miješanje kako bi se povećala topljivost ciljanih spojeva te povećao prijenos mase. U istraživanjima i proizvodnji ekstrakata najviše se koriste standardne konvencionalne metode ekstrakcije. Međutim prinos ekstrakta, kvaliteta ekstrakta, te štednja resursa poput vremena, otapala i sl. se mogu poboljšati primjenom inovativnin tehnika ekstrakcije kao što su MAE, UAE, HPAE, SCO2 itd.. Ekstrakcija superkritičnim CO2 je još uvijek relativno nova tehnika i nema širu komercijalnu upotrebu, čemu su uglavom razlog visoki troškovi ulaganja u opremu. Međutim, u skladu sa svjetskim trendovima sve više se ukazuje na potrebu zamjene konvencionalnih tehnologija sa “zelenim” proizvodima i tehnologijama. Kada se razmotri industrijska primjena, nužno je osigurati fundamentalna istraživanja superkritičnih procesa te implementirati dobivene rezultate u industrijska postorjenja. Korištenje prirodnih materijala u proizvodnji proizvoda dodane vrijednosti primjenom “zelenih” tehnologija kao što je ekstrakcija superkritičnim CO2 će i dalje biti od velikog interesa u raznim industrijama, naročito prehrambenoj, farmaceutskoj i kozmetičkoj.

Kompetencije istraživane skupine

Multidisciplinarni tim Prehrambeno-biotehnološkog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu su aktivni istraživači s dugogodišnjim iskustvom u vođenju projekata i istraživanja fokusiranih na područje kemije hrane i prehrambene tehnologije, laboratorijskih analiza (nove i konvencionalne metode ekstrakcije), matematičko modeliranje, statističke analize, dizajn eksperimenata, ostale metode istraživanja. Imaju ekspertize u: ekstrakciji ciljanih bioaktivnih spojeva iz prirodnih izvora uz primjenu različitih metoda (konvencionalna ekstrakcija, ekstrakcija potpomognuta mikrovalovima, ultrazvukom, visokim hidrostatskim tlakom, ekstrakcija potpomognuta netermičkom atmosferskom plazmom, ubrzana ekstrakcija otapalima itd.), pročišćavanje ekstrakata kromatografijom u stupcu na silika gelu uz upotrebu različitih otapala, preparativna tankoslojna kromatografija (PTLC), separacija prirodnih spojeva primjenom semi-preparativne tekućinske kromatografije, određivanje prirodnih spojeva primjenom spektrofotometrijskih metoda, identifikacija prirodnih spojeva primjenom HPLC s UV/ViS PDA, FD, RI detekcijom, UPLC MS/MS, određivanje antioksidativne aktivnosti primjenom različitih metoda određivanja: ORAC metoda (Oxygen radical absorbance capacity), metoda inhibicije lipidne peroksidacije (LPIC), ABTS metoda (2,2’ – azinobis-(3-etilbenzotiazoline- 6-sulfonska kiselina), DPPH metoda (1,1-difenil-2-pikrilhidrazil), FRAP metoda (ferricreducing antioxidant power), Trolox ekvivalent antioksidativni kapacitet metoda (TEAC) itd., in vivo određivanje bioraspoloživosti bioaktivnih spojeva te in vitro/in vivo određivanje zaštitnog djelovanja BAS, primjena sušenja raspršivanjem u proizvodnji prahova biljnih ekstrakata. Razlog suradnje s Prehrambeno tehnološkim fakultetom Sveučilišta Josip Juraj Strossmayer u Osijeku je u korištenju potrebne infrastrukture i relevantne znanstvene opreme potrebne za postizanje ciljeva projekta. Uređaji uključuju pilot postrojenje za destilaciju vodenom parom i ekstrakciju superkritičnim CO2 za proizvodnju i pročišćavanje BAS iz različitih 10 ekstrakata. Istraživačka grupa Prehrambeno tehnološkog fakulteta ima znanja i knowhow u dizajniranju uređaja za ekstrakciju superkritičnim fluidima te u proizvodnji različitih biljnih ekstrakata. Poznavanje ovog procesa doprinijet će timskom radu u području ovog istraživanja.

Metode i njihova poveznica sa specifičnim ciljevima

Izolacija, pročišćavanje i karakterizacija ciljanih spojeva se obično provodi primjenom sofisticiranih i visoko osjetljivih metoda (preparativna tankoslojna kromatografija-PTLC, semipreparativna tekućinska kromatografija, spektrofotometrija, HPLC s UV/ViS PDA, FD, RI detektorima, UPLC MS/MS. Određivanje antioksiadtivne aktivnosti primjenom različitih metoda (ABTS, DPPH, Trolox); ORAC (oxygen radical absorbance capacity); LPIC (lipid peroxidation inhibition capacity) i druge.

Očekivani ishodi i njihovi potencijalni korisnici

Očekuje se razvoj protokola za izolaciju različitih vrsta spojeva iz morskih organizama. Specifičnost organskih spojeva koji se izoliraju zasigurno će zahtjevati primjenu ekspertnih znanja iz ovog područja. Očekuje se nastanak intelektualnog vlasništva temeljenog na poboljšanju i optimiziranju procesa izolacije i pročiščavanja molekula iz kompleksnih smjesa. Krajnji korisnici razvijenih protokola su industrije/proizvođači prirodnih ekstrakata i specifičnih organskih molekula.