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Weiterführende Untersuchungen zur Entwicklung einer Methode zur Abtrennung lipophiler Substanzen aus einem wässrigen Rhabarberextraktes mittels Fast Partition Centrifugal Chromatography (FCPC)

Angefertigt von: Johanna Bensch

  1. Gutachter: Prof. Dr. I. Schellenberg
  2. Gutachter: Dr. K. Kabrodt

Wer Rhabarber (auch Rheum genannt) bislang nur als großblättrige Gemüsepflanze kannte, ist überrascht, welche wertvollen Eigenschaften dieses Gewächs weiterhin besitzt. Vor allem die Wurzeln der aus Asien stammenden Pflanze stehen im Fokus der Wissenschaft, so auch am Institut of Bioanalytical Sciences (IBAS) in Bernburg, einer Abteilung des Center of Life Sciences (Aninstitut der Hochschule Anhalt (FH)). Besondere Betrachtung erfährt hierbei die Substanzklasse der Polyphenole, welche antioxidativ, antimikrobiell, antikanzerogen und entzündungshemmend wirken. So werden diese wertvollen Substanzen nicht nur als pflanzlicher Gerbstoff von Leder verwendet. Es gibt auch Untersuchungen, diese im Pflanzenschutz an Nutzpflanzen einzusetzen. Um die positiven Eigenschaften der Rheum-Wurzeln nutzen zu können, müssen diese Substanzen möglichst effektiv und einfach extrahiert werden.

Bisher werden die Rhabarberwurzeln im Labormaßstab einem aufwendigen Aufarbeitungsverfahren mit hohem manuellen Einsatz unterzogen, um den Rhabarber-Extrakt zu erhalten. Die erhaltenen Extraktmengen reichen für die in vitro Applikationsversuche sowie für Anwendungen im Gewächshaus aus. Um die Aufwandmengen für Feldversuche herzustellen, stößt das manuelle Verfahren sehr schnell an seine Grenzen. Dies sind neben dem manuellen Aufwand, den ein Labormitarbeiter leisten muss, die lange Zeitdauer des gesamten Verfahrens von 2 Tagen sowie die benötigten Lösungsmittelmengen. Es muss demnach versucht werden, Alternativen für diese Methode zu finden. Ziel ist es dabei, den Extraktionsprozess wirtschaftlicher zu gestalten. Dabei darf jedoch nicht der Gehalt an Polyphenolen beeinträchtigt werden.
Ein Aspekt der Extraktionsmethode umfasst die Abtrennung lipophiler Bestandteile aus dem Rhabarberextrakt, welche als Störsubstanzen, bewertet werden. So dürfen die in den Wurzeln von Rhabarberarten vorkommenden Anthrachinone und deren Derivate gemäß einer Entscheidung der Europäischen Kommission vom 15. Dezember 2008 (Aktenzeichen K-2008-8133) wegen der potentiellen Gefährdung der Gesundheit von Mensch und Tier nicht in Anhang I der Richtlinie 91/414/EWG aufgenommen und daher auch nicht für den Pflanzenschutz verwendet werden (Europäische Kommission, 2008). Bislang werden diese Stoffe aus dem Extrakt nach dem am IBAS etabliertem Verfahren mittels Phasentrennung im Scheidetrichter mit Petrolether herausgelöst, wobei die Störsubstanzen in die Petrolether-Phase übergehen. Dieser manuelle Extraktionsschritt soll im Rahmen dieser Bachelor-Thesis durch ein halb-automatisiertes Verfahren ersetzt werden, der FCPC-Methode. Bei der FCPC (Abkürzung für Fast Centrifugal Partition Chromatography) handelt es sich um ein Flüssig-Flüssig-Verteilungschromatographie-Verfahren. Durch die hohe theoretische Trennstufenzahl im Vergleich zum manuellen Ausschüttelungsvorgang soll eine effektivere Abtrennung der Störsubstanzen erreicht werden. Untersuchungen aus dem Jahr 2012 (Stocker, 2012) beschäftigten sich schon mit der Entwicklung einer FCPC-Methode. Jedoch erwiesen sich einige Parameter, verursacht durch Dichtungs- und Ventilprobleme, als nicht stabil. Das betraf insbesondere den Pumpenfluss. Nach dem Beheben der Funktionseinschränkungen der Pumpe soll nun an diese Untersuchungen angeknüpft werden. Als wichtigste Betriebsparameter werden dazu die Pumpenflussrate sowie die Rotordrehzahl des FCPC-Systems betrachtet werden. Diese müssen so optimiert werden, dass sowohl Versuchszeit als auch Lösungsmittelverbrauch möglichst gering gehalten werden können. Außerdem soll gezeigt werden, dass diese optimierten Parameter auch reproduzierbare Ergebnisse liefern. Bei dem o.g. manuellen Verfahren wird die Abtrennung der lipophilen Bestandteile durch die Kühlung des Extraktes unterstützt. Da es sich dabei um einen energieintensiven Schritt handelt, soll dieser möglichst eingespart werden. Demzufolge wird das gefundene FCPC Verfahren auch bei Rhabarberextrakten zur Anwendung kommen, die nicht gekühlt werden, um den Einfluss der Probenkühlung auf die Methode mittels FCPC zu überprüfen und einen Vergleich zu dem bisher etablierten manuellen Verfahren zu ziehen.
Mittels massenspektrometrischer Untersuchung der diversen Extrakte soll zudem gezeigt werden, dass einerseits die Entfernung der Anthrachinone gegenüber dem manuellen Verfahren verbessert werden kann als auch, dass keine wertvollen Polyphenole während der FCPC-Extraktion verloren gehen.