PFLANZENEXTRAKTE IN DER HAUTPFLEGE

Die Natur ist eine Quelle für zahlreiche Stoffe mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften. Daher ist es nicht verwunderlich, dass in ihr über viele Jahre hinweg interessante Stoffe gefunden wurden – und weiterhin gefunden werden. Es gibt zum Beispiel viele Arzneimittel, die von Substanzen aus der Natur stammen oder durch diese inspiriert wurden. Auch in anderen Bereichen spielen Stoffe aus der Natur eine wichtige Rolle – zum Beispiel in der Kosmetik, in der Naturstoffe immer mehr an Bedeutung gewinnen.

EXTRAKTIONEN IN DER KOSMETIK

Die Natur hat nämlich sehr oft Eigenschaften entwickelt, die sehr nützlich sind und die auf andere Weise nur schwer zu erreichen sind. Pflanzen enthalten zum Beispiel viele interessante Antioxidantien, entzündungshemmende, antimikrobielle, reinigende, peelende, barrierebildende und feuchtigkeitsspendende Substanzen. Ein Beispiel ist der Rooibos, der den lateinischen Namen Aspalathus Linearis trägt: Extrakte aus dieser Pflanze können wichtige antioxidative und antibakterielle Eigenschaften besitzen, von der unreine Haut profitieren kann. Ein weiteres gutes Beispiel ist die bekannte Heilpflanze Kamille mit dem lateinischen Namen Anthemis Nobilis, deren Blütenköpfe vor allem zur Gewinnung von Substanzen mit z. B. entzündungshemmenden Eigenschaften verwendet werden. Einige der aktiven Substanzen der Kamille sind Chamazulen und α-Bisabolol. Ein drittes Beispiel ist der Extrakt des Feigenkaktus (Opuntia Ficus-indica), der gute feuchtigkeitsspendende und antioxidative Eigenschaften besitzt. Auch Tiere können selbstverständlich interessante Stoffe produzieren. Beispiele hierfür sind Bienen, von denen wir Honig und Bienenwachs erhalten, Fische, aus denen wir feuchtigkeitsspendendes Kollagen gewinnen können, und Seidenraupen, von denen Seide stammt, aus der wir bestimmte Proteine mit interessanten feuchtigkeitsspendenden Eigenschaften für Haut und Haar erzeugen können. Der Weg, die gewünschten Stoffe aus der Natur zu gewinnen, führt über verschiedene Extraktionsverfahren.

EXTRAKTION UND EXTRAKTIONSVERFAHREN

Extraktion ist der Prozess der Herauslösung oder Extraktion eines Stoffes aus seiner ursprünglichen Umgebung – einer Matrix. Es gibt zahlreiche unterschiedliche Extraktionstechniken und viele Bereiche, an denen diese eingesetzt werden – zum Beispiel in der Küche, in Krankenhäusern, in Kläranlagen und in Unternehmen, die z. B. Lebensmittel, Arzneimittel und Rohstoffe für andere Industrien herstellen, sowie in zahlreichen weiteren Bereichen. Die Extraktion ist auch historisch betrachtet von großer Bedeutung.

Extraktionsverfahren können in verschiedene Typen unterteilt und auf unterschiedliche Weise klassifiziert werden. Eine allgemeine Kategorisierung kann darin bestehen, dass man unterscheidet, ob die Matrix, aus der man etwas extrahieren möchte, in fester oder flüssiger Form vorliegt. Ebenso kann das für die Extraktion verwendete Extraktionsmittel als fest, flüssig oder gasförmig kategorisiert werden. Im Allgemeinen wird zwischen Flüssig-Flüssig-Extraktion, Fest-Flüssig-Extraktion, Fest-Gas-Extraktion oder Flüssig-Fest-Extraktion unterschieden.

Im Folgenden werden verschiedene Extraktionstechniken vorgestellt, die z. B. bei der Gewinnung von pflanzlichen Stoffen eingesetzt werden.

MAZERATION
Bei der Mazeration handelt es sich um eine relativ einfache Fest-Flüssig-Extraktionstechnik, bei der das zu extrahierende Material mindestens drei Tage lang bei Raumtemperatur unter regelmäßigem Rühren in einem Lösungsmittel eingeweicht und anschließend filtriert wird. Diese Technik wird u. a. bei der Weinherstellung (erste Gärung) verwendet.

Für die Mazeration können verschiedene Lösungsmittel verwendet werden, die bei Raumtemperatur flüssig sind. Dieses Verfahren erfordert in der Regel viel Lösungsmittel, aber dafür werden hierbei die hitzeempfindlichen pflanzlichen Stoffe geschont.

INFUSION
Die Infusion ist ebenfalls eine einfache Technik, bei der das Lösungsmittel (bei dem es sich häufig um Wasser handelt) kalt oder heiß (Siedepunkt) ist, bzw. irgendwo dazwischen liegt. Die Extraktionszeit erfolgt in der Regel in Minuten, gefolgt von der Filtration, und das Verhältnis von Ausgangsstoff zu Lösungsmittel ist oftmals fest definiert. Bei der Teezubereitung handelt es sich um eine Infusion. Bei dieser Technik entstehen Stoffe, die sich relativ schnell im Lösungsmittel auflösen (je nach Extraktionszeit).

Es gibt eine sehr ähnliche Technik, die als “Digestion” bezeichnet wird. Dabei wird das Lösungsmittel während der Extraktion leicht erhitzt, wodurch etwas mehr Stoffe aus dem Material extrahiert werden.

DEKOKTION
Ved dekoktion bruges ofte vand ved kogepunktet som solvent. Forholdet mellem materiale og solvent (fx 1:4) og ekstraktionstiden (typisk i minutter) er normalt fastlagt. I nogle tilfælde koges ekstraktet under ekstraktionen således at mængden af solvent reduceres, hvorved det resulterende ekstrakt bliver koncentreret inden det filtreres. Denne teknik bruges til nogle typer kaffebrygning. I forhold til maceration og infusion får man også lidt mere olie-opløselige stoffer ud af materialet. Teknikken er ikke egnet til varmelabile stoffer.

PERKOLATION
Die Perkolation ähnelt den vorhergehenden Techniken, bei dieser Methode lässt man das Lösungsmittel jedoch durch eine Schicht des zu extrahierenden Materials hindurchdringen. Häufig wird hierfür ein trichterförmiges Gerät verwendet, in das der Stoff gegeben wird, der eventuell erst einige Zeit mit dem Lösungsmittel befeuchtet wird, bevor das kalte oder heiße Lösungsmittel darüber gegossen wird. Dieses Lösungsmittel lässt man dann langsam durchsickern (in manchen Fällen lässt man es auch einige Zeit einwirken), bevor der Trichter am Boden geöffnet wird und das Extrakt heraustropft. Diese Technik kennt man z. B. von der Kaffeezubereitung.

KONTINUIERLICHE HEIßEXTRAKTION (REFLUX) – SOXHLET
Bei dieser Extraktionstechnik wird in der Regel ein spezielles geschlossenes Gerät namens “Soxhlet” (benannt nach dem Erfinder Franz von Soxhlet) verwendet, bei dem das zu extrahierende zerkleinerte Material in einen speziellen Behälter gegeben wird, während sich das Lösungsmittel in einem darunter liegenden Kolben befindet. Das Lösungsmittel wird unter Rühren erhitzt, sodass seine Dämpfe im Soxhlet aufsteigen, in einem Kondensatorrohr kondensieren und in den Behälter mit dem Material tropfen, in dem die Extraktion erfolgt. Wenn dieser Behälter voll ist, wird die Extraktionsflüssigkeit in den Kolben geleitet, und dieser Rückflussvorgang wird mehrmals wiederholt. Dieses Verfahren verbraucht im Vergleich zu den oben beschriebenen Techniken weniger Lösungsmittel, eignet sich aber nicht für hitzeempfindliche Substanzen. Für diese Technik können verschiedene Lösungsmittel verwendet werden, welche die Zusammensetzung des endgültigen Extrakts bestimmen. Diese Technik wird zum Beispiel bei Laboruntersuchungen von Umweltproben und Lebensmitteln eingesetzt.

DIE EXTRAKTION MIT FLÜSSIGKEIT UNTER DRUCK
Diese Technik wird auch als akzelerierte Lösungsmittelextraktion bezeichnet und ist, wie der Name schon sagt, eine Extraktion mit einem Lösungsmittel in flüssiger Form unter hohem Druck (typischerweise 50–100 Atm) – und wird erhitzt, sodass das Lösungsmittel in flüssiger Form bleibt. Es handelt sich um eine relativ schnelle und effiziente Extraktion, und die Menge des Lösungsmittels ist relativ gering.  Als Lösungsmittel können z. B. Ethanol und Wasser verwendet werden.

ÜBERKRITISCHE FLÜSSIGKEITSEXTRAKTION
Diese Technik gehört zu den neueren Verfahren, bei denen anstelle eines Lösungsmittels, das unter normalem Druck und bei normaler Temperatur flüssig ist, ein Lösungsmittel verwendet wird, das normalerweise gasförmig ist. Durch eine Kombination aus höherem Druck und höherer Temperatur (je nach kritischem Punkt des Gases) wird dieses jedoch in eine überkritische flüssige Form gebracht, die eine hohe Dichte und ähnliche Eigenschaften wie Flüssigkeit und Gas aufweist. Auf diese Weise ergeben sich besondere Extraktionseigenschaften, die mit Druck und Temperatur angepasst werden können. Das gebräuchlichste Lösungsmittel ist CO2, das in Form einer überkritischen Flüssigkeit bei einem Druck von über 73 Atm und einer Temperatur von über 31 °C gewonnen wird. CO2 eignet sich daher für die Extraktion hitzeempfindlicher Stoffe wie z. B. einiger Duftöle. Weitere Vorteile sind, dass es sich bei CO2 um einen sicheren, billigen, nicht umweltschädlichen Stoff handelt und dass das Lösungsmittel (CO2) leicht entfernt werden kann, wodurch nach der Extraktion das Extrakt ohne Lösungsmittel vorliegt. Allerdings gibt es bei CO2 (wie bei jedem anderen Lösungsmittel auch) einige Einschränkungen hinsichtlich der Stoffe, die extrahiert werden können – primär ​werden die eher lipophilen Stoffe extrahiert. Dieses Problem kann etwas gemildert werden, indem dem CO2 kleine Mengen anderer Stoffe wie Ethanol zugesetzt werden. Diese Technik wird z. B. zur Reduzierung des Koffeingehalts in Kaffee und für bestimmte Pflanzenextrakte wie ätherische Öle und Oleoresine eingesetzt.

ULTRASCHALL-, MIKROWELLEN- UND ENZYMUNTERSTÜTZTE EXTRAKTIONSTECHNIKEN
Der Ertrag des Extraktionsprozesses kann durch das “Hinzufügen” verschiedener Techniken erhöht werden:

Mit der Ultraschalltechnik (Sonikation) wird eine Ultraschallfrequenz zwischen 20 und 2000 kHz in die Extraktion eingebracht, die u. a. die Durchlässigkeit der Zellwände im Material erhöht und damit die Freisetzung von Stoffen aus dem Material erleichtert. Auf diese Weise kann die Extraktionszeit verkürzt werden und es wird weniger Lösungsmittel benötigt.  Ein Nachteil der Ultraschalltechnik besteht darin, dass er einige natürliche Substanzen verändern und freie Radikale erzeugen kann.

Mikrowellen erzeugen Wärme, indem sie mit polaren Substanzen wie Wasser interagieren, was die Extraktionsmenge in kürzerer Zeit erhöht und den Lösungsmittelverbrauch reduziert. Dieses Verfahren ist nicht für hitzeempfindliche Stoffe geeignet und der Erhitzungsprozess erfolgt während der Extraktion nicht vollkommen gleichmäßig.

Enzyme können z. B. dazu beitragen, Zellwände und Membranen im Material aufzubrechen und so die Freisetzung von Stoffen aus dem Material zu erleichtern.

HYDRO-DESTILLLATIONSTECHNIKEN
Diese Techniken werden hauptsächlich zur Extraktion flüchtiger Stoffe wie ätherischer Öle verwendet. Es gibt verschiedene Techniken, aber im Wesentlichen geht es um die Verwendung von heißem Wasser oder Wasserdampf oder Dämpfen anderer Lösungsmittel, um Stoffe aus dem Material zu extrahieren. Die flüchtigen Stoffe werden gasförmig in den geschlossenen Behälter abgegeben und kondensieren zusammen mit dem Lösungsmittel zu einer Flüssigkeit, worauf die beiden Komponenten getrennt werden können. In der Regel wird versucht, die Temperatur so niedrig wie möglich zu halten, da viele flüchtige Bestandteile von Pflanzen temperaturempfindlich sind. Die Dampfdestillation ist das gängigste Verfahren zur Gewinnung ätherischer Öle.

PRESSEN
Beim Pressen werden die Öle (in der Regel) einfach aus den Drüsen gepresst, in denen die Pflanze diese produziert. Nicht alle Pflanzenmaterialien sind für diese Technik geeignet und dieses Verfahren ist in der Regel nicht so effizient wie die Lösungsmittelextraktion. Um die Gewinnung der pflanzlichen Stoffe zu optimieren, wird daher oft eine “zusätzliche” Extraktion mit Lösungsmittel vorgenommen, um mehr der gewünschten Stoffe zu extrahieren.

Das Pressverfahren wird in der Regel bei frischen Pflanzenstoffen angewandt, und zwar ohne die Verwendung von Lösungsmitteln (der Pflanzenstoff enthält Flüssigkeit), und kann heiß oder kalt erfolgen. – Diese Technik wird beispielsweise bei kalt gepresstem Olivenöl verwendet. Eine Art von ätherischem Öl, das typischerweise durch Pressen gewonnen wird, ist das ätherische Öl aus Zitrusschalen.

Quellen:

  • Zhang, QW., Lin, LG. & Ye, WC. Techniques for extraction and isolation of natural products: a comprehensive review. Chinese Medicine 13, 20 (2018)
  • Azwanida, NN. A Review on the Extraction Methods Use in Medicinal Plants, Principle, Strength and Limitation. Medicinal and Aromatic plants 4 (2015): 1-6
  • Patel, K., Panchal, N., Ingle, P., Review of Extraction Techniques – Extraction Methods: Microwave, Ultrasonic, Pressurized Fluid, Soxhlet Extraction, Etc. International Journal of Advanced Research in Chemical Science 2019, 6(3): 06-21
  • Handa, S. S., Khanuja, S. P. S., Longo, G. & Rakesh, D. D. (2008). Extraction Technologies for Medicinal and Aromatic Plants. United Nations Industrial Development Organization and the International Centre for Science and High Technology
  • Berkem website. Plant Extraction: the heart of Berkem’s trade. Lokaliseret 3. Juli 2021: https://www.berkem.com/en/expertise-en/plant-extraction