Attualmente, l'estrazione di estratti vegetali naturali impiega una varietà di metodi, ciascuno personalizzato per esigenze specifiche e con vantaggi distinti. Le tecniche più comuni includono l'estrazione con solvente, l'estrazione a ultrasuoni, l'estrazione a microonde e l'estrazione enzimatica. Nel frattempo, metodi avanzati come l'estrazione con fluidi supercritici e l'estrazione assistita da microonde vengono sempre più adottati grazie alla loro efficienza, scalabilità e ai vantaggi ambientali. Queste tecniche consentono l'isolamento di composti bioattivi come flavonoidi, oli essenziali e antiossidanti, ampiamente utilizzati in settori come quello farmaceutico, cosmetico e alimentare.
Metodo di estrazione con solvente
L'estrazione con solvente è una tecnica fondamentale che utilizza solventi per sciogliere ed estrarre i principi attivi da materiali vegetali solidi. Il solvente deve essere compatibile con i composti target, ovvero deve essere miscibile con il soluto per garantire un'estrazione efficace. I solventi comunemente utilizzati includono l'acqua per composti polari come zuccheri e amminoacidi, l'etanolo per polifenoli e flavonoidi e il metanolo o l'acetone per una gamma più ampia di fitochimici. Il processo inizia con la frantumazione del materiale vegetale per aumentarne la superficie, per poi posizionarlo in un contenitore adatto e aggiungere solvente in quantità diverse volte superiore al suo volume. L'estrazione può essere eseguita con diversi metodi: immersione (immergendo il materiale), percolazione (passando il solvente attraverso il materiale), decozione (ebollizione), riflusso (riciclando il solvente tramite condensazione) o estrazione continua (utilizzando attrezzature specializzate). Ad esempio, l'estratto di salvia di Bako e molti oli essenziali vengono prodotti utilizzando l'estrazione con solvente, a dimostrazione della sua versatilità in diverse tipologie di piante.
Diversi fattori influenzano l'efficienza dell'estrazione con solvente. La concentrazione del solvente influisce sulla dissoluzione dei composti target, mentre il rapporto solido/liquido determina il grado di contatto tra il materiale vegetale e il solvente: una quantità insufficiente di solvente può non estrarre i composti, mentre una quantità eccessiva può diluire la resa. La temperatura di estrazione aumenta la solubilità, ma rischia di degradare le sostanze termosensibili, e il tempo di estrazione deve essere bilanciato per massimizzare la resa senza prolungarlo eccessivamente. Uno studio di Cristina Juan et al. ha dimostrato questo aspetto estraendo l'ocratossina A (OTA) dal riso, ottimizzando le condizioni per raggiungere un contenuto massimo di OTA di 4,17 ng/g, verificato mediante rivelazione a fluorescenza e cromatografia liquida. Analogamente, Monte D. Holt et al. hanno estratto alchilresorcinoli da grano crudo e cotto, scoprendo che l'estrazione con solvente riduceva i tempi di lavorazione rispetto a metodi alternativi, evidenziandone i vantaggi pratici.
Metodo di estrazione ad ultrasuoni
L'estrazione a ultrasuoni sfrutta onde sonore ad alta frequenza per accelerare il rilascio di composti dalle cellule vegetali in un solvente. Il processo si basa sulla cavitazione, dove le onde ultrasoniche creano bolle che collassano, producendo microgetti che rompono le pareti cellulari, migliorando la diffusione e preservando al contempo la struttura e la bioattività di composti delicati come vitamine ed enzimi. Questo metodo a bassa temperatura è ideale per sostanze sensibili al calore e si è affermato negli ultimi anni come processo fisico altamente efficiente, spesso superando l'estrazione con solvente tradizionale, riducendo i tempi e l'uso di solvente e aumentando le rese.
Le variabili chiave nell'estrazione a ultrasuoni includono il tipo e la concentrazione del solvente, il rapporto solido/liquido, la temperatura e la durata. Ling Zhou et al. hanno esplorato questo aspetto con la Schisandra chinensis, scoprendo che temperature più elevate e potenza ultrasonica aumentavano la velocità di estrazione grazie alla migliore penetrazione del solvente. Hong Van Le et al. hanno confrontato l'estrazione a ultrasuoni ed enzimatica per la vitamina E e i composti fenolici dalle ciliegie, osservando che l'estrazione a ultrasuoni era sei volte più veloce e produceva 2-3 volte più estratto, grazie alla sua disgregazione meccanica. Zhong Aiguo et al. hanno estratto la clorofilla da foglie fresche di bambù, ottenendo rese maggiori a temperatura ambiente rispetto ai metodi con solventi organici, risparmiando energia e mantenendo la stabilità del composto, come quantificato mediante spettrofotometria.
Estrazione di fluidi supercritici (SFE)
L'estrazione con fluido supercritico (SFE) è una tecnica innovativa che utilizza tipicamente l'anidride carbonica (CO₂) come agente estraente. La CO₂ diventa supercritica al di sopra del suo punto critico (31,1 °C e 73,8 bar), combinando una diffusione simile a quella dei gas con un potere solvatante simile a quello dei liquidi. Ciò consente un'estrazione precisa regolando temperatura e pressione, dopodiché la depressurizzazione separa l'estratto, senza lasciare residui di solvente. La bassa temperatura di esercizio della SFE preserva i composti termosensibili e la sua natura ecocompatibile, che utilizza CO₂ non tossica, la rende una scelta ecologica per applicazioni alimentari, farmaceutiche e cosmetiche.
Dalla metà degli anni '80, l'estrazione con CO₂ supercritica ha fatto progredire l'estrazione di composti vegetali. Ruey Chi Hsu et al. hanno estratto i principi attivi dal Ganoderma (fungo reishi) utilizzando CO₂ ed etanolo, garantendo fluidità senza degradazione correlata alla temperatura. Monica Waldebäck et al. hanno ottimizzato l'estrazione di squalene e α-tocoferolo dalle olive a 190 °C per 10 minuti con etanolo, dimostrando la precisione della SFE. Yi Qiang Ge et al. hanno estratto la vitamina E naturale dal germe di grano, ottenendo rese ottimali con una granulometria di 30 mesh, una pressione di 4000-5000 psi, una temperatura di 40-50 °C e un flusso di CO₂ di 2,0 mL/min, sottolineando il ruolo del pretrattamento e delle condizioni.
Estrazione assistita da microonde (MAE)
L'estrazione assistita da microonde (MAE) utilizza l'energia delle microonde per riscaldare internamente le cellule vegetali, rompendole tramite stress termico e rilasciando i composti in un solvente. Le microonde prendono di mira le molecole polari come l'acqua, riscaldando il materiale vegetale più velocemente del solvente circostante, il che aumenta la velocità e l'efficienza dell'estrazione. Questo metodo riduce i tempi di estrazione da ore a minuti, risparmia solvente e riduce al minimo la degradazione di composti preziosi, rendendolo ideale per polifenoli e oli essenziali.
L'estrazione MAE richiede solventi polari (ad esempio acqua, etanolo, metanolo) che assorbano le microonde e materiali vegetali con umidità sufficiente. Ting Zhou et al. hanno estratto flavonoidi e cumarine da piante medicinali, raggiungendo una velocità di estrazione di 98,71 TP3T in condizioni ottimizzate tramite esperimenti ortogonali. Li Haibin et al. hanno estratto mogrosidi dal frutto del monaco essiccato, raggiungendo una resa di 70,51 TP3T – 451 TP3T in più rispetto all'estrazione con acqua – con una riduzione del tempo di 501 TP3T, dimostrando la superiorità dell'estrazione MAE per applicazioni specifiche.
Metodo di estrazione sinergica a microonde e ultrasuoni
La combinazione di tecnologie a microonde e a ultrasuoni crea un metodo di estrazione sinergico. Le microonde forniscono un riscaldamento rapido ma hanno una penetrazione limitata, mentre le onde ultrasoniche offrono una disgregazione meccanica tramite cavitazione con calore minimo. Insieme, migliorano la rottura cellulare e il rilascio dei composti, migliorando l'efficienza e riducendo il consumo energetico. HeJT et al. hanno estratto componenti idrosolubili dalla medicina tradizionale cinese, mentre Luo Feng et al. hanno preso di mira i flavonoidi dalla liquirizia. Ma Lihua et al. hanno superato la distillazione tradizionale per i carotenoidi della bardana, e Bai Hongjin et al. hanno testato gli effetti antiossidanti degli estratti di aloe sugli oli, confermando l'ampia applicabilità del metodo.