Fraktionierung und Isolierung von Chlorogensäuren und -lactonen

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1 Fraktionierung und Isolierung von Chlorogensäuren und -lactonen aus Kaffee mittels Gegenstromverteilungschromatographie Von der Fakultät für Lebenswissenschaften der Technischen Universität Carolo-Wilhemina zu Braunschweig zur Erlangung des Grades eines Doktors der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.) genehmigte Dissertation von Nils Kaiser aus Wolfsburg

2 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis I V Tabellenverzeichnis XII Abkürzungs- und Symbolverzeichnis XIV 1 Einleitung und Zielsetzung 1 2 Grundlagen Kaffee Rohkaffee Röstkaffee Chlorogensäuren Chlorogensäuren des Kaffees Physiologische Wirkung von Chlorogensäuren Biosynthese von Chlorogensäuren Chlorogensäurelactone Physiologische Wirkung von Chlorogensäurelactonen Gegenstromverteilungschromatographie High-Speed Countercurrent Chromatography (HSCCC) ph-zone-refining countercurrent chromatography Low-Speed Rotary Countercurrent Chromatography (LSRCCC) Spiral-Coil Low-Speed Rotary Countercurrent Chromatography (SCCCC) Zirkulardichroismus Antioxidative Aktivität mittels TEAC-Assay 31 3 Ergebnisse und Diskussion Gegenstromverteiiungschromatographische Methoden zur Trennung von Roh- und Röstkaffeeextrakten Entwicklung von 2-Phasen-Fließmittelsystemen für die High-Speed Countercurrent Chromatography HSCCC-Trennung von Robusta Rohkaffeeextrakt mit dem Fließmittelsystem TBME/ACN/BuOH/Wasser (2:1,5:2:5,5, v/v/v/v) HSCCC-Trennung von Robusta Rohkaffeeextrakt mit dem Fließmittelsystem EtOAc/BuOH/Wasser (1:4:5, v/v/v) 39

3 3.2.3 HSCCC-Trennung von Robusta Rohkaffeeextrakt mit dem Fließmittelsystem TBME/lsoProp/Wasser (2:2:3, v/v/v) HEMWat-Fließmittelsysteme mit Trifluoressigsäurezusatz Einfluss verschiedener TFA-Konzentrationen auf die Trenneigenschaften des Fließmittelsystems Hexan/Ethylacetat/Methanol/TFA(aq) (2,5:5:2,5:5, v/v/v/v) Einsatz von Pentafluorpropionsäure und Heptafluorbuttersäure als lonenpaarreagenzien Variation des Fließmittels Hexan/EtOAc/MeOH/TFA 0,1 %(aq) durch Austausch des Methanols gegen Aceton Isolierung von mono-caffeoyl- und Feruloylchinasäuren mittels HSCCC Fraktionierung von Robusta Rohkaffeeextrakt mittels Low-Speed Rotary Countercurrent Chromatography (LSRCCC) HSCCC-Trennung der Extrusion-Fraktionen der LSRCCC Fraktionierung von Robusta Rohkaffeeextrakt mittels Spiral-Coil Countercurrent Chromatography (SCCCC) Fraktionierung von Robusta Rohkaffeeextrakt mittels SCCCC unter Verwendung des Fließmittelsystems TBME/ACN/BuOH/Wasser 2:1,5:2:5,5 v/v/v/v HSCCC-Trennung der Fraktionen F2 und 3 der SCCCC 1 und F2 der SCCCC HSCCC-Trennung der Coil-Fraktionen FC 3 und FC 4 der SCCCC 1 und FC 4 der SCCCC Fraktionierung von Robusta Rohkaffeeextrakt mittels SCCCC unter Verwendung des Fließmittelsystems Hexan/EtOAc/MeOH/TFA 0,1 %<aq) ph-zone-refining HSCCC und SCCCC zur Fraktionierung von Robusta Rohkaffeeextrakt ph-zone-refining SCCCC zur Fraktionierung von Robusta Rohkaffeeextrakt Isolierung von Chlorogensäurelactonen mittels HSCCC Herstellung und Aufreinigung geeigneter Extrakte aus Modellröstungsmischungen und Röstkaffee für die HSCCC HSCCC-T rennungen von Modellröstungsmischungen HSCCC-Trennung der Lactonfraktion aus Röstkaffee 76 4 Strukturaufklärung ausgewählter Verbindungen Strukturaufklärung von 3-0-Caffeoyl-5-0-Feruloylchinasäure Strukturaufklärung von 3-O-Caffeoyl-y-lacton und 3-O-Caffeoyl-epi-y-lacton Antioxidatives Potential von Chlorogensäuren und Chlorogensäurelactonen 90 5 Entwicklung einer HPLC-DAD Methode zur qualitativen und quantitativen Bestimmung von Chlorogensäuren und Derivaten 92 II

4 5.1 Entwicklung einer Methode zur Extraktion von Chlorogensäuren und Chlorogensäurelactonen aus Roh- und Röstkaffee Auswirkung der Extraktionsmethode auf den Chlorogensäurelactongehalt Entwicklung einer HPLC-DAD Methode zur qualitativen und quantitativen Bestimmung von Chlorogensäuren und Derivaten Trennung von Röstkaffeeextrakten Quantitative Untersuchung der Chlorogensäureverteilung von Arabica und Robusta Rohkaffees Statistische Auswertung der Chlorogensäuregehalte in Bezug auf Sorte und Herkunft Identifizierung einer möglichen Markersubstanz in Arabica Rohkaffee mittels LC- MS" Abschätzung der Gehalte von 11-0-Glucopyranosyl-cafestol-2-on Carboxyatractyligenine in Arabica und Robusta Rohkaffee Abschätzung der Gehalte von Carboxyatractyligeninen in Arabica und Robusta Rohkaffee mittels LC-ESI-MSn Untersuchung von verschiedenen Pflanzenmaterialien auf die Eignung zur Isolierung von Chlorogensäuren mittels CCC Zusammenfassung Material und Methoden Probenmaterial Rohkaffees Pflanzenmaterial Chemikalien und Lösungsmittel Geräte und Parameter Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) Fließmittel, Gradienten und Säulen für HPLC und LC-MS/MS Massenspektrometrie Countercurrent Chromatography (CCC) High-speed countercurrent chromatography Low-speed rotary countercurrent chromatography (LSRCCC) Spiral-Coil LSRCCC NMR-Spektroskopie Weitere Geräte und Software 136 III

5 7.4 Präparative und analytische Methoden Herstellung der Extrakte Herstellung von Extrakten aus Roh-, Röstkaffee und anderem Pflanzenmaterial zur qualitativen und quantitativen Bestimmung von Chlorogensäuren und lactonen Herstellung von Extrakten zur Quantifizierung von Carboxyatractylosiden und Glucopyranosyl-cafestol-2-on in Rohkaffee Herstellung von Extrakten aus Rohkaffee für präparative Zwecke Herstellung von Extrakten aus Röstkaffee zur Isolierung von Chlorogensäurelactonen Bestimmung der Trockenmasse der Rohkaffeeproben Bestimmung des Koffeingehalts von Kaffeeproben Bestimmung der antioxidativen Aktivität mittels TEAC-Assay Bestimmung der Verteilungskoeffizienten (k-werte) für die CCC Bestimmung des optischen Drehwertes Physikalisch-chemische Charakterisierung der isolierten Verbindungen Literatur Anhang Chlorogensäuregehalte (mg/100g, dmb) der untersuchten Rohkaffees IR-Spektrum der 3-0-Caffeoyl-5-0-Feruloylchinasäure 178 IV