Wissenschafts I Zentrum Sl H.AUBING Doris Firlbeck Olivenölrestwasser Extraktion, Derivatisierung und zellbiologische Untersuchungen phenolischer Inhaltsstoffe von Olivenölrestwasser Nachwachsende Rohstoffe in Forschung und Praxis herausgegeben von Martin Faulstich 2013 Verlag Attenkofer
Ein Inhaltsverzeichnis 9 Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung 13 1 Einleitung und Problemstellung 15 2 Zielsetzung 20 3 Natürliche Phenole und ihre Chemie - Überblick 21 3.1 Klassifizierung phenolischer Substanzen 21 3.2 Monomere phenolische Substanzen 22 3.2.1 Einfache Phenole 23 3.2.2 Hydroxybenzoesäuren, -benzaldehyde und -benzylalkohole 23 3.2.3 Phenylessigsäuren, Acetophenone und Phenylethanole 24 3.2.4 Hydroxyzimtsäuren und -alkohole 24 3.3 Polyphenole 25 3.3.1 Lignane 25 3.3.2 Tannine 26 3.3.2.1 Phlorotannine 26 3.3.2.2 Hydrolysierbare Tannine 26 3.3.2.2.1 Gallotannine 27 3.3.2.2.2 Ellagtannine 27 3.3.2.3 Kondensierte Tannine 29 3.4 Chemie phenolischer Substanzen 32 3.4.1 Oxidative Kupplung 33 3.4.2 Enzymatische Bräunungsreaktionen 34 4 Zerschäumungsanalyse 36 4.1 Theoretischer Hintergrund 37 4.1.1 Anreicherungsfaktor und Wiederfindung 37 4.1.2 Einflussfaktoren 38 4.1.3 Adsorption an der Phasengrenze 39 4.1.4 Oberflächenspannung 39 4.1.5 Gibbs-Isotherme 41 4.1.6 Schaum 42 4.1.6.1 Kugelschaum 42 4.1.6.2 Polyederschaum 43 4.1.7 Schaumstabilität 44 4.1.7.1 Drainage 44 4.1.7.2 Koaleszenz 45 4.1.7.3 Gibbs-Marangoni-Effekt 45 4.1.7.4 Repulsive Kräfte 46 4.2 Stand der Forschung 46 4.2.1 Einordnung der Zerschäumungsanalyse 46 4.2.2 Literaturüberblick 47 4.3 Eigene Arbeiten - 4.2.2.1 Anreicherung phenolischer Substanzen 49 4.2.2.2 Anreicherung nicht-oberflächenaktiver organischer Substanzen 51 Zerschäumung phenolischer Einzelsubstanzen 51
10 Inhaltsverzeichnis 4.3.1 Versuchsaufbau und Durchführung 52 4.3.2 Wahl eines geeigneten Schaumbildners 53 4.3.3 Statistische Versuchsplanung am Beispiel der Vanillinsäure 53 4.3.3.1 Vorversuche zur Ermittlung zielführender Faktorstufen 55 4.3.3.2 Optimierung mittels zentral zusammengesetztem 24-Plan 56 4.3.3.3 Datenanalyse 57 4.3.3.4 Optimierung in Bezug auf Anreicherung und Wiederfindung 60 4.3.3.5 Diskussion 62 4.3.3.5.1 ph-wert 62 4.3.3.5.2 Gasflussrate 62 4.3.3.5.3 Konzentrationen von Phenol und Schaumbildner 62 4.3.4 Zerschäumung weiterer polarer Phenole unter optimierten Bedingungen 63 4.4 Kapitelzusammenfassung 66 5 Olivenölrestwasser (OMWW) 67 5.1 Stand der Forschung 67 5.1.1 Phenolische Inhaltsstoffe der Olivenfrucht und des Olivenöls 67 5.1.2 Zusammensetzung des OMWW 70 5.1.3 Phenolische Inhaltsstoffe des OMWW 71 5.1.3.1 Monomere Phenole 72 5.1.3.2 Polymere Komponenten 74 5.1.4 Methoden zur Behandlung von OMWW 75 5.1.5 Methoden zur Phenolextraktion aus OMWW 76 5.2 Eigene Arbeiten 79 5.2.1 Analyse des OMWW 79 5.2.1.1 Trockensubstanz 79 5.2.1.2 Charakterisierung phenolischer Komponenten mittels GC-MS 79 5.2.1.3 Gesamtpolyphenolgehalt nach Folin-Ciocalteu 80 5.2.1.4 Integrative und photometrische Bestimmung des Anreicherungsfaktors 81 5.2.2 Versuchsvorbereitung und Durchführung 82 5.2.3 Zerschäumung von OMWW 82 5.2.3.1 Ohne Schaumbildner 82 5.2.3.2 Mit Schaumbildner CTAB unter optimierten Bedingungen 85 5.2.4 Mehrfach-Zerschäumung von OMWW 86 5.2.4.1 Einfluss der OMWW-Konzentration auf die Extraktionseffizienz 87 5.2.4.2 Ergebnisse der Mehrfach-Zerschäumung 88 5.2.5 Zerschäumungsanalyse von säurehydrolysiertem OMWW (SOMWW) 90 5.2.5.1 Einfluss des ph-wertes auf die Extraktionseffizienz 91 5.2.5.2 Mehrfach-Zerschäumung von SOMWW bei ph 6 94 5.2.5.3 Mehrfache Zerschäumung von SOMWW bei ph 4 95 5.2.5.4 Fraktionierende Festphasenextraktion des Spumats 98 5.3 Kapitelzusammenfassung 100 6 Bioaktivitäten phenolischer Komponenten der Olive 101 6.1 Stand der Forschung 101 6.1.1 Antioxidative Wirkung von Hydroxytyrosol und seiner Ester 101 6.1.2 Neuroprotektive Wirkung von Hydroxytyrosol und seiner Ester 107 6.1.3 Antioxidative und neuroprotektive Wirkung von 1 -Arylisochromanen 112 6.1.4 Differenzierungsauslösende Aktivität auf neurale Stammzellen 113 6.1.4.1 Oligodendrogenese 114 6.1.4.2 Neurogenese 114
Inhaltsverzeichnis 1' 6.2 Eigene 6.1.4.3 Differenzierungsauslösende Aktivität phenolischer Säuren 115 6.1.4.4 Differenzierungsauslösende Aktivität von Hydroxytyrosol und seiner Derivate 116 Arbeiten 117 6.2.1 Synthesen von Hydroxytyrosol- und Tyrosol-Derivaten 117 6.2.1.1 Synthese der Ester-Verbindungen 117 6.2.1.2 Synthese der 1 -Aryl-6,7-dihydroxyisochromane und 4-Phenylchroman- 2-ole 118 6.2.2 Differenzierungsauslösende Aktivität auf neurale Stammzellen 119 6.2.2.1 Induzierung der Oligodendrogenese 120 124 6.2.2.2 Induzierung der Neurogenese 6.3 Kapitelzusammenfassung 7 Experimenteller Teil 7.1 Chemikalien 7.2 Geräte und Methoden 7.2.1 Feuchtebestimmer 7.2.2 ph-meter 7.2.3 Massedurchflussregler 7.2.4 Synthese-Mikrowelle 7.2.5 UV-Vis-Spektroskopie 7.2.6 IR-Spektroskopie 7.2.7 NMR-Spektroskopie 7.2.8 Dünnschichtchromatographie 7.2.9 GC-MS-Analytik 7.2.10 NP-HPLC 7.2.11 RP-HPLC 135 7.2.12 Folin-Ciocalteu-Assay 135 7.2.13 Bradford-Assay 7.2.14 Vorbehandlung von OMWW 136 7.2.15 Lösungsmittelextraktion von OMWW 136 7.2.16 Säurehydrolyse von OMWW 136 7.2.17 Herstellung phenolischer Stammlösungen 7.2.18 Schaumfraktionierung 7.2.19 Fraktionierende Festphasen-Extraktion 7.3 Synthesen 7.3.1 Synthese von Hydroxytyrosol 137 7.3.2 Veresterung mit ^/V'-Carbonyldiimidazol 138 7.3.3 Veresterung mit Diimidazolazodicarboxylat 138 7.3.4 Veresterung mit Triethylamin 138 7.3.5 Synthese der l-aryl-6,7-dihydroxyisochromane 139 7.3.5.1 Konventionell 7.3.5.2 In der Mikrowelle 7.3.6 Synthese der 4-Phenylchroman-2-ole 139 7.4 Charakterisierung der synthetisierten Substanzen 139 7.4.1 Hydroxytyrosol-Ester 131 136 136 137 I37 139 139 7.4.1.1 Aliphatische Ester 140 7.4.1.2 Aromatische Ester 7.4.2 Tyrosol-Ester 7.4.3 l-phenyl-6,7-dihydroxyisochromane 7.4.4 6-(2-Hydroxyethyl)-4-phenylchroman-2-ole 140 145 146 147 149
12 Inhaltsverzeichnis 8 Literaturverzeichnis 151 Anhang 176 A Experimentelle Daten 177 B Abkürzungsverzeichnis 179 C Abbildungsverzeichnis 182 D Tabellenverzeichnis 185 E Publikationen 187