Recovery and fractionation of phenolic compounds from spruce bark hot water extracts

Abstract

The purpose of the master’s thesis was to fractionate polyphenolic compounds from Norway spruce hot water extracts. The literature reviewed and tested methods included membrane filtration, adsorption with polymeric resins, acid precipitation and liquid-liquid extraction. The hot water extractions provided average yield of 9.6% with temperature under 100 ℃ and extraction time of 60 minutes. Acid precipitation and liquid-liquid extraction with ethyl acetate did not provide sufficient yield of polyphenols. Membrane separation with 4 kDa UH004 and 30 kDa UH030 ultrafiltration membranes and one NP010 nanofiltration membrane provided yield of 70% to nearly 100% of polyphenols.

Five different adsorption resins were tested for adsorption of polyphenols. The polyphenols were desorbed with ethanol. The XAD16N resin was chosen to be continued with testing in larger scale and in combination with enzymes. The larger scale fractionation of polyphenols with XAD16N resin without enzymes provided a yield of approximately 70%.

The dried fractionated polyphenol products were tested for total phenolic content, Stiasny number, antioxidant capacity with FRAP and carbohydrate content. The highest phenolic content and Stiasny number were 526 mg GAE/g and 81, respectively, with XAD16N purified product. The highest antioxidant capacity was 478 mg AAE/g with UH030 purified product. The lowest carbohydrate content of 282 mg/g was measured for XAD16N purified product.

Diplomityön tarkoituksena oli fraktioida polyfenoliset yhdisteet metsäkuusen kuoren kuumavesiuutteista. Työssä käytetyt ja kirjallisuudesta katselmoidut metodit olivat kalvosuodatus, adsorptio polymeerisillä hartseilla, happosakkaus ja neste-neste uutto. Työn yhteydessä tehdyt kuumavesiuutot kuoresta tuottivat keskimäärin 9,6 % saannon lämpötilan ollessa uutossa alle 100 ℃ uuttoajalla 60 minuuttia. Happosakkaus ja neste-neste uutto käyttäen etyyliasetaattia eivät tuottaneet riittäviä saantoja polyfenolisille yhdisteille. Kalvosuodatus käyttäen 4 kDa UH004 ja 30 kDa UH030 ultrasuodatus kalvoja sekä yhtä nanosuodatuskalvoa NP010 tuottivat saannon, joka oli 70 %:sta lähes 100 %:iin polyfenoleja.

Viittä eri polymeerihartsia testattiin polyfenolien adsorptiossa. Polyfenolit desorboitiin etanolilla. XAD16N valittiin käytettäväksi jatkokokeisiin, joissa testattiin suuremman mittakaavan puhdistusta ja entsyymien käyttöä puhdistuksen yhteydessä. Suuremman mittakaavan adsorptio puhdistuksella saatiin noin 70 % saanto polyfenolisille yhdisteille.

Kuivatuista polyfenolisista tuoteista mitattiin kokonaisfenolipitoisuus, antioksidanttinen aktiivisuus FRAP menetelmällä, Stiasnyn luku ja hiilihydraattipitoisuus. Korkein kokonaisfenolipitoisuus ja Stiasnyn luku olivat 526 mg GAE/g ja 81, vastaavasti, XAD16N puhdistetulla tuotteella. Korkein antioksidanttinen aktiivisuus 478 mg AAE/g mitattiin UH030 puhdistetulle tuotteelle. Matalin hiilihydraattipitoisuus oli 282 mg/g XAD16N puhdistetulla tuotteella.