info@alternativeplants.eu

Projects

A biorefinery approach for the development of bioactive cosmetic ingredients from by-products of medicinal plant processing and plant cell cultivation (1.1.1.1/19/A/075)

Oct 13, 2020

The growing human population creates increasing demand on global ecosystems for food, medicine and other natural resources. Most of the world’s habitable land is already occupied by agriculture (50%) and forestry (37%). The amount of arable land per person is dropping, thus highlighting a need for improved efficiency of extracting higher value-added products and services from existing resources.
The European leading industries of food and drinks, cosmetics and chemical production have unused potential of transforming underutilised by-products into high added value products. Europe is the global leader in the chemical industry and cosmetics production, and its food and drink industry reaches an annual turnover of 1.1 trillion EUR.

Most by-products coming from agriculture, cosmetics, food and drink, as well as chemical industries are not utilized and end up in municipal landfills, thus causing serious environmental, economic and social problems. Currently, by-products are handled as waste, while they could be used as ingredients to create new revenue streams and open the doors for new markets. Spinning the mindset and business approaches towards using more innovative, science-based solutions for by-product utilization will have a positive impact on the transition towards a sustainable economy.

Objective

To develop high added value compounds for potential use in cosmetics from by-products of medicinal plant processing and cell cultivation.

Activities

  1. Extraction of bioactive compounds from by-products of medicinal plant (Matricaria) processing and in-vitro cell culturing (Dracocephalum, Ribes and Juniperus) using supercritical fluid extraction methodology.
  2. Fractionation of polar and non-polar compounds from supercritical fluid extracts of medicinal herb processing and in-vitro cell culturing production.
  3. Chemical characterization of extractions and fractions obtained from medicinal plant by-products and estimating their potential in biorefinery using medical plant production and in vitro cell culturing.
  4. Characterization of biological activity of extracts and fractions derived from by-products to characterize the safety and specific efficacy claims for cosmetic use.
  5. Combination of biorefinery fractions and extracts to generate a composite cosmetic ingredient with enhanced biological activity by using complex analysis of chemical composition data on in-vitro safety and biological activity.
  6. Communication and result dissemination focusing on knowledge transfer to scientific community, practitioners and general public.

Results

  1. Effective and environmentally friendly extraction and fraction methodology for by-products derived from medicinal herb processing and in-vitro plant cell cultivation.
  2. The developed and tested methodology for characterization of chemical composition, biological activity and safety of obtained extracts and fractions.
  3. The developed prototype of a composite cosmetic ingredient with enhanced biological activity by combining biorefinery and extracts.
  4. Results disseminated through 3 Open Access scientific journal papers, 6 presentations in international conferences and communication with the public through web, social media and outreach events.


Duration: 1st of July 2020 – 30 th of June 2023
Leading partner: Institute for Environmental Solutions
Partners: SIA “Field and Forest”, SIA “Alternative Plants”
Project scientific manager: IES leading researcher Dr. Ilva Nakurte, ilva.nakurte@videsinstituts.lv
Funded by: European Regional Development Fund, as a part of 1.1.1.1 measure “Support for applied research” and specific objective 1.1.1 “Improve research and innovation capacity and the ability of Latvian research institutions to attract external funding, by investing in human capital and infrastructure”, Nr. 1.1.1.1/19/A/075 and project partners.
Total budget: 810 878.66 EUR

 

Biorafinēšanas pieeja efektīvu kosmētikas izejvielu ieguvei no ārstniecības augu pārstrādes un augu šūnu kultivēšanas procesu blakusproduktiem (1.1.1.1/19/A/075)

Nepilna gadsimta laikā pasaules iedzīvotāju skaits ir gandrīz četrkāršojies, tādējādi radot pieaugošu pieprasījumu pēc dabiskajām ekosistēmām, lai nodrošinātu pārtiku, zāles un citus dabas resursus. Apmēram 50 % no visām apdzīvojamām zemēm tiek izmantoti lauksaimniecībai un 37 % – mežiem. Aramzemes apjoms uz vienu cilvēku samazinās, tādējādi pastiprinot nepieciešamību uzlabot augstas pievienotās vērtības bioaktīvo savienojumu ieguves efektivitāti no jau esošajiem resursiem.

Eiropas vadošajām pārtikas, dzērienu, kosmētikas un ķīmiskās rūpniecības nozarēm ir neizmantots potenciāls, lai nepietiekami izmantotus blakusproduktus pārveidotu par produktiem ar augstu pievienoto vērtību. Eiropa ir pasaules līdere ķīmijas rūpniecībā un kosmētikas ražošanā, un tās pārtikas un dzērienu ražošanas nozares gada apgrozījums ir 1,1 triljons EUR.

Lielākā daļa no lauksaimniecības, pārtikas, dzērienu, kosmētikas un ķīmiskās rūpniecības nozaru blakusproduktiem netiek izmantoti un nonāk pašvaldību atkritumu poligonos, tādējādi radot nopietnas vides, ekonomiskās un sociālās problēmas. Šobrīd blakusprodukti tiek uzskatīti par atkritumiem, lai gan tie izmantojami jaunu produktu izstrādē, kas sniegtu jaunas tirgus iespējas. Domāšanas veida un uzņēmējdarbības pieejas virziena maiņa uz inovācijās un zinātnē balstītu blakusproduktu izmantošanu pozitīvi ietekmēs pāreju uz ilgtspējīgu ekonomiku.

Mērķis

No ārstniecības augu pārstrādes un in vitro šūnu kultivēšanas blakusproduktiem izstrādāt augstas pievienotās vērtības bioloģiski aktīvu savienojumu, kas potenciāli izmantojams kosmētikā.

Aktivitātes

  1. Bioloģiski aktīvo savienojumu ekstrahēšana no ārstniecības augu (Matricaria) pārstrādes un šūnu in vitro kultivēšanas blakusproduktiem (Dracocephalum, Ribes un Juniperus), izmantojot superkritiskā šķidruma ekstrakciju.
  2. Polāro un nepolāro savienojumu frakcionēšana no ārstniecības augu pārstrādes superkritiskā šķidruma ekstraktiem un šūnu audzēšana in vitro.
  3. Ekstrakciju un frakciju ķīmiskais raksturojums, izmantojot bioloģiski aktīvo fitoķīmisko klašu kvalitatīvo un kvantitatīvo skrīningu, kā arī dominējošo bioloģiski aktīvo savienojumu identifikācija, izmantojot saistītās metodes.
  4. Ārstniecības augu pārstrādes un in vitro augu šūnu kultūrās iegūtu sastāvdaļu ražošanas blakusproduktu ekstraktu un frakciju bioloģiskās aktivitātes raksturojums (citotoksiskuma un fototoksiskuma testēšanas pārskati; antibakteriālas aktivitātes testēšanas pārskati; ādas aizsargaktivitātestes tēšanas pārskati).
  5. Biorafinēšanas frakciju un ekstraktu kombinēšana, lai iegūtu kombinētas kosmētikas līdzekļu sastāvdaļas ar paaugstinātu bioloģisko aktivitāti.
  6. Komunikācija un pētījuma rezultātu nodošana gan plašākai sabiedrībai, gan zinātniskajām aprindām un speciālistiem.

Rezultāti

  1. Izstrādātas efektīvas un videi draudzīgas ekstrakcijas un frakcionēšanas metodes blakusproduktiem, kas iegūti no ārstniecība augu apstrādes un in vitro augu šūnu kultivēšanas.
  2. Izstrādāts un pārbaudīts iegūto ekstraktu un frakciju ķīmiskā sastāva, bioloģiskās aktivitātes un drošības raksturojums.
  3. Izstrādāts produkta prototips biorafinēšanas frakciju un ekstraktu kombinēšana, lai iegūtu jaunu kosmētikas līdzekļu sastāvdaļu ar pastiprinātu bioloģisko aktivitāti.
  4. Rezultāti izplatīti, publicējot trīs rakstus brīvpieejas (Open Access) zinātniskajos žurnālos, veicot sešas prezentācijas starptautiskās konferencēs un informējot sabiedrību ar tiešsaistes, sociālo plašsaziņas līdzekļu un informatīvu pasākumu palīdzību.

footnote]
Projekta norise: 2020. gada 1. jūlijs – 2023. gada 30. jūnijs.
Vadošais partneris: Vides risinājumu institūts.
Parteri: SIA “Field and Forest” un SIA “Alternative Plants”
Projekta zinātniskā vadītāja: Vides risinājumu institūts vadošā pētniece Dr. Ilva Nakurte.
Projekta finansētājs: Eiropas Reģionālās attīstības fonda (ERAF), darbības programmas “Izaugsme un nodarbinātība” 1.1.1. specifiskā atbalsta mērķa “Palielināt Latvijas zinātnisko institūciju pētniecisko un inovatīvo kapacitāti un spēju piesaistīt ārējo finansējumu, ieguldot cilvēkresursos un infrastruktūrā” 1.1.1.1. pasākuma “Praktiskas ievirzes pētījumi” Nr. 1.1.1.1/19/A/075
Projekta kopējais finansējums: 810 878.66 EUR.
[/footnote]

Dec 22, 2020

In summer 2020, researchers from the Institute for Environmental Solutions (IES) launched the study to develop high added value bioactive cosmetic ingredients from by-products of medicinal plant processing and plant cell cultivation.

The growing human population also creates increasing demand for natural resources for food, medicine, pharmacy, and other industries. The use of underutilised industrial by-products could help Europe’s leading industries to develop high added value products, meet the growing demand and move towards more sustainable processes.

For this research by-products of medicinal Chamomile (Matricaria) processing and in-vitro cell culturing of Dragonhead (Dracocephalum), European gooseberry (Ribes) and Juniper (Juniperus) were chosen, because researchers saw a potential in them to develop high added value products.

In the following interview, IES leading researcher Dr Ilva Nakurte highlighted the progress and importance of this research.

IES: Why is it necessary to do this research?

Dr Ilva Nakurte (I.N.): Most by-products coming from agriculture, cosmetics, food and drink, as well as chemical industries are not utilized and end up in municipal landfills, thus causing serious environmental, economic, and social problems. Currently, by-products are handled as waste, while they could be used as resources to create new revenue streams and open doors for new niche markets. Spinning the mindset and business approaches towards using more innovative, science-based solutions for by-product utilization will have a positive impact on the transition towards a sustainable economy.

Medicinal and aromatic plants have active compounds that are highly demanded by pharmaceutical, cosmetics, and food industries. While active compounds can be artificially synthesised, considering increasing demand, the focus should be on compounds extracted from natural resources. Therefore, during this research we will obtain active compounds from different industry by-products and waste to develop bioactive cosmetic ingredients.

Plant cell cultures used in the research Dragonhead (Dracocephalum), European gooseberry (Ribes) and Juniper (Juniperus). Image: SIA “Alternative Plants”.

IES: What do you consider as the main valuable resource that you will obtain from by-products?

I.N.: When people hear the word waste, the first association in their mind is household waste. In this research we will work with two groups of organic medicinal plant processing by-products:

  • Medicinal and aromatic plant processing by-products from medicinal chamomile essential oil extraction provided by organic farming experts of SIA “Field and Forest”.

Medicinal chamomile (Matricaria) by-products used in the research. Image: SIA “Field and Forest”.

  • Plant tissue cultivation by-products of cosmetic production provided by SIA “Alternative plants” company.

Plant cell cultures of Dragonhead (Dracocephalum) used in the research. Image: SIA “Alternative Plants”.

Before the start of this research, we already knew that these medicinal and aromatic plant processing by-products contain high concentration levels of valuable compounds. Within this research we will develop technologies for bioactive compound extraction (with suitable biorefinery methods) from above mentioned by-products. After extraction active compounds will be categorized and further used in the development of different valuable product prototypes for the cosmetic industry.

IES: Please explain what is biorefinery and how it helps to extract active compounds from medicinal and aromatic plant processing by-products?

I.N.: A biorefinery is defined as the optimised processing of biomass for extraction of new raw materials.

We are convinced that in our research selected by-products materials contain bioactive compounds. Therefore, the main task of the biorefining processes used in our project is to understand what and how much active substances they contain, and how to extract them in the most effective ways. The processes of the biorefinery method that we will implement in this study can be divided in three main steps:

First step. We are going to search for the most suitable method for the extraction of bioactive compounds. We have chosen the most environmentally friendly and, at the same time, efficient active compound extraction method – the supercritical fluid extraction method.

Second step. Reuse of waste is an environmentally friendly action. In this research we are trying to find the most environmentally friendly extraction reagents. We found it inappropriate to use chemical reagents for extraction that are harmful to the environment and human health. For the supercritical fluid extraction method use only carbon dioxide (CO2), in combination with ethanol and/or water. To extract the highest concentration of active compounds from each group of by-products, it is important to find the most suitable combination of these three reagents.

Third step. Fractionation of polar and non-polar compounds. All active compounds that we extracted from the by-products need to be divided into fractions. As a result of extraction, we will obtain the whole set of biologically active substances, and there is no unique method that would be able to separate them from each other in one go. The supercritical fluid extraction method allows us to systematically divide this group into fractions, such as carbohydrates, proteins, antioxidants, fatty acids, volatile substances. Fractionation allows us to understand which groups of bioactive compounds we were able to extract and how high are the concentrations of these groups. If we understand the value of each of the active compound groups, we can assess whether the size of the class is large enough to make its extraction economically viable.

IES: What are the next steps, after the extraction is done and active substances are divided in fractions?

I.N.: Once the extracts have been divided into fractions, the next step is chemical characterization of extracts and fractions. Chemical characterization will be done in IES laboratory using state-of-the-art analytical equipment and extracts will be classified in such groups as sugars, amino acids, glycosides, tannins, phenolic compounds, flavonoids, etc.

An assessment of the microelement composition of the obtained fractions and extracts will also be performed, as we are interested not only in the bioactive substances contained in these medicinal plant by-products, but also in the microelements, which is a very hot topic nowadays.

IES: What will you do with the biologically active compounds that you will acquire?

I.N.: Next step will be the assessment of the acquired bioactive compounds. During discussions with all research partners, we will decide which compounds and from which by-products have the highest potential in cosmetic product development.

Our research partners SIA “Alternative Plants” have extensive and long-term experience in cooperation with various cosmetic manufacturers, therefore they will start the combination of biorefinery fractions and extracts to generate a composite of high value cosmetic ingredient. This ingredient will be tested on human skin cells to assess the impact. If human cell tests will show positive results, we will continue a development of a product prototype for the cosmetics industry.

IES: Is it planned to produce an actual product within this research?

I.N.: No, we have not planned to develop a product for the cosmetics industry during this research. The outcome will be intellectual property that will belong to all three project partners. Our research activities will certainly not stop. Research on natural resource-based by-products for the development of new product prototypes can be interesting for the organic cosmetics industry, as well as many others.

IES: Is this extraction of active compounds from plant processing by-products an innovative approach?

I.N.: Of course, we are not the first ones that have thought about extraction of bioactive compounds from plant processing by-products that, otherwise, would go to waste. However, In Latvia we are one of the pioneers that focus on large-scale medicinal plant by-product repurposing.

In scientific literature we can find similar examples of organic plant by-product extracting even with the same supercritical fluid extraction method. But researchers usually do not share specific techniques that are vital in the research process.

Within this study, we will evaluate the extraction methods and adapt them to the each group of by-products in order to find the most suitable and effective solutions.

Medicinal Chamomile (Matricaria) extracts from distillation by-products. Image: Institute for Environmental Solutions.

IES: This research was launched in July 2020. Which activities have you already started?

I.N.: We have started to test the first water and ethanol extracts from six SIA “Alternative Plants” different lyophilized plant cell culture by-products and from SIA “Field and Forest” chamomile processing by-products – white petals, pollen (pulp) and distillation waste. We have started testing the reagents of the supercritical fluid extraction method. For each group of by-products considered in the study it is necessary to find the right combination of carbon dioxide, water and ethanol, as well as the most suitable extraction temperature and time. We try to find out these factors in a series of experiments, to get the most effective extraction results.

Experimental extraction of non-polar fractions from distillation by-products with non-polar liquefied gas – florasol extraction – was also performed. For both non-polar and polar fractions, a qualitative assessment of the effect of distillation time on the separation of fractions from distillation by-products has been performed. We can already conclude that the hypothesis put forward in our project has proved to be true, and high concentrations of various bioactive substances can be found in the production by-products tested so far.

IES: What have you planned for the upcoming research periods?

I.N.: We will continue to adapt the extraction method for each group of by-products. We will continue the fractionation of the obtained polar and non-polar compounds and the characterization of these fractions. That will allow us to find out which fraction contains the most valuable bioactive compounds and which of them would be worth researching further.

Research “A biorefinery approach for the development of bioactive cosmetic ingredients from by-products of medicinal plant processing and plant cell cultivation” (1.1.1.1/19/A/075) is developed as a part of the European Regional Development Fund programme 1.1.1.1 measure “Support for applied research” and specific objective 1.1.1 “Improve research and innovation capacity and the ability of Latvian research institutions to attract external funding, by investing in human capital and infrastructure”

More about the project here.

VRI izstrādās kosmētikas izejvielas no ārstniecības augu pārstrādes blakusproduktiem

2020.gada vasarā Vides risinājumu institūta (VRI) pētnieki uzsāka pētījumu, kurā, izmantojot ārstniecības augu pārstrādes un augu šūnu kultivēšanas balkusproduktus, izstrādās augstas pievienotās vērtības izejvielas to potenciālai izmantošanai kosmētikas ražošanā.

Nepilna gadsimta laikā pasaules iedzīvotāju skaits ir gandrīz četrkāršojies. Vienlaikus ir pieaudzis arī pieprasījums pēc dabiskas izcelsmes izejvielām augstas kvalitātes farmācijas, kosmētikas un pārtikas produktu ražošanai. Pielietojot līdz šim neizmantotos ārstniecības augu audzēšanas un rūpniecības blakusproduktus, Eiropas vadošās nozares  varētu attīstīt ilgtspējīgākus ražošanas risinājumus un apmierināt pasaulē pieaugošo pieprasījumu.

Pētījumā izvēlēti Ārstniecības kumelītes (Matricaria) pārstrādes un Ruiša pūķgalves (Dracocephalum), ērkšķogas (Ribes) un kadiķa (Juniperus) audu kultūru kultivēšanas  blakusprodukti. Tiem pētnieki saskatījuši augstu potenciālu jaunu pievienotās vērtības produktu izstrādē.

Ar pētījuma gaitu un nozīmību iepazīstināja VRI vadošā pētniece Dr. Ilva Nakurte.

VRI: Kāpēc šāds pētījums ir nepieciešams?

Dr. Ilva Nakurte (I.N.): Lielākā daļa no lauksaimniecības, pārtikas, dzērienu, kosmētikas un ķīmiskās rūpniecības nozaru blakusproduktiem netiek pilnvērtīgi izmantoti vai pārstrādāti. Lielākoties, tie nonāk atkritumu poligonos, tādējādi radot nopietnas vides, ekonomiskās un sociālās problēmas. Šobrīd blakusprodukti tiek uzskatīti par atkritumiem, lai gan tos iespējams izmantot jaunu pievienotās vērtības produktu izstrādē. Šāda pieeja ļautu atklāt jaunas tirgus nišas, sekmēt Eiropas Savienības ekonomisko situāciju un veicināt ilgtspējīgu attīstību. Lai to sasniegtu, ir nepieciešama domāšanas veida un uzņēmējdarbības pieeju maiņa uz inovācijās un zinātnē balstītām pieejām blakusproduktu izmantošanā.

Ārstniecības augi ir vērtīgs dabas resurss, kas satur dažādas klases fitoķīmiskos savienojumus ievērojamās to koncentrācijās. Šīs aktīvās vielas plaši pielieto farmācijas, kosmētikas un pārtikas nozaru produktu izstrādē. Daudzas no tām iespējams iegūt arī sintēzes ceļā, tomēr arvien vairāk pieaug pieprasījums tieši pēc dabiskas izcelsmes resursiem. Šajā pētījumā mēs, izmantojot dažādu nozaru rūpniecības blakusproduktus jeb atkritumus, iegūsim bioloģiski aktīvās vielas ar augstu pievienoto vērtību.

Pētījumā izmantotās trīs augu šūnu Ruiša pūķgalves (Dracocephalum), ērkšķogas (Ribes) un kadiķa (Juniperus) kultūras. Attēls: SIA Alternative Plants.

VRI: Kas ir tas vērtīgais, ko esat saskatījuši šajos ārstniecības augu pārstrādes un audu kultūru kultivēšanas blakusproduktos?

I.N.: Cilvēkiem, dzirdot vārdu atkritumi, pirmā asociācija pilnīgi dabiski ir sadzīves atkritumi. Ar šī pētījuma palīdzību, mēs vērsīsim sabiedrības uzmanību uz divu veidu ražošanas procesu pārpalikumiem:

  • bioloģiski sertificētas saimniecības SIA “Field and Forest” ārstniecības kumelīšu ēterisko eļļu ražošanas procesu pārpalikumiem;

Pētījumā izmantotie Ārstniecības kumelītes (Matricaria) blakusprodukti. Attēls: SIA Field and Forest.

  • SIA “Alternative Plants” ārstniecības augu audu kultūru kultivēšanas (in vitro) blakusproduktiem, kas paliek pāri pēc dabīgo aktīvo sastāvdaļu ražošanas kosmētikas nozarei.

Pētījumā izmantotās Ruiša pūķgalves (Dracocephalum) augu šūnu kultūras. Attēls: SIA Alternative Plants.

Jau pirms pētījuma uzsākšanas skaidri zinājām, ka arī šie ražošanas procesu blakusprodukti satur augstu dažādu aktīvo vielu koncentrāciju. Šajā pētījumā kopā ar partneriem izstrādāsim efektīvas biorafinēšanas tehnoloģijas, kas ļaus iegūt aktīvās vielas, tās rakturot un tālāk izmantot dažādu vērtīgu produktu prototipu izstrādē. Šajā pētījumā esam paredzējuši prototipus izstrādāt tieši kosmētikas industrijas produktiem.

VRI: Kas ir biorafinēšana un kā ar tās palīdzību iespējams ekstrahēt aktīvās vielas no ārstniecības augu pārstrādes blakusproduktiem?

I.N.: Biorafinēšana ir optimizēta jebkāda veida biomasas pārstrāde jaunu izejvielu ieguvei. Mēs esam pārliecināti, ka mūsu projektā izvēlētie biomasas materiāli satur bioloģiski aktīvos savienojumos. Tāpēc galvenais mūsu pētījumā izmantojamo biorafinēšanas procesu uzdevums ir saprast, kādas un cik daudz aktīvās vielas tie satur un kā tos visefektīvāk ekstrahēt. Biorafinēšanas metodes procesi, kurus īstenosim šajā pētījumā, iedalāmi trijos posmos:

Pirmais posms. Piemērotākās bioloģiski aktīvo savienojumu ekstrahēšanas metodes piemeklēšana, kas no katras blakusproduktu grupas ļautu iegūt augstāko aktīvo vielu koncentrāciju. Kā videi draudzīgāko un reizē arī aktīvo vielu ieguvei efektīvāko ekstrahēšanas metodi esam izvēlējušies superkritiskā šķidruma ekstrakciju.

Otrais posms. Atkritumu pārstrāde ir videi draudzīgs virziens, tāpēc mēs šajā pētījumā cenšamies piemeklēt videi draudzīgākos ekstrahēšanas reaģentus. Mums šķita nepiemēroti ekstrahēšanai izmantot spēcīgus ķīmiskos reaģentus, kuri ir kaitīgi gan apkārtējai videi, gan  cilvēka veselībai. Tas bija vēl viens no daudziem faktoriem, kāpēc izvēlējāmies superkritiskā šķidruma ekstrakcijas metodi. Ar šo metodi bioloģiski aktīvo vielu ekstrakcijas procesā izmanto nevis spēcīgus ķīmiskos reaģentus, bet ogļskābo gāzi (CO2), kombinācijā ar etilspirtu un/vai ūdeni. Svarīgi katrai blakusproduktu grupai atrast šo triju reaģentu veiksmīgāko kombināciju, kas ļautu ekstrahēšanas procesā iegūt augstāko bioloģiski aktīvo vielu koncentrāciju.

Trešais posms. Polāro un nepolāro savienojumu frakcionēšana. Ar to saprotama – no blakusproduktiem ekstrahēto bioloģiski aktīvo vielu kopumu sadalīšana pa frakcijām. Ekstrahēšanas rezultātā iegūsim visu bioloģiski aktīvo vielu kopumu, un nav tādas unikālas metodes, kas spētu tās vienu no otras atdalīt vienā piegājienā. Superkritiskā šķidruma ekstrakcijas metode, mainot tās fizikālo procesu parametrus, ļauj mums šo kopumu sistemātiski sadalīt pa frakcijām, piemēram, ogļhidrātiem, olbaltumvielām, antioksidantiem, taukskābēm, gaistošiem savienojumiem utt. Frakcionēšanas izmantošana palīdz mums saprast, kādas aktīvo vielu grupas un cik lielos apmēros mums ir izdevies ekstrahēt. Tas savukārt ļaus nojaust, vai konkrētās vielu klases apjoms ir pietiekami liels, lai tās ekstrahēšanu varam uzskatīt par efektīvu un ekonomiski izdevīgu.

VRI: Kādi ir nākamie pētījumā paredzētie soļi, pēc ekstrahēšanas ceļā iegūto aktīvo vielu frakciju un to daudzuma noskaidrošanas?

I.N.: Kad būsim ieguvuši ekstraktus un tos sadalījuši pa frakcijām, nākamais nozīmīgais solis būs frakciju ķīmiskā sastāva raksturošana un izvērtējums. Šajā pētījuma stadijā VRI laboratorijā analizēsim iegūtās aktīvo vielu frakcijas un noteiksim, kādai vielu klasei tās pieder, piemēram, cukuriem, aminoskābēm, glikozīdiem, tannīniem, fenoliem savienojumiem, flavonoīdiem u.c.

Kad būsim noskaidrojuši vielu klases, sekos frakcijās esošo aktīvo savienojumu identifikācija un raksturošana, izmantojot mūsdienīgākās analītiskās iekārtas.

Veiksim arī mikroelementu sastāva novērtējums iegūtajām frakcijām, jo mūs interesē ne tikai aktīvās vielas, ko satur šie ārstniecības augu blakusprodukti, bet arī mikroelementi, kas mūsdienās ir ļoti aktuāla tēma. Esam pārliecināti, ka mikroelementus atradīsim ārstniecības kumelīšu ēterisko eļļu ieguves procesa blakusproduktos. Bet būs interesanti paskatīties, vai mikroelementi atrodami arī kontrolētos laboratorijas apstākļos audzēto ārstniecības augu audu kultūru kultivēšanas pārstrādes blakusproduktos.

VRI: Ko iesāksiet ar iegūtajām bioloģiski aktīvajām vielām un mikroelementiem?

I.N.: Tālāk sekos vērtīgāko aktīvo savienojumu noteikšana un diskusija ar visiem trim šajā pētījumā iesaistītajiem partneriem. Noteiksim, kuras aktīvās vielas ir ar reālu pielietojumu kosmētikas industrijas produktu izstrādē.

Mūs projekta partneriem SIA “Alternative Plants” ir plaša un ilgstoša pieredze sadarbībā ar dažādiem kosmētikas ražotājiem. Tāpēc, kad būsim izdarījuši secinājumus un izvēlējušies aktīvās vielas ar potenciālu to pielietojumu, tad SIA “Alternative Plants” veiks specifiskas analīzes uz ādas šūnām, lai noskaidrotu, vai šie savienojumi uzrāda cerētos efektus. Pēdējais solis, šajā pētījumā būs kosmētikas industrijai paredzēta produkta prototipa izstrāde.

VRI: Vai izstrādāto prototipu plānots arī realizēt kā gatavu produktu?

I.N.: Pētījumā neesam paredzējuši prototipu pārvērst reālā produktā. Prototips būs visu trīs pētījuma partneru intelektuālais īpašums. Mūsu pētniecība, protams, neapstāsies. Šāds pētījums, dabiskas izcelsmes blakusproduktu izmantošana un izveidotais prototips varētu būt interesants dabīgās kosmētikas ražotājiem, kā arī citām nozarēm.

VRI: Vai bioloģiski aktīvo vielu ekstrahēšana no ārstniecības augu pārstrādes blakusproduktiem ir inovatīva pētniecības pieeja?

I.N.: Protams, mēs neesam pirmie, kas ir iedomājušies, ka arī ārstniecības augu pārstrādes blakusproduktos atrodamas aktīvās vielas. Savukārt Latvijas līmenī mēs noteikti esam vieni no pirmajiem, kas ir pievērsušies liela apjoma ārstniecības augu ražošanas blakusproduktu atkārtotai pārstrādei un izmantošanai.

Zinātniskajā literatūrā ir pieejama informācija par līdzīgiem pētījumiem un pielietoto metožu pamatprincipiem, bet tie nekad nebūs aprakstīti niansēs. Šajā pētījumā mēs ekstrahēšanas metodes radīsim no jauna un pielāgosim katrai pētījumā apskatītajai blakusproduktu grupai.

Ārstniecības kumelītes (Matricaria) blakusproduktu ekstrakti. Attēls: Vides Risinājumu Institūts.

VRI: Pētījumu uzsākāt 2020. gada jūlijā. Kuras aktivitātes jau esat īstenojuši šajā pētniecības periodā?

I.N.: Pētījuma pirmajos mēnešos testējām pirmo ūdens un etanola ekstraktu eksperimentālo iegūšanu no SIA “Alternative Plants” sešiem dažādiem liofilizētiem augu šūnu kultūru blakusproduktiem (un no SIA “Field and Forest” kumelīšu pārstrādes blakus produktiem – baltajām ziedlapiņām, putekšņlapām (pulvja) un destilācijas atkritumiem (attēlā). Esam uzsākuši superkritiskā šķidruma ekstrakcijas metodes reaģentu izmēģinājumus. Katrai pētījumā apskatītajai blakusproduktu grupai nepieciešams atrast pareizo ogļskābās gāzes, ūdens un etilspirta kombināciju, kā arī piemērotāko ekstrahēšanas temperatūru un ilgumu. Šos faktorus mēs cenšamies noskaidrot izmēģinājumos. Tie ir būtiski, lai mēs varētu iegūt labākos ekstrahēšanas rezultātus.

Veikta arī eksperimentāla nepolāro frakciju iegūšana no destilēšanas blakusproduktiem ar nepolāru sašķidrināto gāzi – florasola ekstrakcija. Gan nepolāro, gan polāro frakciju iegūšanai esam veikuši destilācijas laika ietekmes kvalitatīvu novērtējumu uz frakciju izdalīšanos no destilācijas blakus produktiem. Jau šobrīd varam secināt, ka mūsu projektā izvirzītā hipotēze izrādījusies patiesa, un līdz šim brīdim testētajos ražošanas pārpalikumos atrodamas augstas dažādu aktīvo vielu koncentrācijas.

VRI: Kādas aktivitātes esat paredzējuši veikt nākamajā pētniecības periodā (2021. gada janvāris – februāris)?

I.N.: Galvenokārt turpināsim ekstrahēšanas metodes pielāgošanu katrai blakusproduktu grupai. Turpināsim iegūto polāro un nepolāro savienojumu frakcionēšanu un šo frakciju raksturošanu. Tas ļaus saprast kādas aktīvās vielas satur katra frakcija un kurām no tām mums būtu interesanti veikt padziļinātāku izpēti.

Pētījums tiek veikts projekta “Biorafinēšanas pieeja bioloģiski aktīvu kosmētikas izejvielu ieguvei no ārstniecības augu pārstrādes un augu šūnu kultivēšanas blakusproduktiem” (Nr. 1.1.1.1/19/A/075) ietvaros. Projektu atbalsta Eiropas Reģionālās attīstības fonds (ERAF), darbības programmas “Izaugsme un nodarbinātība” 1.1.1. specifiskā atbalsta mērķa “Palielināt Latvijas zinātnisko institūciju pētniecisko un inovatīvo kapacitāti un spēju piesaistīt ārējo finansējumu, ieguldot cilvēkresursos un infrastruktūrā” 1.1.1.1. pasākuma “Praktiskas ievirzes pētījumi” ietvaros.

Vairāk par projektu šeit.

Want to know more?

Subscribe to our newsletter to receive occasional updates on our company news and products.

Subscribe here