Effect of green extraction techniques on phenolic recovery and bioactivities of onion peel extracts

Jedes Jahr wächst die Welt fast 48 Millionen Tonnen Zwiebeln, ein Grundnahrungsmittel, das Milliarden von Menschen ernährt. Doch für jede Zwiebel, die in einer Küche oder auf einem Markt landet, wird eine erhebliche Menge an Abfall erzeugt. Allein in der Europäischen Union werden jährlich etwa 450.000 Tonnen Zwiebelschalen entsorgt. Diese äußeren Schichten, die normalerweise als Abfall weggeworfen werden, sind in Wirklichkeit vollgepackt mit wirkungsvollen natürlichen Chemikalien, die als phenolische Verbindungen bekannt sind. Diese Substanzen sind berühmt für ihre Fähigkeit, den durch Oxidation im Körper verursachten Schaden zu bekämpfen und das Wachstum schädlicher Bakterien zu stoppen. Während der essbare Teil der Zwiebel nahrhaft ist, enthält die Schale sogar noch höhere Konzentrationen dieser schützenden Verbindungen, insbesondere eine Art von Flavonoid namens Quercetin. Die Herausforderung für Wissenschaftler bestand darin, den besten Weg zu finden, diese wertvollen Chemikalien aus der zähen, trockenen Haut zu extrahieren, ohne dabei aggressive Chemikalien zu verwenden oder Energie zu verschwenden, um das, was einst Abfall war, in eine nützliche Ressource für die Lebensmittel- und Medizinindustrie zu verwandeln.

Forscher in Kroatien machten sich daran, dieses Rätsel zu lösen, indem sie zwei moderne, umweltfreundliche Methoden zum Extrahieren dieser Verbindungen aus Zwiebelschalen verglichen. Sie konzentrierten sich auf zwei verschiedene Sorten von Zwiebeln: die gewöhnliche gelbe Zwiebel und eine lokale rote Sorte. Das Team testete zwei spezifische Techniken: eine, die hochfrequente Schallwellen nutzt, um die Verbindungen aus dem Pflanzenmaterial zu lockern, und eine andere, die Mikrowellenenergie nutzt, um die Mischung schnell zu erhitzen. Sie wollten sehen, welche Methode für welche Zielart der Zwiebel besser funktionierte und ob die Wahl der Technik die endgültige chemische Zusammensetzung des Extrakts veränderte. Durch die Analyse der Ergebnisse konnten sie nicht nur bestimmen, wie viel von dem „guten Zeug“ zurückgewonnen wurde, sondern auch, wie effektiv die resultierende Flüssigkeit darin war, schädliche freie Radikale zu neutralisieren und das Wachstum gewöhnlicher lebensmittelbedingter Bakterien zu stoppen.

Die Studie begann mit der Sammlung frischer Schalen von gelben und roten Zwiebeln, die auf einem lokalen Bauernhof angebaut wurden. Nachdem die Schalen getrocknet und zu einem feinen Pulver gemahlen worden waren, behandelten die Forscher sie mit einer Mischung aus Wasser und Ethanol, einem sicheren Alkohol, der häufig in der Lebensmittelverarbeitung verwendet wird. Sie teilten die Proben zur Hälfte auf, wobei eine Charge der Schallwellenbehandlung und die andere der Mikrowellenbehandlung unterzogen wurde. Sobald die Extraktion abgeschlossen war, trockneten sie die Flüssigkeiten und begannen mit einer detaillierten chemischen Analyse. Sie maßen die Gesamtmenge der phenolischen Verbindungen in jeder Probe und identifizierten die spezifischen Arten von Molekülen, wie etwa Quercetin, Rutin und verschiedene Säuren. Sie unterzogen die Extrakte zudem einer Reihe von Tests, um zu sehen, wie gut sie als Antioxidantien wirken können – Substanzen, die Zellen vor Schäden schützen – und wie gut sie das Wachstum von Bakterien wie Listeria, Salmonella und E. coli verhindern können.

Die Ergebnisse zeigten, dass die beste Methode vollständig davon abhing, welche Art von Zwiebel verarbeitet wurde. Bei gelben Zwiebeln erwies sich die Schallwellentechnik als überlegen. Sie extrahierte die höchste Menge an gesamten phenolischen Verbindungen, wobei sie fast 3ert 370 Milligramm pro Gramm des getrockneten Extrakts erreichte, und erzeugte die stärkste antioxidative Aktivität. Im Gegensatz dazu war die Mikrowellenmethode bei gelben Zwiebeln weniger effektiv und lieferte etwa halb so viele Verbindungen. Doch die Geschichte war bei den roten Zwiebeln eine andere. Für diese Sorte zeigten beide Methoden eine ähnliche Leistung, wobei die Mikrowellentechnik tatsächlich etwas mehr gesamte Phenole extrahierte als die Schallwellen. Die Forscher fanden heraus, dass Quercetin die am häufigsten vorkommende Verbindung in allen Proben war, was seinen Status als primären Wirkstoff in Zwiebelschalen bestätigte. Dennoch variierte die spezifische Mischung anderer Verbindungen, wie etwa Protocatechusäure und Epicatechin, signifikant basierend auf sowohl der Zwiebelsorte als auch der verwendeten Extraktionsmethode.

Als das Team die Extrakte gegen Bakterien testete, wurden die Leistungsunterschiede noch deutlicher. Die Extrakte waren im Allgemeinen effektiver beim Stoppen von grampositiven Bakterien, denen eine feste Außenmembran fehlt, als gegenüber gramnegativen Bakterien, die eine zusätzliche Schutzschicht besitzen, die schwerer zu durchdringen ist. Das empfindlichste Zielobjekt war Listeria monocytogenes, ein gefährlicher lebensmittelbedingter Erreger. Die Extrakte konnten dessen Wachstum bereits bei sehr niedrigen Konzentrationen, nämlich bei nur 0,31 Milligramm pro Milliliter, stoppen. Interessanterweise war der mit Mikrowellen extrahierte gelbe Zwiebelschalenextrakt besonders potent gegen dieses spezifische Bakterium, während der durch Schallwellen extrahierte rote Zwiebelschalenextrakt die besten Ergebnisse gegen andere Arten von Bakterien zeigte. Die Studie zeigte auch, dass die antimikrobielle Kraft nicht nur von der Gesamtmenge der vorhandenen Phenole abhing, sondern vielmehr von der spezifischen Kombination der Verbindungen. Beispielsweise korrelierte das Vorhandensein bestimmter Flavonoide wie Kaempferol und Rutin stark mit der Fähigkeit, Listeria zu bekämpfen, was darauf hindeutet, dass die Qualität der chemischen Mischung wichtiger ist als bloße Quantität.

Letztendlich zeigt diese Forschung, dass es keinen einzelnen „besten“ Weg gibt, den Wert aus Zwiebelabfällen zu gewinnen. Die Wirksamkeit des Prozesses ist eine Partnerschaft zwischen der genetischen Beschaffenheit der Pflanze und der Technologie, die zur Ernte ihrer Chemikalien eingesetzt wird. Für gelbe Zwiebeln schaltet die Schallwellenmethode das größte antioxidative Potenzial frei, was sie zur idealen Wahl für die Herstellung natürlicher Konservierungsmittel oder Nahrungsergänzungsmittel macht. Für rote Zwiebeln bietet die Mikrowellenmethode eine praktikable Alternative, die besonders gut darin ist, gezielt bestimmte Bakterien anzugreifen. Diese Erkenntnisse legen nahe, dass Industrien durch die sorgfältige Abstimmung der Extraktionstechnik auf die jeweilige spezifische Nutzpflanze massive Mengen landwirtschaftlicher Abfälle in eine nachhaltige Quelle für natürliche Inhaltsstoffe verwandeln können. Dieser Ansatz reduziert nicht nur die Umweltauswirkungen, sondern bietet auch einen neuen, umweltfreundlichen Weg, um die Lebensmittelsicherheit zu erhöhen und natürliche Gesundheitsprodukte zu entwickeln.