بهینه‌سازی استخراج ترکیبات زیست‌فعال از اندام هوایی پروانش به کمک مایکروویو

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و مهندسی صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

2 گروه علوم و و مهندسی صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

چکیده

در این مطالعه استخراج ترکیبات زیست‌فعال از اندام هوایی پروانش با کمک مایکروویو بر اساس روش‌شناسی سطح-پاسخ و طرح باکس-بنکن بررسی و بهینه‌یابی شد. قدرت مایکروویو (100-300 وات)، نسبت نمونه به حلال (1:20-1:40 وزنی/حجمی) و ﻣﺪت زﻣﺎن تابش مایکروویو (9-14 دقیقه) متغیّرهای مستقل مورد بررسی در این مطالعه بودند. بهینه‌یابی با استفاده از تکنیک عددی و با هدف به حداکثر رساندن عملکرد کمی استخراج و میزان ترکیبات فنولی کل صورت پذیرفت. بر اساس نتایج به دست آمده اثر کلیه متغیرهای مستقل مورد مطالعه بر پاسخ‌ها (عملکرد کمی استخراج و میزان ترکیبات فنولی کل) معنی‌دار بود (05/0>p). شرایط بهینه استخراج به کمک امواج مایکروویو با قدرت مایکروویو 250 وات، مدت زمان تابش مایکروویو 11 دقیقه و نسبت نمونه به حلال 1:33 وزنی/حجمی به دست آمد. تحت شرایط بهینه میزان عملکرد کمّی استخراج و میزان ترکیبات فنولی کل به ترتیب 21/18 درصد و 40/118 میلی‌گرم معادل گالیک ‎اسید بر گرم بود. از روش سنتی سوکسله جهت بررسی کارایی فناوری استخراج به کمک امواج مایکروویو استفاده شد. روش سنتی از لحاظ کمی عملکردی بهتر (19/0±68/29 درصد) اما از لحاظ کیفی (میزان ترکیبات فنولی کل (18/0±19/16 میلی‌گرم معادل گالیک اسید بر گرم) و ﻣﯿﺰان ﻓﻌﺎﻟﯿﺖ مهار رادیکال‌های آزاد DPPH (14/0±17/10 درصد) و HO (17/0±34/8 درصد)) عملکردی کمتر از روش استخراج به کمک مایکروویو داشت. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که با استفاده از روش استخراج به کمک مایکروویو می‌توان به ترکیبات زیست‌فعال فنولی بیشتر و با فعالیت آنتی اکسیدانی مطلوب در مدت زمان کوتاه‌تر و با مصرف انرژی کمتر دست یافت.

چکیده تصویری

بهینه‌سازی استخراج ترکیبات زیست‌فعال از اندام هوایی پروانش به کمک مایکروویو

تازه های تحقیق

  • پروانش منبع بالقوه‌ای از ترکیبات زیست‌فعال فنولی است
  • ترکیبات زیست‌فعال از اندام هوایی پروانش با استفاده از استخراج به کمک مایکروویو به‌طور موفقیت آمیزی استخراج شد.
  • تاثیر هر متغیر مستقل با استفاده از طرح باکس-بنکن مطالعه شد.
  • شرایط بهینه: قدرت مایکروویو 250 وات، زمان تابش 11 دقیقه، نسبت نمونه به حلال 1:33 (وزنی/حجمی).
  • میزان ترکیبات فنولی کل عصاره استخراج شده به کمک مایکروویو بیشتر از روش سوکسله بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Optimization of microwave-assisted extraction of bioactive compounds from aerial parts of Catharanthus roseus L.

نویسندگان [English]

  • Parivash Zandi 1
  • Mandana Bimakr 2
  • Ali Ganjloo 1
1 Department of Food Science and Engineering, Faculty of Agriculture, University of Zanjan, Zanjan, Iran
2 Department of Food Science and Engineering, Faculty of Agriculture, University of Zanjan, Zanjan, Iran
چکیده [English]

In this study, the recovery of bioactive compounds from Catharanthus roseus L. using microwave-assisted extraction technology was evaluated and optimized through response surface methodology based on the Box-Behnken design. Microwave power (100-300 W), sample to solvent ratio (1:20-1:40 w/v) and microwave irradiation time (9-14 min) were independent variables. Optimization was performed using numerical technique with the aim of maximizing the extraction yield and total phenolic content. Based on the obtained results, the effect of all studied independent variables on the extraction yield and total phenolic content was significant (p<0.05). Optimal extraction conditions were microwave power of 250 W, microwave irradiation time of 11 min and sample to solvent ratio of 1:33 w/v. Under optimal conditions, the amount of extraction yield and total phenolic content were 18.21% and 118.40 mg GAE/g, respectively. The traditional Soxhlet method was used to evaluate the efficiency of microwave-assisted extraction technology. The traditional method performed better quantitatively (29.68±0.19%) but qualitatively (total phenolic content (16.19±0.18 mg GAE/g) and free radical scavenging activity (10.17±0.14%DPPHsc and 8.34±0.17%HOsc)) was far less effective than the microwave-assisted extraction method. The results revealed that more phenolic bioactive compounds can be achieved with the desired anti-radical activity in a shorter time and with less energy consumption using microwave-assisted extraction method.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Catharanthus roseus L
  • Microwave-assisted extraction
  • Optimization
  • Total phenolic content

مراجع

   [1] Das, S., & Sharangi, A. (2017). Madagascar periwinkle (Catharanthus roseus L.): Diverse medicinal and therapeutic benefits to humankind. J. pharmacogn. phytochem., 6(5), 1695-1701.
   [2] Shoba, V. & Pugazhendy, K. (2017). Ethnobotanical and phyto pharmacological activities of madagascar periwinkle (Catharanthus Roseus)-A detailed review. Indo Am. J. pharm., 4(12), 4979-4986.
   [3] Mir, M.A., Kumar, A., & Goel, A. (2018). Phytochemical analysis and antioxidant properties of the various extracts of Catharanthus roseus. J. Chem. Pharm., 10(10),  22-31.
   [4] Mishra, J.N. & Verma, N.K. (2017). A brief study on Catharanthus Roseus: A review. Int. J. Res. Pharm. Sci., 2, 20-23.
   [5] Wilson, D.W., Nash, P., Buttar, H.S., Griffiths, K., Singh, R., Meester, F.D., Horiuchi, R., & Takahashi, T. (2017). The role of food antioxidants, benefits of functional foods, and influence of feeding habits on the health of the older person: An overview. Antioxidants. 6, 81-101.
   [6] Jahanbakhsh, Z., Mohammadi, M. T., Jafari, M., Khoshbaten, A., & Salehi, M. (2012). Role of oxidative stress in the aortic constriction-induced ventricular hypertrophy in rat. J. Physiol. Pharmacol., 16, 146-155.
   [7] Samavati, V., & Manoochehrizade, A. (2013). Dodonaea viscosa var. angustifolia leaf: New source of polysaccharide and its antioxidant activity. Carbohydr. Polym., 98, 199-207.
   [8] Alvi, T., Asif,  Z., & Iqbal Khan, M.K. (2022). Clean label extraction of bioactive compounds from food waste through microwave-assisted extraction technique-A review. Food Biosci., 46, 101580.
   [9] Araujo, R.G., Rodríguez-Jasso, R. M., Ruíz, H. A., Govea-Salas, M., Pintado, M., & Aguilar, C. N. (2021). Recovery of bioactive components from avocado peels using microwave-assisted extraction. Food Bioprod. Process., 127, 152-161.
   [10] Sarfarazi, M., Jafari, S. M., Rajabzadeh, G., & Galanakis, C. M. (2020). Evaluation of microwave-assisted extraction technology for separation of bioactive components of saffron (Crocus sativus L.). Ind. Crops Prod., 145, 111978.
   [11] Vieira, V., Prieto, M. A., Barros, L., Coutinho, J. A. P., Ferreira, O., & Ferreira, I. C. F. R. (2017). Optimization and comparison of maceration and microwave extraction systems for the production of phenolic compounds from Juglans regia L. for the valorization of walnut leaves. Ind. Crops Prod., 107, 341-352.
   [12] Camel, V., (2000). Microwave-assisted solvent extraction of environmental samples. TrAC - Trends Anal. Chem., 19(4), 229-248.
   [13] Gallo, M., Ferracane, R., Graziani, G., Ritieni, A., & Fogliano, V. (2010). Microwave-assisted extraction of phenolic compounds from four different spices. Molecules, 15, 6365-6374.
   [14] Lucchesi, M.E., Chemat, F., & Smadja, J. (2004). Solvent-free microwave extraction of essential oil from aromatic herbs: comparison with conventional hydro-distillation. J. Chromatogr. A., 1043, 323–327.
 [15] Akhtar, I., Javad, S., Yousaf, Z., Iqbal, S., & Jabeen, K. (2019). Microwave assisted extraction of phytochemicals an efficient and modern approach for botanicals and pharmaceuticals. Pak. J. Pharm. Sci., 32, 223-230.
 [16] Nour, A., Alara, O.R., Nour, A.H., Omer, M.S., & Ahmad, N.B. (2021). Microwave-assisted extraction of bioactive compounds (Review). In book: Microwave Heating Publisher: Intech Open.
   [17] Bas, D., & Boyac, I. (2007). Modeling and optimization II: Comparison of estimation capabilities of response surface methodology with artificial neural networks in a biochemical reaction. J. Food Eng., 78, 846-854.
   [18] Singleton, V.L., Orthofer, R., & Lamuela-Raventos, R.M. (1999) Analysis of total phenols and other oxidation substrates and antioxidants by means of Folin-Ciocalteu reagent. Meth. Enzymol. 299, 152-178.
   [19] Zengin, G., Cakmak, Y.S., Guler, G.O., & Aktumsek, A. (2010). In vitro antioxidant capacities and fatty acid compositions of three Centaurea species collected from Central Anatolia region of Turkey. Food Chem. Toxicol. 48, 2638-2641.
   [20] Boulekbache-Makhlouf, L., Medouni, L., Medouni-Adrar, S., Arkoub, L., & Madani, K. (2013). Effect of solvents extraction on phenolic content and antioxidant activity of the byproduct of eggplant. Ind. Crops Prod., 49, 668-674.
   [21] Quiles-Carrillo, L., Mellinas, C., Garrigós, M. D. C., Balart, R., & Torres-Giner, S. (2019). Optimization of microwave-assisted extraction of phenolic compounds with antioxidant activity from carob pods. Food Anal. Methods, 12, 2480-2490.
   [22] Weremfo, A., Adulley, F., & Adarkwah-Yiadom, M. (2020). Simultaneous optimization of microwave-assisted extraction of phenolic compounds and antioxidant activity of avocado (Persea americana Mill.) seeds using response surface methodology. J. Anal Methods Chem., 2020, 1-11.
   [23] Maran, J.P., Sivakumar, V., Thirugnanasambandham, K., & Sridhar, R. (2013). Optimization of microwave assisted extraction of pectin from orange peel. Carbohydr. Polym., 97, 703-709.
   [24] Li, Y., Li, S., Lin, S.-J., Zhang, J. J., Zhao, C.-N., & Li, H.-B. (2017). Microwave-assisted extraction of natural antioxidants from the exotic Gordonia axillaris fruit: Optimization and identification of phenolic compounds. Molecules, 22, 1481-1497.
   [25] Bengardino, M.B., Fernandez, M. V., Nutter, J., Jagus, R. J., & Aguero, M. V. (2019). Recovery of bioactive compounds from beet leaves through simultaneous extraction: modelling and process optimization. Food Bioprod. Process., 118, 227-236.
   [26] Valdés, A., Vidal, L., Beltran, A., Canals, A., & Garrigós, M. C. (2015). Microwave-assisted extraction of phenolic compounds from almond skin byproducts (Prunus amygdalus): A multivariate analysis approach. J. Agric. Food Chem., 63, 5395-5402.
[27] Tsaltaki, C., Katsouli, M., Kekes, T., Chanioti, S., & Tzia, C. (2019). Comparison study for the recovery of bioactive compounds from Tribulus terrestris, Panax ginseng, Gingko biloba, Lepidium meyenii, Turnera diffusa and Withania somnifera by using microwave-assisted, ultrasound-assisted and conventional extraction methods. Ind. Crops Prod., 142, 111875.
   [28] Xianzhe, Z., Fangping, Y., Chenghai, L., & Xiangwen, X. (2011). Effect of process parameters of microwave assisted extraction (MAE) on polysaccharides yield from Pumpkin. J. Northeast Agric. Univ., 8, 79-86.
   [29] Chen, Y., Xie, M.Y., & Gong, X.F. (2007). Microwave-assisted extraction used for the isolation of total triterpenoid saponins from Ganoderma atrum. J. Food Eng., 81, 162-170.
   [30] He, B., Zhang, L. L., Yue, X. Y., Liang, J., Jiang, J., Gao, X. L., & Yue, P. X. (2016). Optimization of ultrasound-assisted extraction of phenolic compounds and anthocyanins from blueberry (Vaccinium ashei) wine pomace. Food Chem., 204, 70-76.
   [31] Roshani Neshat, R., Bimakr, M., & Ganjloo, A. (2020). Effects of binary solvent system on radical scavenging activity and recovery of verbascoside from Lemon verbena leaves. J. Hum. Environ. Health Promot., 62(2), 69-76.
   [32] Zhao, C.-N., Zhang, J. J., Li, Y., Meng, X., & Li, H. B. (2018). Microwave-assisted extraction of phenolic compounds from Melastoma sanguineum fruit: Optimization and identification. Molecules, 23(10), 2498.
فناوری‌های جدید در صنعت غذا
دوره 10، شماره 2
بهمن 1401
صفحه 153-169

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 12 تیر 1401
  • تاریخ بازنگری: 13 مرداد 1401
  • تاریخ پذیرش: 18 مرداد 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار