بررسی تجربی و بهینه‌سازی پارامترهای مؤثر بر استخراج ماده ضد سرطان نارینجین تحت امواج فراصوت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه گیلان، رشت

2 دانشیار، گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه گیلان، رشت

3 دانش‌آموختۀ دکترای مهندسی شیمی، گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه گیلان، رشت

چکیده

نارینجین یک داروی ضد اکسیداسیون و ضد سرطانی که برای سنتز برخی مواد مهم در زمینه علوم دارویی و پزشکی استفاده می‌شود. در این پژوهش ماده نارینجین از پوست پرتقال با استفاده حلال اتانول به روش اولتراسونیک استخراج می‌شود. طراحی آزمایش به کمک نرم افزار دیزاین اکسپرت برای تعیین پارامترهای بهینه از جمله زمان، pH و نسبت نمونه به حلال با ثابت نگه‌داشتن دما در 40 درجه سانتی‌گراد استفاده شد. غلظت و خلوص نارینجین در نمونه‌ها با استفاده از آنالیزهای اسپکتروفوتومتری و کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا، انداز‌ه‌گیری شد. باتوجه‌به نتایج طراحی آزمایش، مقدار pH تأثیر بیشتری در بازده استخراج در مقایسه با سایر پارامترها داشت. بازده استخراج نارینجین در زمان کمتر و مقادیر pH اسیدی بسیار ضعیف افزایش یافت. استخراج نارینجین در ابتدای فرایند به حداکثر مقدار رسید. در نهایت، بیشترین بازده استخراج نارینجین با استفاده از حلال اتانول 3/86 درصد در 5/6pH= ، زمان 20 دقیقه، نسبت نمونه به حلال 24/0 و میزان استخراج 2/123 میلی‌گرم بر لیتر تعیین شد. خلوص نارینجین در پودر به‌دست‌آمده از عصاره پوست پرتقال 2/88 درصد اندازه‌گیری شد. مدل آنالیز واریانس برای حلال اتانول ضریب همبستگی 96/0 را نشان داد که می‌تواند یک مدل مناسب برای این فرایند استخراج باشد.

چکیده تصویری

بررسی تجربی و بهینه‌سازی پارامترهای مؤثر بر استخراج ماده ضد سرطان نارینجین تحت امواج فراصوت

تازه های تحقیق

  • امواج فراصوت در فرایند لیچینگ و استخراج مایع-مایع استفاده شد. بهینه‌سازی عوامل مؤثر در استخراج نارینجین از پوست پرتقال با استفاده از حلال اتانول می‌باشد.
  • پارامترهای کلیدی که در این فرایند بهینه‌سازی شده‌اند شامل pH، نسبت نمونه به حلال و زمان استخراج هستند.
  • اندازه‌گیری غلظت نارینجین در هر آزمایش با آنالیز اسپکتروفوتومتری و همچنین تعیین درصد خلوص نارینجین با آنالیز (HPLC) در پودر به‌دست‌آمده از عصاره پوست پرتقال.
  • بیشترین بازده استخراج نارینجین با استفاده از حلال اتانول به میزان 29/86 درصد و خلوص نارینجین در پودر به‌دست‌آمده از عصاره پوست پرتقال به 206/88 درصد محاسبه شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental study and optimizing the effective parameters on the extraction of the anti-cancer substance naringin under ultrasound waves

نویسندگان [English]

  • Mojtaba Nosrati 1
  • Neda Gilani 2
  • Hadiseh Masoumi 3
1 Master's student, Department of Chemical Engineering, Technical and Engineering Faculty, Gilan University, Rasht, Iran.
2 Associate Professor, Department of Chemical Engineering, Technical and Engineering Faculty, Gilan University, Rasht, Iran.
3 PhD student in Chemical Engineering, Department of Chemical Engineering, Technical and Engineering Faculty, Gilan University, Rasht, Iran.
چکیده [English]

Naringin is an anti-oxidation and anti-cancer drug that is used for the synthesis of some important substances in the field of pharmaceutical and medical sciences. In this research, naringin substance is extracted from orange peel using ethanol solvent by ultrasonic method. Design-Expert (DOE) software was used to determine the optimal parameters including time, pH, and sample-to-solvent ratio while keeping the temperature constant at 40°C. The concentration and purity of naringin in the samples were measured using spectrophotometric and high-performance liquid chromatography (HPLC) analyses. According to DOE results, pH value had a greater effect on extraction efficiency compared to other parameters. The yield of naringin extraction was increased in less time and very weak acidic pH values. Naringin extraction reached the maximum value at the beginning of the process. Finally, the highest efficiency of naringin extraction was determined using 86.29% ethanol solvent at pH = 6.52, time 20 minutes, sample to solvent ratio 0.24, and extraction amount 123.27 mg/liter. The purity of naringin in the powder obtained from orange peel extract was measured as 88.20%. The ANOVA model for ethanol solvent showed a correlation coefficient of 0.96, which can be a suitable model for this extraction process.

کلیدواژه‌ها [English]

  • orange peel
  • naringin
  • yield
  • purity percentage
[1] Ozturk, B., Winterburn, J., & Gonzalez-Miquel, M. (2019). Orange peel waste valorisation through limonene extraction using bio-based solvents. Biochemical Engineering Journal, 151, 107298. doi:10.1016/j.bej.2019.107298
[2] Panić, M., Stojković, M. R., Kraljić, K., Škevin, D., Redovniković, I. R., Srček, V. G., & Radošević, K. (2019). Ready-to-use green polyphenolic extracts from food by-products. Food Chemistry, 283, 628–636. doi:10.1016/j.foodchem.2019.01.061
[3] Mahato, N., Sharma, K., Sinha, M., Dhyani, A., Pathak, B., Jang, H., Cho, S. (2021). Biotransformation of citrus Waste-I: production of biofuel and valuable compounds by fermentation. Processes, 9(2), 220. doi:10.3390/pr9020220
[4] Murador, D. C., Salafia, F., Zoccali, M., Martins, P. L. G., Ferreira, A. G., Dugo, P., Giuffrida, D. (2019). Green Extraction Approaches for Carotenoids and Esters: Characterization of Native Composition from Orange Peel. Antioxidants, 8(12), 613. doi:10.3390/antiox8120613
[5] Boukroufa, M., Boutekedjiret, C., Petigny, L., Rakotomanomana, N., & Chemat, F. (2015). Bio-refinery of orange peels waste: A new concept based on integrated green and solvent free extraction processes using ultrasound and microwave techniques to obtain essential oil, polyphenols and pectin. Ultrasonics Sonochemistry, 24, 72–79. doi:10.1016/j.ultsonch.2014.11.015
[6] Jokić, S., Molnar, M., Cikoš, A., Jakovljević, M., Šafranko, S., & Jerković, I. (2019). Separation of selected bioactive compounds from orange peel using the sequence of supercritical CO 2 extraction and ultrasound solvent extraction: optimization of limonene and hesperidin content. Separation Science and Technology, 55(15), 2799–2811. doi:10.1080/01496395.2019.1647245
[7] Obafaye, R. O., & Omoba, O. S. (2018). Orange peel flour: A potential source of antioxidant and dietary fiber in pearl-millet biscuit. Journal of Food Biochemistry, 42(4), e12523. doi:10.1111/jfbc.12523
[8] Sagar, N. A., Pareek, S., Sharma, S., Yahia, E. M., & Lobo, M. G. (2018). Fruit and vegetable waste: bioactive compounds, their extraction, and possible utilization. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 17(3), 512–531. doi:10.1111/1541-4337.12330
[9] Saleem, M., & Saeed, M. T. (2020). Potential application of waste fruit peels (orange, yellow lemon and banana) as wide range natural antimicrobial agent. Journal of King Saud University - Science, 32(1), 805–810. doi:10.1016/j.jksus.2019.02.013
[10] Viñas-Ospino, A., Panić, M., Bagović, M., Radošević, K., Esteve, M., & Redovniković, I. R. (2023). Green approach to extract bioactive compounds from orange peel employing hydrophilic and hydrophobic deep eutectic solvents. Sustainable Chemistry and Pharmacy, 31, 100942. doi:10.1016/j.scp.2022.100942
[11] Ravetti, S., Garro, A. G., Gaitán, A., Murature, M., Galiano, M., Brignone, S. G., & Palma, S. D. (2023). Naringin: Nanotechnological Strategies for Potential Pharmaceutical Applications. Pharmaceutics, 15(3), 863. doi:10.3390/pharmaceutics15030863
[12] Bubalo, M. C., Vidović, S., Redovniković, I. R., & Jokić, S. (2018). New perspective in extraction of plant biologically active compounds by green solvents. Food and Bioproducts Processing, 109, 52–73. doi:10.1016/j.fbp.2018.03.001
[13] Csuti, A., Sik, B., & Ajtony, Z. (2022). Measurement of Naringin from Citrus Fruits by High-Performance Liquid Chromatography – a Review. Critical Reviews in Analytical Chemistry, 1–14. doi:10.1080/10408347.2022.2082241
[14] Vinatoru, M. (2001). An overview of the ultrasonically assisted extraction of bioactive principles from herbs. Ultrasonics Sonochemistry, 8(3), 303–313.  doi:10.1016/s1350-4177(01)00071-2
[15] Munekata, P. E., Alcántara, C., Žugčić, T., Abdelkebir, R., Collado, M. C., García-Pérez, J. V., Lorenzo, J. M. (2020). Impact of ultrasound-assisted extraction and solvent composition on bioactive compounds and in vitro biological activities of thyme and rosemary. Food Research International, 134, 109242. doi:10.1016/j.foodres.2020.109242
[16] Setyani, W., Murwanti, R., Sulaiman, T. N. S., & Hertiani, T. (2023). Application of Response Surface Methodology (RSM) for the Optimization of Ultrasound-Assisted Extraction (UAE) of Moringa oleifera: Extraction Yield, Content of Bioactive Compounds, and Biological Effects In Vitro. Plants, 12(13), 2455. doi:10.3390/plants12132455
[17] Melgar, B., Dias, M. I., Barros, L., Ferreira, I. C., Rodriguez-Lopez, A. D., & Garcia-Castello, E. M. (2019). Ultrasound and microwave assisted extraction of opuntia fruit peels biocompounds: Optimization and comparison using RSM-CCD. Molecules, 24(19), 3618. doi:10.3390/molecules24193618
[18] Dalmau, E., Rosselló, C., Eim, V., Ratti, C., & Simal, S. (2020). Ultrasound-Assisted Aqueous Extraction of Biocompounds from Orange Byproduct: Experimental Kinetics and Modeling. Antioxidants, 9(4), 352. doi:10.3390/antiox9040352
[19] González-Centeno, M. R., Comas-Serra, F., Femenia, A., Rosselló, C., & Simal, S. (2015). Effect of power ultrasound application on aqueous extraction of phenolic compounds and antioxidant capacity from grape pomace (Vitis vinifera L.): Experimental kinetics and modeling. Ultrasonics Sonochemistry, 22, 506–514. doi:10.1016/j.ultsonch.2014.05.027
[20] Stabrauskiene, J., Marksa, M., Ivanauskas, L., & Bernatoniene, J. (2022). Optimization of Naringin and Naringenin Extraction from Citrus × paradisi L. Using Hydrolysis and Excipients as Adsorbent. Pharmaceutics, 14(5), 890. doi:10.3390/pharmaceutics14050890
[21] Chemat, F., Vian, M. A., Fabiano-Tixier, A., Nutrizio, M., Jambrak, A. R., Munekata, P., Cravotto, G. (2020). A review of sustainable and intensified techniques for extraction of food and natural products. Green Chemistry, 22(8), 2325–2353. doi:10.1039/c9gc03878g
[22] Kanmani, P., Dhivya, E., Aravind, J., & Kumaresan, K. (2014). Extraction and Analysis of Pectin from Citrus Peels: Augmenting the Yield from Citrus limon Using Statistical Experimental Design. Iranica Journal of Energy and Environment, 5(3). doi:10.5829/idosi.ijee.2014.05.03.10
[23] Xynos, N., Papaefstathiou, G., Gikas, E., Argyropoulou, A., Aligiannis, N., & Skaltsounis, A. (2014). Design optimization study of the extraction of olive leaves performed with pressurized liquid extraction using response surface methodology. Separation and Purification Technology, 122, 323–330. doi:10.1016/j.seppur.2013.10.040
[24] Chakraborty, S., Uppaluri, R., & Das, C. (2020). Optimization of ultrasound-assisted extraction (UAE) process for the recovery of bioactive compounds from bitter gourd using response surface methodology (RSM). Food and Bioproducts Processing, 120, 114–122. doi:10.1016/j.fbp.2020.01.003
[25] Renu, R., Waghray, K., & Reddy, P. D. S. (2022). Standardization and modelling of storage conditions for Hydro-Cooling of mango (Mangifera indica) using response surface methodology. Research Square (Research Square). https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-1465013/v1
[26] Sawalha, S. M., Arráez-Román, D., Segura-Carretero, A., & Fernández-Gutiérrez, A. (2009). Quantification of main phenolic compounds in sweet and bitter orange peel using CE–MS/MS. Food Chemistry, 116(2), 567–574. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2009.03.003
[27] Luengo, E., Álvarez, I., & Raso, J. (2012). Improving the pressing extraction of polyphenols of orange peel by pulsed electric fields. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 17, 79–84. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2012.10.005
[28] Pereira, R. M. S., López, B. G., Diniz, S. N., Antunes, A. A., Garcia, D. M., Oliveira, C. R., & Marcucci, M. C. (2017). Quantification of flavonoids in Brazilian orange peels and industrial orange juice processing wastes. Agricultural Sciences, 08(07), 631–644. https://doi.org/10.4236/as.2017.87048
[29] Yalim, S., Özdemir, Y., & Ekiz, H. (2020). Naringin in Turkish orange juices and its reduction by Naringinase. Journal of Food and Drug Analysis, 12(3). https://doi.org/10.38212/2224-6614.2642