ارزیابی شرایط بهینه استخراج بتایین از ملاس‌چغندرقند به روش‌کروماتوگرافی تعویض‌یونی

محورهای موضوعی : روشهای استخراج ترکیبات موثره

سمر خیامیم ^{1 *} , بابک بابایی ² , حمید نوشاد ³ , داریوش طالقانی ⁴

1 - استادیار، موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران.
2 - موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه بذر چغندرقند، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران.
3 - موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه بذر چغندرقند، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران.
4 - موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه بذر چغندرقند، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران.

تاریخ دریافت : 1400/11/28 تاریخ پذیرش : 1401/02/07 تاریخ انتشار : 1403/04/16

کلید واژه: رزین, درجه حرارت, ملاس, کروماتوگرافی, استخراج گلایسین بتایین,

چکیده مقاله :

چغندرقند علاوه بر قند از نظر آمینواسیدهایی مانند گلایسین بتایین حائز اهمیت است زیرا واجد خواص دارویی در طیور، آبزیان و حتی انسان می باشد به طوری که اخیرا در تولید داروهای ضد سرطان از آن استفاده می‌شود. این تحقیق با هدف بهینه سازی استخراج بتایین از ملاس چغندرقند به روش کروماتوگرافی تعویض یونی انجام شد. ابتدا به منظور بهینه سازی شرایط استخراج مواد تزریقی مختلف در ستون کروماتوگرافی، آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی در سه سطح و با سه تکرار انجام شد. فاکتور اول شامل مواد تزریقی به ستون شامل: کلرید پتاسیم، ساکارز خالص و بتایین خالص؛ فاکتور دوم شامل سه درجه حرارت مختلف 25، 50 و 75 درجه سانتی‌گراد و فاکتور سوم سه نوع رزین آزمایشگاهی، تجاری 1 و تجاری 2 با منشا پتاسیمی جهت استخراج در ستون کروماتوگرافی بود. حجم خروجی مواد از ستون کروماتوگرافی برای هر سه ماده شیمیایی به طور معنی‌داری با یکدیگر متفاوت بود. بهترین درجه حرارت برای جداسازی بتایین حدود 75 درجه سانتی گراد و بهترین رزین، رزین تجاری1 بود که به طور معنی‌داری نسبت به رزین‌های دیگر با سرعت و مقدار و راندمان استحصال بیشتر بتایین را از ستون تفکیک می‌کرد. در مرحله دوم بتایین ملاس پس از سختی گیری، بر اساس شرایط بهینه تعیین شده در مرحله اول استخراج گردید. بر این اساس درصد خلوص بتایین استخراج شده از ملاس به ترتیب حدود 54 ، 64 و 79 درصد با میانگین 66/65 درصد بدست آمد. این آزمایش به صورت آزمایشگاهی اجرا شد که نتایج آن در فاز صنعتی می‌تواند برای کارخانجات قند کشور به منظور استحصال بتایین از ملاس چغندرقند مورد استفاده قرار گیرد

چکیده انگلیسی:

 Sugar beet is important for amino acids like glycine betaine beside sugar because it has medicinal effects in poultry, fish and also in human as it is used for anti-cancer drugs. This design was conducted in order to optimize betaine extraction from sugar beet molasses in ion exchange chromatography method. Firstly, an experiment was conducted in factorial based on completely randomized design with three replications for optimizing suitable extraction condition of different injected materials to chromatography column. The first factor was injected materials including potassium chloride, pure sucrose and betaine, the second factor was related to column temperature including 25, 50 and 75°C and the third factor was different resins including experimental, commercial 1 and 2 resins. The extracted volumes of these injected materials were significantly different. The best temperature for betaine extraction was 75°C.the best resin for betaine extraction was commercial resin 1 in which betaine was extracted with more quantity and efficiency and faster in comparison with other resins. Secondly betaine of sugar beet molasses was extracted based on optimum condition at first step. The purity of extracted betaine was 54, 64 and 79% with mean of 65.66. This experiment was conducted in experimental level which would be useful for performing at industrial level in different sugar factories of the country to extract betaine from sugar beet molasses

 

.

 

 

 

منابع و مأخذ:

1. آمار گمرک جمهوری اسلامی ایران، آمار واردات‌به تفکیک ماه، کشور طرف معامله، گمرک‌و‌کد‌تعرفه،‌طی‌سال1397 https://www.irica.ir/file_manager/1396015/1396015.htm


2. انجمن‌صنفی‌کارخانجات قند و شکر ایران، 1399. صورت عملکرد بهره برداری کارخانه های قند چغندری‌و‌نیشکری‌کشور‌در‌سال‌1399. http://www.isfs.ir/amalkard/HTML/1399.pdf


3. نعمتی، الف،‌1380. اثرات جایگزینی کولین بوسیله بتایین‌بر‌روی‌عملکرد و کیفیت لاشه در جوجه‌های گوشتی. پایان نامه کارشناسی ارشد. دانشگاه ایلام. ایران.


4. Abdollahian Noghabi, M., 1999. Ecophysiology of sugar beet cultivars and weed species subjected to water deficiency stress. PhD Thesis. The University of Reading. England.


5. Abdollahian Noghabi, M. and Sadeghian Motahar, S. Y., 2002. Changes in the concentration of glycinbetainee, glutamin and sugars in sugar beet subjected to soil moisture deficit. Proceeding of the 65^th IIRB congress.Belgium.


6. Asadi, M., 2007. Beet sugar hand book. Wiley and son Inc. 884 pages.


7. Brown, R. J., Nees, R. A. and Arthur, N., 1952. Recovery of nitrogenous and other compounds. U.S. Patent No. 2586295.


8. Bubinik, Z., Pour, V., Gruberova, A., Starhova, H., Hinkova, A. and Kadlec, P., 2004. Application of continuous chromatographic separation in sugar processing. Journal of Food Engineering, 61, pp.509-513.


9. Cha-um, S., Kirdmanee, Ch. and Supaibulwatana, K., 2004. Biochemical and physiological responses of Thai Jasmine rice (Oryza sativa ssp indica cv. KDML105) to salt stress. Science Asia, 30, pp. 247-253.


10. Craig, S. A. S., 2014. Betaine in human nutrition. The American Journal of Clinical Nutrition, 80, pp. 539-549.


11. Clarke, S. J. and Rouge, B., 1995. Softening and purification of molasses

 

 or syrup. United States Patent No.5,454,875

12. Gorham, J., 1995. Betaines in higher plants – biosynthesis and role in stress metabolism. In: (ed. Walsgrove, R. M.) Amino acids and their derivatives in higher plants.  P:.173-203. Cambridge University Press, Cambridge.


13. Grieve, C. M. and Grattan, S. R., 1983. Rapid assay for determination of water-soluble quaternary ammonium compounds. Plant and Soil, 70, pp.303-307.


14. Heikkila, O. H., Jaakko, A. M. and Millner, JJ. Virtanen., 1981. Betaine recovery process. Us patent 4359430 A. 


15. Jaleel, C. A., Manivannan, P., Lakshmanan, G. M. A., Sridharan, R. and Panneerselvam, R., 2007. NaCL as a physiological modulator of proline metabolism and antioxidant potential in Phyllanthus amarus. Comptes Rendus Biologies, 330, pp.806-813.


16. Kapadia, G. J., Azuine, M.A., Rao, G.S., Aria, T., Lida, A. and Tokuda, H., 2011. Cytotoxic effect of the red beet root (Beta vulgaris) extract compared to doxorubicin (Adriamycin) in the human prostate (PC-3) and breast (MCF-7) cancer cell lines. Anticancer Agents in Medicinal Chemistry, 11(3), pp.280-284.


17. Kapadia, G.J., Rao, G.S., Ramachandran, C., Iida, A., Suzuki, N. and Tokuda, H., 2013. Synergistic cytotoxicity of red beet root (Beta vulgaris) extract with doxorubicin in human pancreatic, breast and prostate cancer cell lines. Journal of complementary and Integrative Medicine, 10(1), pp. 113-122.


18. Karki, A., Heikkilä, H., Jumppanen, J., Tiihonen, J., Tervala, T., Mäyrä, N., Ravanko, V., Paananen, H. and Paatero, E., 2002. Use of a weakly acid cation exchange resin for chromatographic separation of carbohydrates. WO/2002/027038.


19. Lechner, J. F. and Stoner, G. D., 2019. Red beetroots and betalines as cancer chemoprotective agents. Molecules, 24, pp.1-12,1602

doi:10.3390/molecules24081602.

20. Mahn, K., Hoffmann, C. and Marlander, B., 2002. Distribution of quality components in different morphological sections of sugar beet (Beta _vulgaris). European Journal of Agronomy. 17, pp. 29–39.


21. Moghaieb, R. E. A., Saneoka, H. and Fujita, K., 2004. Effect of salinity on osmotic adjustment, glycinebetaine accumulation and the betaine aldehyde dehydrogenase gene expression in two halophytic plants, Salicornia europaea and Suaeda maritime. Plant Science, 166, pp. 1345-1349.


22. Niazi, B. H., Athar, M. and Rozema, J., 2004. Salt tolerance in the fodder beet and sea beet: Analysis of Biochemical relations. Bulgarian Journal of Plant Physiology, 30 (1-2), pp.78-88.


23. Saari, P., 2011. Industrial scale chromatographic separation of valuable compounds from biomass hydrolysates and side streams. PhD thesis. School of chemical Technology, Aalto university. Finland.


24. Shaw, B., Thomas, T. H. and Cooke, D. T., 2002. Response of sugar beet (Beta vulgaris) to drought and nutrient deficiency stress. Plant Growth Regulation, 37, pp. 77-83.


25. Van, L. J., and Wach, W., 2011. Process for the recovery of betaine from molasses. WO2011141175 A1.


26. Watkins, R. and Bacon, C., 2016. Soap from sugar beet. British Sugar Beet Review, 84(1), pp. 25-27.