بهينه سازي استخراج کورکومين با روش هاي خيساندن و سيال فوق بحراني دي اکسيدکربن با استفاده از روش سطح پاسخ
محورهای موضوعی : روشهای استخراج ترکیبات موثرهزهره یوسفوند 1 , جواد سرگلزایی 2 * , شادی بلوریان 3
1 - گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
2 - گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
3 - پژوهشکده علوم و فناوری مواد غذایی، جهاد دانشگاهی خراسان رضوی، مشهد، ایران.
کلید واژه: بهينه ¬سازي, خيساندن, سطح پاسخ, فوق بحراني, کورکومين.,
چکیده مقاله :
کورکومين رنگدانه استخراج شده از ريزوم زردچوبه (Curcuma longa L.) است که علاوه بر خاصيت رنگ دهندگي داراي خواص درماني مفيد نيز مي باشد. اين پژوهش با هدف بررسي استخراج کورکومين توسط سيال فوق بحراني کربن دي اکسيد و مقايسه نتايج حاصل از آن با روش خيساندن انجام شد. در روش کربن دي اکسيد فوق بحراني اثر دما، فشار و نسبت حلال کمکي به ماده جامد بر بازدهي استخراج کورکومين بررسي شد. در روش خيساندن اثر پارامترهاي مستقل شامل زمان، نسبت حلال هاي استون و اتانول به يکديگر و نسبت حلال به ماده جامد بر بهينه سازي شرايط استخراج کورکومين بررسي شد و بازدهي استخراج کورکومين، خلوص کورکومين استخراج شده و پارامترهاي رنگيL*a*b* کورکومين نيز مورد ارزيابي قرار گرفت. به منظور بهينه سازي شرايط استخراج در هر دو روش مذکور از روش سطح پاسخ و نرم‌افزار طرح آزمايش استفاده شد. نتايج نشان داد که در روش خيساندن نسبت حلال به ماده جامد اثر معنيداري (01/0>p) روي بازدهي استخراج کورکومين داشت اما در روش کربن دي اکسيد فوق بحراني، تغييرات دما، فشار و نسبت حلال کمکي به ماده جامد بر بازدهي استخراج کورکومين اثر معني دار (01/0>p) داشته است. همچنين حداکثر بازدهي استخراج کورکومين تحت شرايط بهينه در روشهاي خيساندن و کربن دي اکسيد فوق بحراني به ترتيب 24/5 و 11/8 درصد بهدست آمد که اين نتايج حاکي از اين است که بازدهي استخراج کورکومين در شرايط بهينه در روش کربن دي اکسيد فوق بحراني 8/2 درصد بيشتر از روش خيساندن بوده است.
Curcumin is a pigment extracted from the rhizome of turmeric (Curcuma longa L.), which has useful therapeutic properties in addition to its coloring properties.This study was conducted with the aim ofinvestigating the extraction of curcumin by carbon dioxide supercritical fluid and comparing the results with the maceration method. In the supercritical carbon dioxide method, the effect of temperature, pressure and ratio of auxiliary solvent to solid substance on curcumin extraction efficiency was investigated. In the maceration method, the effect of independent parameters, including time, the ratio of acetone and ethanol solvents to each other, and the solvent-to-solid ratio on the optimization of curcumin extraction conditions, was investigated. In this method, curcumin extraction efficiency, extracted curcumin purity, and L*a*b* color parameters of curcumin were evaluated. The RSM and test design software were used in order to optimize extraction conditions in both mentioned methods.According to the results, the solvent-to-solid ratio had a significant effect ( <0.01) on curcumin extraction efficiency in the maceration method, but in the supercritical carbon dioxide method, pressure changes and the auxiliary solvent-to-solid ratio had a significant effect ( <0.01) on curcumin extraction efficiency. Also, the maximum yield of curcumin extraction under optimal conditions in maceration and carbon dioxide supercritical methods was obtained as 5.24 and 8.11%, respectively, which results indicate that the yield of curcumin extraction under optimal conditions in carbon dioxide supercritical method was 2.8% more than the maceration method.
1. کراني فاطمه، سرگلزائي جواد. بررسي خواص فيزيکوشيميايي موسيلاژ باميه و مقايسه کارايي استخراج دو روش حلال و فوق بحراني. نشريه پژوهشهاي علوم و صنايع غذايي ايران.1400؛ 17 (2): 392-379.2020.39267.IFSTRJ/10.22067:doi.
2. مرتضوي، ع.، عزتي، ر.، فدوي، ا.، دزيابي، م.، عزيزي، ر. 1384. کاربرد سيال فوق بحراني در صنايع غذايي. انتشارات پريور، تبریز، ص: 25-10
3. موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، 1373. استاندارد زردچوبه ویژگی ها و روش های آزمون. استاندارد ملی ایران، شماره 252، چاپ اول.
4. Abtahi MS, Hosseini H, Fadavi A, Mirzaei H, Rahbari M. The optimization of the deep-fat frying process of coatedzucchini pieces by response surface methodology. Journal of Culinary Science & Technology. 2016;14(2):176–89. doi:10.1080/15428052.2015.1111181.
5. Briske D, Sax A, Mallard AR, Rao A. Increased bioavailability of curcumin using a novel dispersion technology system. European Journal of Nutrition. 2018; 58(5):1-11. doi:10.1007/s00394-018-1766-2.
6. Chen K, Go L, Li Q, Li HR, Zhang Y. Effects of co2 pretreatment on the volatile compoundsof dried chinese jujube (zizyphus jujuba miller). Food Science and Technology (Campinas). 2017;37(4):105-12. doi:10.1590/1678-457X.20016.
7. Cuica MD, Racovita RC. Curcumin: Overview of extraction methods, health benefits, and encapsulation and delivery using microemulsions and nano emulsions. International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(10):88-101. doi:10.3390/ijms24108874.
8. Gugulothu DB, Desai P, Patravale VB. A versatile liquid chromatographic technique for pharmacokinetic estimation of curcumin in human plasma. Journal of Chromatographic Science. 2014;52(8):872–80.
doi:10.1093/chromsci/bmt131.
9. Gyers, R. H. and Montgomery, D.C. 1996. Response surface methodology: process and productoptimization using designed experiments. Wiley, London, pp.18-30.
10. Haaland, P.D. 1989. Experimental design in biotechnology. CRC Press, Sheffield, pp.45-58.
11. Haghbakhsh R, Hayer H, Saidi M, Keshtkari S, Esmaeilzadeh F. Density estimation of pure carbon dioxide at supercritical region andestimationsolubility of solid compounds in supercritical carbon dioxide: Correlationapproach based on sensitivity analysis. Fluid Phase Equilibria. 2013; 42(7):31-41. doi:10.1016/j.fluid.2012.12.029.
12. Haydari M, Mortazvi SA, Asili J, Bolorian S, Mohammadi A, Abdolshahi A. Optimisation of ultrasound-assisted extraction of phenolic compounds from flomidoschema parviflora. Journal of Herbal Drugs. 2013;3(1):7-13. doi:10.1016/j.jsamd.2012.01.006.
13. Hosary R, Teaima MH, Nabarawi M, Yousry Y, Eltahan M, Nassif R M. Topical delivery of extracted curcumin as curcumin loaded spanlastics anti-aging gel: Optimization using experimental design and ex-vivo evaluation. Saudi Pharmaceutical Journal. 2024;32(1):19-30. doi:10.1016/j.jsps.2023.101912.
14. Insuan W, Hansupalak A, Chahomchuen T. Extraction of curcumin from turmeric by ultrasonic-assisted extraction, identification, and evaluation of the biological activity. Journal of HerbmedPharmacol. 2022; 11(2):188-96.
doi:10.34172/jhp.2022.23.
15. Kanda H, Zhu L, Zhu W, Wang T. Ethanol-free extraction of curcumin and antioxidant activity of components from wet curcuma longa L. by liquefied dimethyl ether. Arabian Journal of Chemistry. 2022;16(4):104-14. doi:10.1016/j.arabjc.2023.104585.
16. Manasa PSL, Kamble AD, Chilakamarthi U. Various extraction techniques of curcumin-a comprehensive review. ACS OMEGA. 2023;8(38):34868–78. doi:10.1021/acsomega.3c04205.
17. Mandal V, Mohan Y, Hemalatha S. Microwave assisted extraction of curcumin by sample-solvent dual heating mechanism using taguchi L9 orthogonal design. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 2008;46(2):322-27. doi:10.1016/j.jpba.2008.10.020.
18. Marczylo TH, Steward WP, Gescher A. Rapid analysis of curcumin and curcumin metabolites in biomatrices using a novel ultraperformance liquid chromatography (uplc) method. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2009;57(3):793-99.
doi:10.1021/jf803038f.
19. Martinez HA, Paula JT, Kaano ACAV, Queiroga CL, Costa FTM, Cabral FA. Composition and antimalarial activity of extract of curcuma longa L. obtained by a combination of extraction processes using supercritical co2, ethanol and water as solvents. The Journal of Supercritical Fluids. 2017;119(8):122-29. doi:10.1016/j.supflu.2016.08.017.
20. Mohajeri M, Sahebkar AH. Protective effects of curcumin against doxorubicin-induced toxicity and resistance: A review. Critical Reviews in Oncology/Hematology. 2018;122(5):30-51. doi:10.1016/j.critrevonc.2018.12.005.
21. Moraes MN, Zabot GL, Prado JM, Angela M, Meireles A. Obtainingantioxidants from botanic matrices applying novel extraction
techniques. Food and Public Health. 2013;3(4):195-214. doi:10.5923/j.fph.20130304.04.
22. Paulucci VP, Couto RO, Teixeira CCC, Freitas LAP. Optimization of the extraction of curcumin from curcuma longa rhizomes. RevistaBrasileira de Farmacognosia. 2013; 23(1):93-9. doi:10.1590/S0102695X2012005000117.
23. Rogers NM, Kireta S, Coates PTH. Curcumin induces maturation-arrested dendritic cells that expand regulatory T cells in vitro and in vivo. Clinical & Experimental Immunology. 2010;162(3):460-73. doi:10.1111/j.1365-2249.2010.04232.x.
24. Scotter MJ. Synthesis and chemical characterization of curcuminoid coloring principles for their potential use as HPLC standards for the determination of curcumin color in foods. LWT- Food Science and Technology. 2009;42(8):1345-51.
doi:10.1016/j.lwt.2009.03.014.
25. Shirsath SR, Sable SS, Gaikwad SG, Sonawane SH, Saini DR, Gogate PR. Intensification of extraction of curcumin from curcuma amada using ultrasound assisted approach:effect of different operating parameters. Ultrasonics Sonochemistry. 2017;38(6):437-45. doi:10.1016/j.ultsonch.201.03.040.
26. Sogi DS, Sharma S, Oberoi DPS,Wani IA. Effect of extraction parameters on curcumin yield from turmeric. Food Science and Technology. 2010;47(3):310–15.
doi:10.1007/s13197-010-0047-8.
27. Spigno G, Tramelli L, Faveri DMD. Effects of extraction time, temperature and solvent on concentration and antioxidant activity of grape marc phenolics. Journal of Food engineering. 2007;81(1):211-18. doi:10.1016/j.jfoodeng.2006.10.021.
28. Wang Z, Mei X, Chen X, Rao S, Li J, Yang Z. Extraction and recovery of bioactive soluble phenolic compounds from brocade orange (citrus sinensis) peels: effect of different extraction methods thereon. LWT. 2023;173(3):114337-45. doi:10.1016/j.lwt.2022.114337.
29. Widmann AK, Wahl MA, Kammerer DR, Daniels R. Supercritical fluid extraction with co2 of curcuma longa L. in comparison to conventional solvent extraction. Pharmaceutics. 2022;14(9):1943-49. doi:10.3390/pharmaceutics14091943.
30. Xu JL, Wang WC, Liang H, Zhang Q, Li QY. Optimization of ionic liquid based ultrasonic assisted extraction of antioxidant compounds from curcuma longa L.using response surface methodology. Industrial Crops and Products. 2015;76(5):487-93.
doi:10.1016/j.indcrop.2015.07.025.
Journal of Innovation in Food Science and Technology , Vol 17, No 3, Autumn 2025
Homepagr: https://sanad.iau.ir/journal/jfst E-ISSN: 2676-7155
(Original Research Paper)
Optimization of the Extraction of Curcumin by Maceration Methods and Supercritical Fluid of Carbon Dioxide Using Response Surface Methodology
Zohre Yousefvand1, Javad Sargolzaei1*, Shadi Bolourian2
1- Department of Chemical Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.
2- Institute of Food Science and Technology, Jahad Daneshgahi of Khorasan Razavi, Mashhad, Iran.
Received:19/12/2023 Accepted: 15/05/2024
Doi: 10.71810/jfst.2024.1004809
Abstract
Curcumin is a pigment extracted from the rhizome of turmeric (Curcuma longa L.), which has useful therapeutic properties in addition to its coloring properties.This study was conducted with the aim ofinvestigating the extraction of curcumin by carbon dioxide supercritical fluid and comparing the results with the maceration method. In the supercritical carbon dioxide method, the effect of temperature, pressure and ratio of auxiliary solvent to solid substance on curcumin extraction efficiency was investigated. In the maceration method, the effect of independent parameters, including time, the ratio of acetone and ethanol solvents to each other, and the solvent-to-solid ratio on the optimization of curcumin extraction conditions, was investigated. In this method, curcumin extraction efficiency, extracted curcumin purity, and L*a*b* color parameters of curcumin were evaluated. The RSM and test design software were used in order to optimize extraction conditions in both mentioned methods.According to the results, the solvent-to-solid ratio had a significant effect (
<0.01) on curcumin extraction efficiency in the maceration method, but in the supercritical carbon dioxide method, pressure changes and the auxiliary solvent-to-solid ratio had a significant effect (<0.01) on curcumin extraction efficiency. Also, the maximum yield of curcumin extraction under optimal conditions in maceration and carbon dioxide supercritical methods was obtained as 5.24 and 8.11%, respectively, which results indicate that the yield of curcumin extraction under optimal conditions in carbon dioxide supercritical method was 2.8% more than the maceration method.
Keywords: Optimization, Maceration, Surface Response, Supercritical, Curcumin.
Corresponding Author: sargolzaei@um.ac.ir
E-ISSN: 2676-7155 سایت مجله: https://sanad.iau.ir/journal/jfst
(مقاله پژوهشی)
بهينه سازي استخراج کورکومين با روش هاي خيساندن و سيال فوق بحراني دي اکسيدکربن با استفاده از روش سطح پاسخ
زهره یوسف وند1، جواد سرگلزایی1*، شادی بلوریان2
1- گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.
2- پژوهشکده علوم و فناوری مواد غذایی، جهاد دانشگاهی خراسان رضوی، مشهد، ایران.
تاریخ دریافت:28/09/1402 تاریخ پذیرش:26/02/1403
Doi: 10.71810/jfst.2024.1004809
چکيده
کورکومين رنگدانه استخراج شده از ريزوم زردچوبه (Curcuma longa L.) است که علاوه بر خاصيت رنگ دهندگي داراي خواص درماني مفيد نيز مي باشد. اين پژوهش با هدف بررسي استخراج کورکومين توسط سيال فوق بحراني کربن دي اکسيد و مقايسه نتايج حاصل از آن با روش خيساندن انجام شد. در روش کربن دي اکسيد فوق بحراني اثر دما، فشار و نسبت حلال کمکي به ماده جامد بر بازدهي استخراج کورکومين بررسي شد. در روش خيساندن اثر پارامترهاي مستقل شامل زمان، نسبت حلال هاي استون و اتانول به يکديگر و نسبت حلال به ماده جامد بر بهينه سازي شرايط استخراج کورکومين بررسي شد و بازدهي استخراج کورکومين، خلوص کورکومين استخراج شده و پارامترهاي رنگيL*a*b* کورکومين نيز مورد ارزيابي قرار گرفت. به منظور بهينه سازي شرايط استخراج در هر دو روش مذکور از روش سطح پاسخ و نرم‌افزار طرح آزمايش استفاده شد. نتايج نشان داد که در روش خيساندن نسبت حلال به ماده جامد اثر معنيداري (01/0>p) روي بازدهي استخراج کورکومين داشت اما در روش کربن دي اکسيد فوق بحراني، تغييرات دما، فشار و نسبت حلال کمکي به ماده جامد بر بازدهي استخراج کورکومين اثر معني دار (01/0>p) داشته است. همچنين حداکثر بازدهي استخراج کورکومين تحت شرايط بهينه در روشهاي خيساندن و کربن دي اکسيد فوق بحراني به ترتيب 24/5 و 11/8 درصد بهدست آمد که اين نتايج حاکي از اين است که بازدهي استخراج کورکومين در شرايط بهينه در روش کربن دي اکسيد فوق بحراني 8/2 درصد بيشتر از روش خيساندن بوده است.
واژه های کليدي: بهينه سازي، خيساندن، سطح پاسخ، فوق بحراني، کورکومين.
* مسئول مکاتبات: sargolzaei@um.ac.ir
1- مقدمه
امروزه افزودني های رنگی در تهيه و توليد فرآورده هاي غذايي نقش بسزايي ايفا ميکنند. در حال حاضر کارخانجات صنايع غذايي از رنگ هاي مصنوعي استفاده ميکنند که براي سلامتي انسان مضر هستند. با توجه به اقليم هاي متنوعي که در ايران وجود دارد، در زمينه توليد رنگ هاي غذايي با منشاء طبيعي ميتوان فعاليت هاي زيادي انجام داد (2،3). کورکومالانگا يک گياه پايا متعلق به خانواده زنجبيليان است که در مناطق گرمسيري و نيمه گرمسيري کشت ميشود. ريزوم خشک کورکومالانگا معمولا به عنوان زردچوبه شناخته ميشود. عامل رنگ زردچوبه از طيف زرد تا نارنجي هستندکه به نام کورکومينوئيد شناخته ميشوند (7، 13). با توجه به رنگ پايدار و سميت کم، کورکومينوئيد به عنوان افزودني، رنگ و طعمدهنده غذا مورد استفاده قرار ميگيرند (9،10). خواص ويژه کورکومين، آن را به يک عامل بالقوه درماني براي پيشگيري از بيماري هاي مختلف، تبديل کرده است (16،20). فناوری های متعددي مانند روش خيساندن، استخراج به کمک سيال فوق بحراني1، استخراج حلال هاي آلي معمولي، استخراج محلول قليايي و استخراج اولتراسونيک براي استخراج کورکومينوئيد وجود دارد (14، 18). در روش خيساندن، گياه خشک و خرد شده در زمان هاي طولاني در معرض يک حلال (آب يا الکل) قرارداده ميشود و حلال تنها بخش مورد نظر را به صورت انتخابي حل ميکند. اين روش به دليل عدم نياز به تجهيزات خاص، سهولت استفاده و هزينه عملياتي پايين مورد استفاده قرار ميگيرد. يکي ديگر از روش هاي مرسوم در فرآيند جداسازي، استخراج به کمک سيال فوق بحراني است. در اين روش از گاز کربن دي اکسيد به عنوان حلال استفاده ميشود. اين گاز ويژگي هاي بينظيري مانند سميت پايين، سازگار با ترکيبات حساس به دما، در دسترس بودن، خنثي، ارزان، بي بو و بي مزه بودن دارد. در اين روش به خاطر فشار زياد و ضريب نفوذ بالاي کربن دي- اکسيد، قابليت استخراج مواد به شدت افزايش مي يابد (1، 17). اسکاترو همکاران (2009)، آزمايشات مربوط به استخراج کورکومين و روغن هاي ضروري آن از ريزوم زردچوبه را به کمک سيال فوق بحراني دي اکسيدکربن و حلال اتانول انجام دادند. نتايج نشان داد بيشترين مقدار توليد کورکومينوئيد 58/6 درصد بوده است (24). پائولوسيو همکاران (2012)، اثر پارامترهاي مختلف بر استخراج کورکومين از زردچوبه به کمک روش خيساندن را با استفاده از نرم افزار طرح آزمايش2 بررسي کردند (22). مارتينز و همکاران (2017)، به منظور استخراج کورکومين از زردچوبه، فرآيندهاي يک مرحلهاي (شامل فرآيند دي اکسيدکربن فوق بحراني به کمک حلال اتانول و آب) و دو مرحلهاي (شامل استخراج متوالي، در مرحله اول با استفاده از کربن دي اکسيد فوق بحراني و در مرحله دوم به کمک حلال آب يا اتانول) انجام دادند. نتايج نشان داد بالاترين ميزان توليد کورکومين در فرآيند دو مرحله اي و در حضور حلال اتانول به ميزان 4/56 درصد به دست آمد (19). کاندا و همکاران (2023)، به منظور بهينه سازي استخراج ترکيبات کورکومينوئيدي از ريزوم زردچوبه به کمک روش فراصوت بر پايه مايع يوني، از روش سطح پاسخ و طرح باکس- بنکن در سه فاکتور و پنج سطح بهره گرفتند و به بازدهي استخراج 6 درصد رسيدند (15). در اين تحقيق بررسي فاكتورهاي زمان بهينه، نسبت حلال به وزن ماده خشک، نسبت حلال هاي استون و اتانول به يکديگر ، بررسي اثرفاکتورهاي بيان شده بر بازدهي استخراج کورکومين موجود در زردچوبه، خلوص کورکومين استخراج شده و بررسي پارامترهاي رنگيL*،a* وb* کورکومين در روش ماسراسيون3 (خيساندن پويا) صورت گرفت. همچنين اثر پارامترهاي دما، فشار و نسبت حلال کمکي به ماده جامد بر روي بازدهي استخراج کورکومين از ريزوم زردچوبه در روش کربن دي اکسيد فوق بحراني نيز بررسي و مجموعه
[1] 1- Supercritical Fluid Extraction (SFE)
[2] - Design Experimental Version 7.0
[3] - Maceration
شرايط مطلوب و بهينه براي استخراج کورکومين در هر دو روش با استفاده از روش پاسخ سطح تعيين و نتايج با هم مقايسه شده است.
2- مواد و روش‌ها
2-1- مواد
ريزوم زردچوبه رقم هندوستان از شهر زاهدان، استان سيستان و بلوچستان وکورکومين با خلوص 97% از شرکت يونيکورن1 هند خريداري شد. مواد شيميايي نظير استون خالص، اتانول خالص و هگزان خالص از شرکت مرک آلمان به منظور انجام آزمايشهاي علمي در اختيار قرار داده شدند.
2-2- روش ها
2-2-1- آماده سازي پودر زردچوبه
ريزوم هاي زردچوبه به کمك آسياب چکشي صنعتي (Waring, America) خرد شد. براي اينکه نمونه هاي مورد آزمايش داراي اندازه يکنواخت و يکساني باشند پس از آسياب کردن، پودر حاصل از الك با مش40 عبور داده شد، سپس عمليات استخراج مطابق روش هاي توضيح داده شده در بخش هاي بعد، بر روي آنها انجام خواهدگرديد.
2-2-2- جداسازي روغن زردچوبه
متغير مستقل | نماد رياضي |
| سطوح متغير |
|
|
| 1+ | 0 | 1- |
زمان (ساعت) | A | 24 | 18 | 12 |
نسبت استون به اتانول (حجمي- حجمي) | B | 100 | 50 | 0 |
نسبت حلال به زردچوبه (حجمي- وزني) | C | 25 | 20 | 15 |
مقداري از زردچوبه جهت روغن زدايي در حلال هگزان به نسبت 1 به 3 به مدت 6 ساعت در 3 مرحله خيسانده شد و روي شيکر (Gerhardt, Germany) با چرخش 130 دور بر دقيقه قرارگرفت و هر دو ساعت پس از صاف کردن، حلال تازه به آن افزوده شد، پس از آن پودرهاي صاف شده زير هود به مدت 24 ساعت خشک شد. پودر روغن گيري شده تا مرحله استخراج در دماي 4 درجه سانتيگراد نگهداري شد.
2-2-3- نحوه استخراج کورکومين به کمک حلال
در اين پژوهش از روش انحلال در حلال اتانول- استون با نسبت هاي 0 تا 100 به منظور استخراج استفاده شده است. نسبت حلال به جامد 15 تا 25 (جرمي/حجمي)، همچنين زمان فرآيند استخراج از 12 تا 24 ساعت در نظر گرفته شد. ساير عوامل نظير سايز ذرات و دما که در فرآيند استخراج تأثيرگذار مي باشند به عنوان متغير مستقل در فرآيند بهينه سازي در نظر گرفته شده‌اند. براي اين منظور از روش هاي سوگيو همکاران (26) و پائولوچي و همکاران (22) با کمي اصلاحات استفاده شده است. جهت تهيه عصاره، مقدار مشخص از پودر ريزوم زردچوبه را با مقدار مشخص از نسبت حلال ها مخلوط نموده و در دماي محيط توسط شيکر با 120 دور دردقيقه مخلوط گشت. جهت استخراج کورکومين به کمک حلال، از سطوح آورده شده براي پارامترهاي مختلف در جدول 1 استفاده شد.
[1] - Unicorn Natural Products Limited
جهت تعيين منحني استاندارد، 10 ميليگرم کورکومين خالص 98 درصد در حلال استون-اتانول حل گرديد تا محلول با غلظت 1 ميلي گرم بر ميليليتر تهيه شود. از محلول حاصل غلظت هاي 001/0 تا 007/0 ميليگرم بر ميلي ليتر را تهيه کرده و جذب (A) آنها در طول موج 425 نانومتر اندازهگيري شد (4). مطابق شکل 1 منحني استاندارد اتانول نيز، طبق روش ذکر شده براي مخلوط حلال هاي اتانول-استون، رسم ميشود.
y = 0.1915x+0.0159 R2 = 0.9995 |
y = 0.158x-0.0364 R2 = 0.9915 |
شکل 1- منحني استاندارد (A) اتانول- استن، (B) استون
2-2-4- تعيين مقدارکورکومين استخراج شده
جهت بررسی و تعيين کورکومين استخراج شده، از دستگاه اسپکتروفتومتري (Biochrome, England) استفاده شد. براي اين منظور کورکومين از زردچوبه با حلال هاي استون، اتانول و مخلوطي از اين دو با استفاده از روش مذکور استخراج شد. براي تعيين مقدار کورکومين استخراج شده، به کمک سمپلر (Brand, Germany) 50 ميکروليتر از محلول کورکومين هر نمونه را در بالن ژوژه به حجم 25 ميليليتر رسانده و با ورتکس (IKA, Germany) کاملا مخلوط ميکنيم، سپس مستقيما جذب آن در طول موج 425 نانومتر اندازهگيري شد. به منظور محاسبه غلظت کورکومين پس از قراردهي ميزان جذب هاي خوانده شده در معادله خط به دست آمده از هر حلال با توجه به شکل 1 ميزان غلظت واقعي نمونه محاسبه ميشود.
2-2-5- تهيه پودر کورکومين از عصاره کورکومين و اندازه گيري خلوص
براي اين منظور با استفاده از دستگاه روتاري (Labconco, America) حلال موجود در عصاره کورکومين جدا شد. عصاره غليظ شده در مجاورت هوا قرار داده شد تا خشک گردد. طبق دستورالعمل سازمان استاندارد و تحقيقات صنعتي ايران خلوص کورکومين محاسبه شد، به اين ترتيب که به دقت80 ميليگرم از نمونه را با ترازو (Kerner, Germany) وزن کرده و به داخل بالن با حجم200 ميليليتر ريخته و مقداري اتانول به آن اضافه کرده و به صورت چرخشي حركت داده تاكاملا حل شود. سپس با استفاده از اتانول به حجم 200 رسانده شد. يك ميليليتر از اين محلول را در بالن حجمي100 ميليليتري ريخته و با استفاده از اتانول به حجم100 ميليليتر رسانده شد، سپس ميزان جذب (A) آن را در محدوده طول موج 425 نانومتر اندازهگيري و از اتانول به عنوان شاهد استفاده شد (3). محتواي مواد رنگي كل با استفاده از معادله (1) محاسبه شد.
در این معادله A عدد جذب محلول نمونه، W وزن نمونه نمونه برداشتي است. همچنین 1607 عدد جذب ويژه محلول استاندارد كوركومين در اتانول در طول موج 425 نانومتر است.
2-2-6- تعيين پارامترهاي رنگي کورکومين
اندازهگيري پارامترهاي رنگي (L*،a*،b*) عصاره توسط دستگاه رنگ سنج1 (Colorflex, America) انجام شد. بدين ترتيب، مقاديرL* (روشنايى)، a* (قرمزى) وb* (زردى) هر يک از نمونه ها در 3 جهت محاسبه و ميانگين آنها گزارش شد.
2-2-7- استخراج کورکومين بهکمک روش سيال فوق بحراني
متغير مستقل | نماد رياضي |
| سطوح متغير |
|
|
| 1+ | 0 | 1- |
دما (درجه سانتيگراد) | A | 70 | 50 | 30 |
فشار (بار) | B | 300 | 200 | 100 |
نسبت حلال به زردچوبه (حجمي-وزني) | C | 2 | 1 | 0 |
مطابق عملکرد دستگاه استخراج فوق بحرانی که در آزمایشگاه پژوهشی دانشگاه فردوسی مشهد است، دي اکسيدکربن به عنوان سيال فوق بحراني با دما و فشار تنظيم شده با نمونههای حاوی کمک حلال اتانول تماس پيدا می کند و فرآيند استخراج در مدت زمان مشخص انجام ميپذيرد. با برقراري جريان پاياي سيال فوق بحراني و سپس استخراج مواد مورد نظر از نمونه هاي جامد وگذشت زمان مورد نظر، عمليات متوقف ميشود و تخليه کامل دي اکسيدکربن انجام ميشود. محلول استخراج شدهي حاوي کورکومين از ظرف استخراج خارج ميشود و تحت آناليزهاي بعدي قرار ميگيرند (1). تعيين بازدهي وزني کورکومين استخراج شده در اين روش مشابه با روش حلال خواهد بود و از معادله (1) به دست ميآيد. همچنين محتواي کورکومين موجود در عصاره هاي مختلف با استفاده از کروماتوگرافي مايع با کارايي بالا2 (Ceceil, England) به دست آمد. جهت استخراج کورکومين به کمک کربن دي اکسيد فوق بحراني، از سطوح آورده شده براي پارامترهاي مختلف در جدول 2 استفاده شد.
[1] - Hunterlab
[2] - High-Performance Liquid Chromatography (HPLC)
2-2-8- شرايط عملياتي روش کروماتوگرافي مايع با کارايي بالا
در پژوهش حاضر، براي بهدست آوردن منحني کاليبراسيون از کورکومين استاندارد با ستون C18 استفاده و این ستون در دماي 33 درجه سانتيگراد نگه داشته شد. فاز متحرک شامل 2% حجمي- حجمي محلول آبي استيک اسيد و استونيتريل با نسبت 40:60 حجمي-حجمي(40 به60) با سرعت جريان 1 ميلي ليتر در دقيقه بود. حجم تزريقي 10 ميلي ليتر بود. طول موج كوچكي در 425 نانومتر تشخيص داده شد (8). محلول پايه کورکومينوئيدي براي به دست آوردن غلظت های مشخص شامل 20 تا 100 ميليگرم بر ميليليتر (2 تا 10 درصد وزني-حجمي) با اتانول رقيق شد. منحني استاندارد کورکومين بر اساس روش کروماتوگرافي مايع با کارايي بالا در شکل 2 نشان داده شد.
y = 3E+06x-6E+06 R2 = 0.9991 |
شکل 2- منحني استاندارد روش کروماتوگرافي مايع با کارايي بالا (HPLC)
2-3- طرح آماري و تجزيه و تحليل دادهها
روش سطح پاسخ ماتريس، آزمايش را بر مبناي تعداد متغيرها و حدود بيشينه و کمينه تعيين‌شده براي هر متغير طراحي ميکند. بدين ترتيب سطوح متغير در هر آزمون و همچنين تعداد آزمون‌ها مشخص ميشود. در طراحي آزمايش‌ها، چيدمان به‌گونه‌اي است که حتي در صورت عدم تکرار آزمون، ميتوان به نتايج آماري قابل اعتمادي دست يافت؛ بنابراين اين روش سبب تسهيل رويکرد پژوهش، کاهش زمان و ساير هزينه هاي جانبي ميشود. از طرفي توانايي ارزيابي برهم‌کنش پارامترها بر يکديگر را نيز دارا مي باشد(23، 28). متغيرهاي فرآيند براساس آزمايش هاي اوليه انتخاب و آناليز واريانس (ANOVA) بر روي داده هاي تجربي با استفاده از نرم افزار طرح آزمايش انجام شد.
3- نتايج و بحث
3-1- بهينه سازي استخراج کورکومين از زردچوبه به کمک حلال با استفاده از روش سطح پاسخ
در اين مطالعه هجده آزمايش توسط نرم‌افزار طراحي آزمایش، از طرح مرکب مرکزي به دست آمد. در ابتدا جهت تعيين مناسب ترين مدل، عمليات برازش دادههاي پژوهش صورت گرفت و به ترتيب فاکتورهاي مستقل به مدل افزوده و معني داري سطوح نمودارها در مدل، مورد آزمون قرار گرفت. با توجه به نتایج آزمون، مدل درجه دوم در برازش داده های بازدهی استخراج کورکومین با (001/0>p) از نظر آماری معنی دار بوده است. عبارت های مدل که برای پاسخ بازدهی استخراج معنی دار بوده اند شامل نسبت حلال به ماده جامد در سطح 99/0 (01/0>p)، زمان و نسبت حلال ها (05/0≥p)، عبارات تاثیر متقابل نسبت حلال ها با نسبت حلال به جامد (05/0≥p) و مقدار درجه دوم نسبت حلال ها (001/0>p) و نسبت حلال به جامد (05/0≥p) بوده است. آزمون ضعف برازش در مورد این پاسخ معنی دار نبود(05/0<p). نتایج
بررسي مدل سطح پاسخ براي بازدهي استخراج در روش حلال نشان داد که مدل مذکور به علت برخورداري از ضريب بالا R2= 0 از قدرت بالا به منظور بهينهسازي استخراج کورکومين از زردچوبه برخوردار است. شکل 3 تيمارهاي انجام گرفته بر روي استخراج کورکومين از زردچوبه در روش حلال را نشان می دهد. در این شکل فراوانی تعداد آزمایشات بر اساس پاسخ به دست آمده ترسیم شده است و محدوده پاسخ به دست آمده برای استخراج کورکومين از زرد چوبه 53/5- 15/3
بوده است و 6 آزمایش دارای بیشترین پاسخ در همین محدوده است.
شکل 3- شکل تيمارهاي انجام گرفته بر روي استخراج کورکومين از زردچوبه در روش حلال
3-2- آناليز سطح پاسخ
شکل هاي سه بعدي اثر متغيرهاي مستقل و اثر متقابل هر متغير مستقل بر سيستم را نشان مي دهد. در اين شکل ها متغير وابسته روي محور Z در مقابل دو متغير مستقل ترسيم شد.
3-2-1- پاسخ اول: بازدهي استخراج کورکومين
تغييرات بازدهي استخراج کورکومين از زردچوبه بر اساس تغييرات نسبت حلال هاي استون و اتانول و زمان، در نسبت حلال به جامد ثابت (نسبت 20) در شکل 4 نشان داده شد. با توجه به شکلهاي4-الف و 4-ب با افزايش زمان، حلال فرصت پيدا مي کند تا با افزايش پديده اسمز به درون بافت گياهي نفوذ کرده و ترکيبات پلي فنولي نيز فرصت کافي براي جدا شدن از ماتريکس و ورود به حلال را دارند، لذا بازدهي افزايش يافت (21). تأثير نسبت حلال به ماده جامد و زمان بر بازدهي در شکل هاي 4-ب و 4-ج نشان داده شده است. بر اساس نتايج به دست آمده مشخص شد در تمامي شرايط اعمال شده براي استخراج کورکومين، نسبت حلال به ماده جامد، بيشترين تأثير را بر غلظت استخراج کورکومين ايفا ميکند. همچنين نتايج مشابهي مبني بر تأثيرپذيري استخراج ترکيبات فنولي از ميزان حلال و افزايش راندمان گزارش شده است (5، 6). در استفاده از مقادير بالاي حلال مشاهده شد که اشباع شدن حلال از ترکيبات فنولي خصوصاً در زمان هاي طولانيتر باعث کاهش يا ثابت ماندن بازدهي استخراج شده است. شکل هاي4-الف و 4-ج تأثير تغيير نسبت حلال ها به يکديگر بر روي بازدهي را نشان ميدهند.
شکل 4- منحني پاسخ سطح بازدهي استخراج: (الف) اثر استون و اتانول نسبت حلال به زمان (ب) اثر نسبت زمان به حلال به جامد (ج) اثر نسبت حلال استون و اتانول به نسبت جامد
اثر نسبت حلال ها به‌گونه‌اي است که بيشترين بازدهي استخراج مربوط به نسبت 50:50 استون و اتانول استفاده شده است و پس از آن بيشترين بازدهي مربوط به زماني است که استون به تنهايي استفاده شده و کمترين بازده استخراج زماني است که از اتانول به تنهايي استفاده شد. درجه قطبيت حلال هاي مختلف ميزان استخراج ترکيب پلي فنولي کورکومين را تحت تاثير قرار مي دهد (25،27). حيدري و همکاران (2012)، در پژوهش خود در استخراج کورکومين از ريزوم زردچوبه، اظهار نمودندکه استون حلال مناسبي براي استخراج کورکومين بوده است (12).
3-2-2- پاسخ دوم: خلوص کورکومين
شکل 5، تاثير تغييرات پارامترهاي زمان، نسبت حلال ها و نسبت حلال به جامد بر خلوص کورکومين استخراج شده را نشان ميدهد. خلوص کورکومين با افزايش زمان بهصورت پيوسته با شيب ملايمي افزايش يافت، در حاليکه با افزايش نسبت حلال ها افزايش خلوص شيب تندتر و در مقادير نزديک به 100 به مقدار ناچيزي کاهش يافت.
شکل 5- منحني پاسخ سطح خلوص استخراج کورکومين: (الف) اثر زمان بر نسبت حلال هاي استون و اتانول (ب) اثر زمان به نسبت حلال به جامد (ج) اثر نسبت حلال هاي استون و اتانول-نسبت حلال به جامد
تاثيرگذاري نسبت حلال ها بر روي خلوص به مراتب از تاثير زمان بيشتر بود. به طور کلي حداکثر ميزان خلوص با توجه به شکل رويه سطح خلوص، در زمانهاي بالا و نسبت حلال بيشتر، به دست آمد که در نزديکي همان مقادير بيشينه بازدهي مشاهده شد. هر چه نسبت استون به اتانول بيشتر شود خلوص بالاتري به دست میآید که اين امر به دليل انحلال پذيري بهتر کورکومين در استون مي باشد. نتايج حاصل از تحقيقات ژو و همکاران (2015)، تاييدي بر صحت نتايج اين پژوهش است (30).
3-2-3- پاسخ سوم: پارامتر رنگيL*
نتايج حاصل از آناليز واريانس حاکي از آن است که نسبت استون به اتانول اثر معني داري بر ميزان پارامتر رنگي L* دارد (0001/0p<). همانطور که در شکل 6 مشاهده ميشود با افزايش نسبت حلال ها، مقادير پارامتر رنگي L*ابتدا مقدار کمي کاهش و سپس افزايش قابل توجهي دارد. يعني با افزايش زمان از 12 تا 24 ساعت، با افزايش نسبت حلال ها از نسبت صفر تا 50، پارامتر روشنايي کمي کاهش و سپس از نسبت 50 تا 100 از حلال ها با شيب تندي افزايش مییابد. به بيان ديگر، کورکومين استخراج شده در نسبت 50 درصد از حلال ها، تيرهترين رنگ خود را دارد و بعد از آن در نسبت صفر و سپس نسبت 100 روشنايي بالايي دارد. با افزايش زمان استخراج از 12 تا 24 ساعت، L* کاهش و تنها در زمان 24 ساعت با افزايش نسبت حلال ها از صفر تا 100 مقدار اين پارامتر به ميزان کمي افزايش مييابد. بدون در نظر گرفتن ساير پارامترها با افزايش نسبت حلال به جامد اين پارامتر رنگي اندکي افزايش مييابد. در شکل هاي6-الف و 6-ب روند افزايشL* که به معناي افزايش روشنايي است، با گذر زمان کاهش مييابد. تاثيرگذاري بالاي نسبت حلال ها در مقايسه با تاثير نسبت حلال به جامد در 6ج مشاهده ميشود. نتايج حاصل از تحقيقات اسکاتر (2009)، تاييدي بر صحت نتايج اين پژوهش است (24).
شکل 6- منحني پاسخ سطح پارامتر رنگيL*: (الف) اثر زمان به حلال هاي استون و اتانول (ب) اثر زمان به نسبت حلال به جامد
(ج) اثر نسبت حلال هاي استون و اتانول- نسبت حلال به جامد
3-2-4- پاسخ چهارم: پارامتر رنگي a*
نتايج آناليز واريانس مدل نشان میدهدکه نسبت حلال ها به يکديگر (0001/0p<) بر مقادير پارامتر رنگيa*، همچنين اثر متقابل زمان-نسبت حلال به جامد و اثر متقابل نسبت حلال به جامد- نسبت حلال ها (05/0p<)، اثر منفي و معنيداري داشتند که در شکل 7 نشان داده شد. با توجه به شکل هاي7-الف و 7-ب با افزايش زمان، a* ابتدا افزايش و سپس کاهش و با افزايش نسبت حلال ها از صفر تا 100،a* کاهش مييابد. اثر پارامتر نسبت حلال به جامد اثر چنداني بر اين پارامتر رنگي ندارد و افزايش اين متغير مقدار a* را به ميزان ناچيزي افزايش ميدهد که در شکل 7-ب نمايش داده شد. شکل 7-ج اثر متقابل نسبت حلال ها و نسبت حلال به جامد را بر پارامتر a* نشان ميدهد که با افزايش نسبت حلال به ماده جامد در حضور اتانول خالص، مقدارa* افزايش مييابد در حاليکه در حضور استون خالص با افزايش نسبت حلال به جامد اين پارامتر کاهش دارد. نتايج حاصل از تحقيقات حق بخش و همکاران (2013)، تاييدي بر صحت نتايج اين پژوهش است (11).
شکل 7- منحني پاسخ سطح پارامتر رنگي a*: (الف) اثر زمان به حلال هاي استون و اتانول (ب) اثر زمان به نسبت حلال به جامد
(ج) اثر نسبت حلال هاي استون و اتانول- نسبت حلال به جامد
3-2-5- پاسخ پنجم: پارامتر رنگي b*
شکل 8-الف تاثير متقابل زمان و نسبت حلال ها بر روي پارامتر رنگيb* را نشان ميدهد. همان طورکه مشاهده ميگردد با افزايش نسبت حلال ها و نيز افزايش زمان، مقادير پارامتر رنگي b* افزايش مييابد. با توجه به نتايج آناليز واريانس، نسبت حلال به جامد تاثير معني داري روي اين پارامتر ندارد. در شکلهاي 8-ب و 8-ج مشاهده ميشود که هر چه نسبت حلال به جامد افزايش يابد اين پارامتر رنگي ابتدا افزايش و سپس در مقادير بالاي اين نسبت، کمي کاهش مييابد. براساس نتايج به دست آمده مشخص شد در تمامي شرايط اعمال شده براي استخراج کورکومين، نسبت حلال ها بيشترين تاثير را بر کليه پارامترهاي رنگي پودر کورکومين حاصل اعمال ميکند. نتايج حاصل از تحقيقات بریسکی (2018)، تاييدي بر صحت نتايج اين پژوهش است (5).
شکل 8- منحني پاسخ سطح پارامتر رنگيb*: (الف) اثر زمان به حلال هاي استون و اتانول (ب) اثر زمان به نسبت حلال به جامد (ج) اثر نسبت حلال هاي استون و اتانول- نسبت حلال به جامد
3-3- بهينه سازي استخراج کورکومين به کمک کربن دي اکسيد فوق بحراني با استفاده از روش سطح پاسخ
جهت تعيين مناسب ترين مدل، عمليات برازش دادههاي پژوهش صورت گرفت و به ترتيب فاکتورهاي مستقل به مدل افزوده و معنی داری سطوح نمودارها در مدل، مورد آزمون
قرار گرفت و تاثير دما، فشار و نسبت حلال کمکي به جامد بر روي افزايش استخراج کورکومين در روش کربن دي اکسيد فوق بحراني بررسي شد. با توجه به نتایج آزمون، مدل درجه دوم در برازش داده های بازدهی استخراج کورکومین با (0004/0>p) از نظر آماری معنی دار بوده است که بیانگر این است که مدل مذکور قابلیت پیش بینی مقادیر تابع را دارد. عبارت های مدل که برای پاسخ بازدهی استخراج معنی دار بوده اند شامل پارامترهای دما، فشار و نسبت حلال کمکي به جامد همگی در سطح 99/0 (01/0>p)، معنی دار بوده و بنابراین دارای اثر درجه دوم بر درصد بازدهی استخراج بوده اند. آزمون ضعف برازش در مورد این پاسخ معنی دار نبود (05/0<p). نتايج بررسي مدل سطح پاسخ براي بازدهي استخراج در روش کربن دی اکسید فوق بحرانی نشان داد که مدل مذکور به علت برخورداري از ضريب بالا0. 2= R از کفايت و قدرت بالا به منظور بهينه سازي استخراج کورکومين از زردچوبه برخوردار است. شکل 9 تيمارهاي انجام گرفته بر روي استخراج کورکومين از زردچوبه در روش کربن دي اکسيد فوق بحراني را نشان می دهد. در این شکل فراوانی تعداد آزمایشات بر اساس پاسخ به دست آمده ترسیم شده است و محدوده پاسخ به دست آمده برای استخراج کورکومين از زردچوبه 83/6- 51/2 بوده است و 4 آزمایش دارای بیشترین پاسخ در همین محدوده است.
شکل 9-شکل تيمارهاي انجام گرفته بر روي استخراج کورکومين از زردچوبه در روش کربن دي اکسيد فوق بحراني
3-4- گزينش مدل مناسب
نتايج آناليز واريانس مدل سطح پاسخ براي بازدهي استخراج کورکومين به کمک روش های خیساندن و کربن دی اکسید فوق بحراني نشان داد مدل درجه دوم بهترين مدل براي بررسي اثر متغيرهاي مستقل بر استخراج کورکومين از زردچوبه مي باشد. همچنین نتايج آناليز آماري مدل برازش يافته (درجه دوم) نشان داد که روش کربن دی اکسید فوق بحرانی به علت برخورداري از ضريب بالاتر از قدرت بالاتری به منظور بهينه سازي استخراج کورکومين از زردچوبه برخوردار مي باشد.
3-5- آناليز سطح پاسخ
همان طور که قبلاً بحث شد فشار و اثر متقابل دما-فشار تاثير معنيداري روي بازدهي استخراج کورکومين دارند. در دماي ثابت با افزايش فشار، بازدهي استخراج کورکومين ابتدا افزايش و سپس کاهش مييابد. اين امر ناشي از تاثير فشار بر روي حلاليت کورکومين در کربن دي اکسيد فوق بحراني است. به طورکلي در محدودههاي متوسط از دما و فشار، هر دو تقريبا تاثير يکساني روي چگالي و تراکم ميگذارند و در محدوده اي پايين از دما و فشار، فشار حساستر از دماست اما در محدوده هاي بالا از دما و فشار، درجه حرارت حساس است. واضح است با افزايش فشار و کاهش دما، ميزان تراکم و نفوذپذيري کربن دي اکسيد فوق بحراني افزايش و موجب استخراج هرچه بيشتر کورکومين مي شود (29). نتايج حاصل از تحقيقات حق بخش و همکاران (2013)، تاييدي بر صحت نتايج اين پژوهش است (11). همانطور که در شکل 10-الف و 10-ب مشاهده ميشود در هر دما و نسبتي از حلال کمکي به ماده جامد، با افزايش دما بازدهي ابتدا افزايش سپس کاهش مييابد. شايان ذکر است که مقادير بالاي بازدهي زماني به دست آمد که نسبت حلال کمکي به ماده جامد بالا بود که اين امر ميتواند ناشي از تاثير حلال کمکي به افزايش حلاليت کورکومين در حلال کربن دي اکسيد فوق بحراني باشد. باتوجه به شکل10-ج در هر فشاري با افزايش ميزان حلال کمکي بازدهي استخراج ابتدا افزايش و سپس کاهش مي يابد. همچنين در نسبتهاي ثابت از حلالکمکي با افزايش فشار بازدهي استخراج ابتدا افزايش سپس کاهش مي يابد. اين روند ميتواند ناشي از تاثير هر دو پارامتر بر روي حلاليت کورکومين باشد. در فشارهاي بالا تراکم کربن دي اکسيد فوق بحراني افزايش مييابد که باعث افزايش نفوذ پذيري کربن دي اکسيد فوق بحراني ميشود، حال آن که اگر در اين شرايط از حلال کمکي در نسبتهاي بالا استفاده شود تاثير منفي روي سطح تماس و در نهايت نفوذ پذيري کربن دي اکسيد ميگذارد. ضمناً ترکيبات پلي فنولي حساس هستند و ممکن است در فشارهاي بالا تجزيه شوند. زماني هم که از حلال کمکي استفاده نشد با افزايش فشار بازدهي ابتدا افزايش و سپس کاهش يافت که اين امر ميتواند ناشي از ترکيبات حساس در فشارهاي بالا باشد. نتايج حاصل از تحقيقات مورائس و همکاران (2013)، تاييدي بر صحت نتايج اين پژوهش است (21).
شکل 10- شکل پاسخ سطح بازدهي استخراج کورکومين: (الف) تأثيرفشار- دما (ب) تأثيردما- نسبت حلال کمکي به جامد
(ج) تأثيرفشار- نسبت حلال کمکي به جامد
3-6-مقايسه مقادير بهينه روش هاي استخراج به کمک حلال و کربندياکسيد فوق بحراني به کمک کروماتوگرافي مايع با کارآيي بالا
بر اساس نتايج حاصل از بهينه سازي، حداکثر درصد پاسخ هاي بازدهي که در استخراج کورکومين و خلوص کورکومين در روش خيساندن استخراج شده بود شامل زمان 24 ساعت، نسبت حلال هاي 57 درصد و نسبت حلال به جامد 3/2 بهدست آمد. همچنين بر اساس نتايج حاصل از بهينه سازي در روش کربن دي اکسيد فوق بحراني، نقاط بهينه شامل دماي 54 درجه سانتيگراد، فشار 180 بار و نسبت حلال کمکي به ماده جامد 2/1 بهدست آمد. همان طور که در بهينهيابي به کمک متدلوژي رويه سطح مشاهده شد، در روش استخراج به کمک کربن دي اکسيد فوق بحراني بازدهي استخراج کورکومين از روش خيساندن بيشتر بود که مقادير آن در جدول 3 آورده شده است.
جدول 3- مقايسه ميزان بازدهي استخراج کورکومين در نقطه بهينه دو روش خيساندن و کربن دي اکسيد فوق بحراني
روش استخراج | ميزان بازدهي استخراج (درصد) |
کربن دي اکسيد فوق بحراني | 1072/8 |
خيساندن | 2444/5 |
بر اساس نتايج به دست آمده از کروماتوگرافي مايع با کارايي بالا نيز مشاهده ميشود ميزان استخراج کورکومين در شرايط بهينه روش کربن دي اکسيد فوق بحراني از روش خيساندن بيشتر است که در شکل11 نشان داده شد.
شکل 11- کروماتوگرافي مايع با کارايي بالا از نقطه بهينه استخراج کورکومين به روش(a) سيال فوق بحراني و (b) خيساندن
4- نتيجه گيري
به طورکلي با مقايسه مقادير حاصله، مشاهده گرديد روش استخراج به کمک سيال فوق بحراني با وجودکم بودن زمان فرآيند و ميزان کم حلال آلي مصرفي، موفق تر عمل کرده و بازدهي استخراج بالاتري نسبت به روش خيساندن دارد. بازدهي استخراج کورکومين در نقطه بهينه در روش خيساندن 24/5 درصد و در روش سيال فوق بحراني11/8 درصد به دست آمد. مقادير بالاي بازدهي زماني به دست آمد که نسبت حلال کمکي به ماده جامد بالا بود که اين امر ميتواند ناشي از تاثير حلالکمکي به افزايش حلاليت کورکومين در حلال کربن دي اکسيد فوق بحراني باشد به طوري که ابتدا حلال کمکي به استخراج اوليه کورکومين کمک ميکند و باعث ميشود کربن دی اکسید راحت تر به خلل و فرج زردچوبه
نفوذ کند. با افزايش نفوذپذيري کربن دي اکسيد فوق بحراني ميزان کورکومين بيشتري استخراج و در نتيجه بازدهي افزايش مييابد. نتايج آناليز واريانس مدل سطح پاسخ نیز براي بازدهي استخراج کورکومين به کمک دستگاه سيال فوق بحراني نشان داد مدل درجه دوم بهترين مدل براي بررسي اثر متغيرهاي مستقل بر استخراج کورکومين از زردچوبه مي باشد.
5- منابع
1. کراني فاطمه، سرگلزائي جواد. بررسي خواص فيزيکوشيميايي موسيلاژ باميه و مقايسه کارايي استخراج دو روش حلال و فوق بحراني. نشريه پژوهشهاي علوم و صنايع غذايي ايران.1400؛ 17 (2): 392-379.2020.39267.IFSTRJ/10.22067:doi.
2. مرتضوي، ع.، عزتي، ر.، فدوي، ا.، دزيابي، م.، عزيزي، ر. 1384. کاربرد سيال فوق بحراني در صنايع غذايي. انتشارات پريور، تبریز، ص: 25-10
3. موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، 1373. استاندارد زردچوبه ویژگی ها و روش های آزمون. استاندارد ملی ایران، شماره 252، چاپ اول.
4. Abtahi MS, Hosseini H, Fadavi A, Mirzaei H, Rahbari M. The optimization of the deep-fat frying process of coatedzucchini pieces by response surface methodology. Journal of Culinary Science & Technology. 2016;14(2):176–89. doi:10.1080/15428052.2015.1111181.
5. Briske D, Sax A, Mallard AR, Rao A. Increased bioavailability of curcumin using a novel dispersion technology system. European Journal of Nutrition. 2018; 58(5):1-11. doi:10.1007/s00394-018-1766-2.
6. Chen K, Go L, Li Q, Li HR, Zhang Y. Effects of co2 pretreatment on the volatile compoundsof dried chinese jujube (zizyphus jujuba miller). Food Science and Technology (Campinas). 2017;37(4):105-12. doi:10.1590/1678-457X.20016.
7. Cuica MD, Racovita RC. Curcumin: Overview of extraction methods, health benefits, and encapsulation and delivery using microemulsions and nano emulsions. International Journal of Molecular Sciences. 2023;24(10):88-101. doi:10.3390/ijms24108874.
8. Gugulothu DB, Desai P, Patravale VB. A versatile liquid chromatographic technique for pharmacokinetic estimation of curcumin in human plasma. Journal of Chromatographic Science. 2014;52(8):872–80.
9. Gyers, R. H. and Montgomery, D.C. 1996. Response surface methodology: process and productoptimization using designed experiments. Wiley, London, pp.18-30.
10. Haaland, P.D. 1989. Experimental design in biotechnology. CRC Press, Sheffield, pp.45-58.
11. Haghbakhsh R, Hayer H, Saidi M, Keshtkari S, Esmaeilzadeh F. Density estimation of pure carbon dioxide at supercritical region andestimationsolubility of solid compounds in supercritical carbon dioxide: Correlationapproach based on sensitivity analysis. Fluid Phase Equilibria. 2013; 42(7):31-41. doi:10.1016/j.fluid.2012.12.029.
12. Haydari M, Mortazvi SA, Asili J, Bolorian S, Mohammadi A, Abdolshahi A. Optimisation of ultrasound-assisted extraction of phenolic compounds from flomidoschema parviflora. Journal of Herbal Drugs. 2013;3(1):7-13. doi:10.1016/j.jsamd.2012.01.006.
13. Hosary R, Teaima MH, Nabarawi M, Yousry Y, Eltahan M, Nassif R M. Topical delivery of extracted curcumin as curcumin loaded spanlastics anti-aging gel: Optimization using experimental design and ex-vivo evaluation. Saudi Pharmaceutical Journal. 2024;32(1):19-30. doi:10.1016/j.jsps.2023.101912.
14. Insuan W, Hansupalak A, Chahomchuen T. Extraction of curcumin from turmeric by ultrasonic-assisted extraction, identification, and evaluation of the biological activity. Journal of HerbmedPharmacol. 2022; 11(2):188-96.
doi:10.34172/jhp.2022.23.
15. Kanda H, Zhu L, Zhu W, Wang T. Ethanol-free extraction of curcumin and antioxidant activity of components from wet curcuma longa L. by liquefied dimethyl ether. Arabian Journal of Chemistry. 2022;16(4):104-14. doi:10.1016/j.arabjc.2023.104585.
16. Manasa PSL, Kamble AD, Chilakamarthi U. Various extraction techniques of curcumin-a comprehensive review. ACS OMEGA. 2023;8(38):34868–78. doi:10.1021/acsomega.3c04205.
17. Mandal V, Mohan Y, Hemalatha S. Microwave assisted extraction of curcumin by sample-solvent dual heating mechanism using taguchi L9 orthogonal design. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 2008;46(2):322-27. doi:10.1016/j.jpba.2008.10.020.
18. Marczylo TH, Steward WP, Gescher A. Rapid analysis of curcumin and curcumin metabolites in biomatrices using a novel ultraperformance liquid chromatography (uplc) method. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2009;57(3):793-99.
doi:10.1021/jf803038f.
19. Martinez HA, Paula JT, Kaano ACAV, Queiroga CL, Costa FTM, Cabral FA. Composition and antimalarial activity of extract of curcuma longa L. obtained by a combination of extraction processes using supercritical co2, ethanol and water as solvents. The Journal of Supercritical Fluids. 2017;119(8):122-29. doi:10.1016/j.supflu.2016.08.017.
20. Mohajeri M, Sahebkar AH. Protective effects of curcumin against doxorubicin-induced toxicity and resistance: A review. Critical Reviews in Oncology/Hematology. 2018;122(5):30-51. doi:10.1016/j.critrevonc.2018.12.005.
21. Moraes MN, Zabot GL, Prado JM, Angela M, Meireles A. Obtainingantioxidants from botanic matrices applying novel extraction
techniques. Food and Public Health. 2013;3(4):195-214. doi:10.5923/j.fph.20130304.04.
22. Paulucci VP, Couto RO, Teixeira CCC, Freitas LAP. Optimization of the extraction of curcumin from curcuma longa rhizomes. RevistaBrasileira de Farmacognosia. 2013; 23(1):93-9. doi:10.1590/S0102695X2012005000117.
23. Rogers NM, Kireta S, Coates PTH. Curcumin induces maturation-arrested dendritic cells that expand regulatory T cells in vitro and in vivo. Clinical & Experimental Immunology. 2010;162(3):460-73. doi:10.1111/j.1365-2249.2010.04232.x.
24. Scotter MJ. Synthesis and chemical characterization of curcuminoid coloring principles for their potential use as HPLC standards for the determination of curcumin color in foods. LWT- Food Science and Technology. 2009;42(8):1345-51.
doi:10.1016/j.lwt.2009.03.014.
25. Shirsath SR, Sable SS, Gaikwad SG, Sonawane SH, Saini DR, Gogate PR. Intensification of extraction of curcumin from curcuma amada using ultrasound assisted approach:effect of different operating parameters. Ultrasonics Sonochemistry. 2017;38(6):437-45. doi:10.1016/j.ultsonch.201.03.040.26. Sogi DS, Sharma S, Oberoi DPS,Wani IA. Effect of extraction parameters on curcumin yield from turmeric. Food Science and Technology. 2010;47(3):310–15.
doi:10.1007/s13197-010-0047-8.
27. Spigno G, Tramelli L, Faveri DMD. Effects of extraction time, temperature and solvent on concentration and antioxidant activity of grape marc phenolics. Journal of Food engineering. 2007;81(1):211-18. doi:10.1016/j.jfoodeng.2006.10.021.
28. Wang Z, Mei X, Chen X, Rao S, Li J, Yang Z. Extraction and recovery of bioactive soluble phenolic compounds from brocade orange (citrus sinensis) peels: effect of different extraction methods thereon. LWT. 2023;173(3):114337-45. doi:10.1016/j.lwt.2022.114337.
29. Widmann AK, Wahl MA, Kammerer DR, Daniels R. Supercritical fluid extraction with co2 of curcuma longa L. in comparison to conventional solvent extraction. Pharmaceutics. 2022;14(9):1943-49. doi:10.3390/pharmaceutics14091943.
30. Xu JL, Wang WC, Liang H, Zhang Q, Li QY. Optimization of ionic liquid based ultrasonic assisted extraction of antioxidant compounds from curcuma longa L.using response surface methodology. Industrial Crops and Products. 2015;76(5):487-93.
doi:10.1016/j.indcrop.2015.07.025.