Evaluation of different methods of extraction and micropropagation of lemon grass on physicochemical properties of the extract

Subject Areas : Sustainable production technologies

Sanaz Kamel ¹ , Abdollah Alizadeh ² , dariush khademi Shurmasti ³

1 - Department of Agriculture, Savadkooh Branch, Islamic Azad university, Savadkooh, Iran
2 - faculy member islamic azad university mazandaran
3 - Department of Agriculture, Savadkooh branch, Islamic Azad University, Savadkooh, Iran

Received: 2024-05-15 Accepted : 2024-06-19 Published : 2024-06-20

Keywords: beta-cyclodextrin, encapsulation, lemongrass, ultrasound, sodium caseinat,

Abstract :

This research was conducted to evaluate the extraction methods and also the encapsulation of lemon grass extract on the efficiency of extraction of effective components and some physical properties of the extract. Extraction was done by Soxhlet and ultrasonic methods. The extracts were encapsulated using solutions of wall materials including cyclodextrin and sodium caseinate. The extraction efficiency of the extract was measured and compared in two methods. The results showed that ultrasonic extraction significantly increased the extraction efficiency of citronellol, eugenol, linalool, and betacaryophyllin B compared to the Soxhlet method (p<0.05). Encapsulation of the extract with sodium caseinate compared to beta-cyclodextrin increases the production efficiency of microencapsulation (85.7 vs. 84%), increases moisture content (4.86 vs. 3.9%) and decreases mass density (250.21 vs. 547 kg/ M3) (p<0.05). The score of the sensory properties of lemon grass extract, including colour, smell and taste, was higher in the ultrasound method than in the Soxhlet method, and in sodium caseinate microcapsules, it was higher than beta-cyclodextrin. In general, ultrasonic extraction increased the efficiency of extracting effective substances and coating with sodium caseinate improved the physical and sensory properties of lemon grass extract. Therefore, it is recommended to extract lemon grass by ultrasonic method and cover the extracted extract with sodium caseinate to improve its use in food, cosmetic and medical industries.

References:

Adeleke. A., Kasali Adebola, O., Oyedeji, D. and Adeolu, O. 2001. Volatile leaf oil constituents of Cymbopogon citratus Stapf. Flavour and Fragrance Journal. 16: 377-8. DOI:10.1002/ffj.1019.
Badfarsa, H., Ahmadzadeh Qavidel R. and Sharayei, P. 2018. The effect of encapsulation process using freeze dryer on physicochemical and antioxidant properties of angelica essential oil. Journal of Innovation in Food Science and Technology, 10(2): 124-136 (In Farsi).
Bahman Abadi, J. 2011. Optimization of extraction of barberry using ultrasonic and response surface methods. Master Thesis in Islamic Azad University, Ghuchan Branch.
Esmaelzade- Kenari, R. and Asna-ashari, M. 2018. Effect of extraction method on antioxidant activity and some secondary metabolites of Mentha aquatic L. extract. Journal of Food Science and Technology, 81(15): 127-138 (In Farsi).
Esmaeilzadeh kenari, R., Mohsenzadeh, F. and Raftani-Amiri, Z. 2014. Antioxidant activity and total phenolic compound of Dezful sesame cake extracts obtained by classical and ultrasound assisted extraction methods. Food Science and Nutrition, 2(4): 426-435. DOI: 10.1002/fsn3.118
Finney, J., Buffo, R. and Reineccius, G. A. 2006. Effects of type of atomization and processing temperatures on the physical properties and stability of spray-dried flavors. Journal of Food Science, 67: 1108-1114. DOI: 10.1111/j.1365-2621.2002.tb09461.
Gharenaghadeh, S., Samadlouie, H. R., Sowti Khiabani, M. and Gharenaghadeh, S. 2017. Nano emulsion formulation from essential oil of salvia hypoleuca and investigation of its antimicrobial and physicochemical properties, Journal of Food Science and Technology, 14(9): 337-348 (In Farsi).
Ghorbani, M., Aboonajmi, M., Ghorbani Javid, M. and Arabhosseini, A. 2017. Effect of ultrasound extraction conditions on yield and antioxidant properties of the fennel seed (Foeniculum vulgare) extract, Journal of Food Science and Technology, 67(14): 63-73 (In Farsi).
Hosseini, F. L., Motamedzadegan, A., Naghizadeh, Sh. and Rahaiee, S. 2022. Encapsulation of chia (Saliva hispanica L.) seeds extract with nano-liposomes and basil seed gum and investigation of physicochemical characteristics and its release in simulated gastrointestinal conditions. Iranian Journal of Food Science and Technology, 127(19): 291-303. ‎ DOI: 10.22034/FSCT.19.127.291
Jamshidi, M., Shabani, E., Hashemi, Z. and Ebrahimzadeh. M. A. 2014. Evaluation of three methods for the extraction of antioxidants from leaf and aerial parts of Lythrum salicaria L. (Lythraceae). International Food Research journal, 21(2): 783-788.
Joye, I. J., Davidov-Pardo, G. and McClements, D. J. 2015. Encapsulation of resveratrol in biopolymer particles produced using liquid antisolvent precipitation. Part 2: Stability and functionality. Food Hydrocolloids, 49, 127-134. DOI:10.1016/j.foodhyd.2015.02.038.
Mardani Kiasari, M. and Khademi Shurmasti, D. 2020. Effect of lemon grass (Cymbopogon citratus) extract and nanoclay in nanocomposite coating on the physicochemical and microbial properties of chicken fillets during refrigerated storage. Journal of Food Science and Technology, 17(106): 13-21. DOI: 10.29252/fsct.17.09.02 (In Farsi).
Martins, F.S., Da Conceicao, E.C., Bandeira, E.S. and Silva, J.O.C. 2014. The effects of extraction method on recovery rutin from Calendula officinalis L. (Asteraceae). Pharmacognosy magazine, 10(l3): 569-572. DOI: 10.4103/0973-1296.139785.
Rabiei, K., Bekhradnia, S., Nabavi, S.M., Nabavi, S. F. and Ebrahimzadeh, M. A. 2012. Antioxidant activity of polyphenol and ultrasonic extracts from fruits of Crataegus pentagyna subsp. elburensis. Natural Product Research, 26(24): 2353-2357. DOI: 10.1080/14786419.2012.658799.
Rita Bilia, A., Guccione, C., Isacchi, B., Righeschi, C., Firenzuoli, F. and Camilla, B. 2014. Essentialoils loaded in nanosystems: A developing strategy for a successful therapeutic apprach. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine. 20(14): 1-14. DOI: 10.1155/2014/651593.
Robert, P., Gorena, T., Romero, N., Sepulveda, E., Chavez, J. and Saenz, C. 2010. Encapsulation of polyphenols and anthocyanins from pomegranate (Punica granatum) by spray drying. International journal of food science and technology, 45: 1386-1394. DOI:10.1111/j.1365-2621.2010.02270.x
Saboora, A., Pourbarat, F. and Fallah Hossini, H. 2014. Comparison of different extraction methods for optimizing antioxidant compounds in Origanum majorana L. Journal of Shahid Sadoughi University Medical Science, 21: 693-704 (In Farsi).
Sharifi, M. R. and Sharifi, A. 2013. Optimize the extraction efficiency and anthocyanin extracted from by ultrasound technology to help response surface methodology. Journal of Innovation in Food Science and Technology, 68-74 (In Farsi).
Soottitantawat, A., Bigeard, F., Yoshii, H., Furuta, T., Ohkawara, M. and Linko, P. 2005. Influence of emulsion and powder size on the stability of encapsulated d-limonene by spray drying. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 6: 107-114. DOI:10.1016/j.ifset.2004.09.003.
Tajidin, N. E., Ahmad, S. H., Rosenani, A. B., Azimzh, A. B. and Munirah, M. 2012. Chemical composition and Citral content in lemongrass (Cymbopogon citratus) essential oil at three maturity stages. African Journal of Biotechnology, 11: 2685-2693. DOI: 10.5897/AJB11.
Zulfa, Z., Chia, C. T. and Rukayadi, Y. 2016. In vitro antimicrobial activity of Cymbopogon citratus (lemongrass) extracts against selected foodborne pathogens. International Food Research Journal, 23(3): 1262-1267.
Zuidam, N. J. and Shimoni, E. 2010. Overview of microencapsulates for use in food products or processes and methods to make them. In: Encapsulation technologies for active food ingredients and food processing (editors: N.J. Zuidam & A. Nedovic) Springer, USA, pp.5-6. DOI:10.1007/978-1-4419-1008-0_2.

Full-Text:



      پژوهش‏های علوم کشاورزی پایدار/جلد 4/شماره 1/ 1403/ ص 24-12

https://www.sarj.iauk.ac.ir

 

ارزیابي روش­ عصاره­گیری و درون پوشاني بر راندمان استخراج مواد مؤثره و خصوصيات فيزیکی عصاره علف لیمو (Cymbopogon citratus)

 

ساناز کامل1، عبدالله علیزاده کارسالاری2*و داریوش خادمی شورمستی3

1- دانش­آموخته کارشناسی ارشد، گروه کشاورزی، واحد سوادکوه، دانشگاه آزاد اسلامی، سوادکوه، ایران

2- استادیار، گروه شیمی، واحد سوادکوه، دانشگاه آزاد اسلامی، سوادکوه، ایران

3- استادیار، گروه کشاورزی، واحد سوادکوه، دانشگاه آزاد اسلامی، سوادکوه، ایران

* ايميل نویسنده مسئول[e-mail]

(تاریخ دریافت: 26/2/1403- تاريخ پذيرش:31/3/1403)

 

چکیده

این پژوهش به منظور ارزیابی روش­های عصاره‌گیری و نیز درون‌پوشانی عصاره علف لیمو بر راندمان استخراج مواد مؤثره و برخی خصوصیات فیزیکی عصاره انجام شد. عصاره­گیری به دو روش سوکسله و فراصوت انجام شد. عصاره­ها با استفاده از محلول­های مواد دیواره پوشینه شامل سیکلودکسترین و کازئینات سدیم درون­پوشانی شدند. راندمان استخراج عصاره در دو روش، ویژگی­های فیزیکی ریزپوشینه (رطوبت، دانسیته توده، قطر و راندمان درون­پوشانی) و خصوصیات حسی (رنگ، بو و طعم عصاره) اندازه­گیری و مقایسه شد. نتایج نشان داد عصاره­گیری به روش فراصوت موجب افزایش معنی­دار راندمان استخراج سیترونلال، اوژنول، لینالول و بتاکاریوفیلین B در مقایسه با روش سوکسله شد (p<0.05). درونپوشانی عصاره با کازئینات سدیم در مقایسه با بتاسیکلودکسترین موجب افزایش راندمان تولید ریزپوشینه (7/85 در برابر 84 درصد)، افزایش رطوبت (86/4 در برابر 9/3 درصد) و کاهش دانسیته توده (21/250 در برابر 547 کیلوگرم/مترمکعب) شد (p<0.05). امتیاز خصوصیات حسی عصاره علف لیمو شامل رنگ، بو و طعم در روش فراصوت بالاتر از روش سوکسله و در ریزپوشینه­های کازئینات سدیم بالاتر از بتاسیکلودکسترین بود. در مجموع عصاره­گیری به روش فراصوت موجب افزایش بازدهی استخراج مواد مؤثره و درون­پوشانی با کازئینات سدیم موجب بهبود خصوصیات فیزیکی و حسی عصاره علف لیمو شد. لذا عصاره­گیری علف لیمو به روش فراصوت و درون­پوشانی عصاره استخراجی با کازئینات سدیم جهت بهبود کاربری آن در صنایع غذایی، آرایشی و پزشکی توصیه می­شود.

واژه‏هاي کليدي: بتا-سیکلودکسترین، درون‌پوشانی، علف لیمو، فراصوت، کازئینات سدیم

 

 

مقدمه

یکی از مراحل کلیدی در استخراج ترکیبات مؤثره از یک گیاه نحوه عصاره­گیری از آن است. چرا که نوع ، کیفیت و کمیت ترکیب استخراج شده به‌شدت تحت تأثیر اندام گیاهی و سیستم سامانه­های حلالی انتخاب شده قرار دارد. در نتیجه باید گفت انتخاب روش مناسب عصاره­گیری می­تواند کارایی استخراج مواد مؤثره موجود در گیاه را به­طور چشمگیری افزایش دهد (Saboora et al., 2014). روش‌های درون‌پوشانی یا کپسوله کردن مواد معطر، با محافظت از آنها در برابر نور، حرارت و اکسیژن، باعث کاهش مقدار فرار بودن آنها می­شود. همچنین درون­پوشانی مواد معطر باعث بهبود و سهولت دسترسی آنها می­شود؛ زیرا این مواد به لحاظ اندازه کوچکشان باعث افزایش سازوکار جذب سلولی و افزایش کارایی آنها می­شوند (Rita Bilia et al., 2014). روش سوکسله یک روش استاندارد است که به عنوان مرجع اصلی ارزیابی دیگر روش­ها به کار می­رود. این روش، عمومی بوده که به­طور عمده برای استخراج ترکیبات با فراریت کم یا متوسط که در مقابل حرارت پایدار باشند، به­کار می­رود (Ghorbani et al., 2017). امروزه روش­های عصاره‌گیری جدید مبتنی بر کاهش زمان ، مصرف حلال کمتر و محافظت از محیط زیست مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. ضمن اینکه روش‌های جدید عصاره‌گیری مانند عصاره‌گیری همراه با امواج فراصوت (اولتراسونیک) و عصاره‌گیری همراه با امواج مایکروویو برای استخراج ترکیب­هایی از گیاهان بسیار سریع و مؤثر عمل می‌کنند. در سال­های اخیر این روش­های جدید با پیشرفت زیادی همراه بوده و از آنها جهت استخراج مواد گیاهی استفاده شده است. روش فراصوت یکی از روش­های نوین استخراج می­باشد که در آن امواج با فرکانس بالاتر از 20 کیلوهرتز به داخل ماده نفوذ کرده، موجب ایجاد انبساط و انقباض­های متوالی در مولکول­های داخل محیط شده که در نتیجه آن سبب تشکیل، رشد  و متلاشی شدن حباب‌های کوچک دراثر ایجاد فشار منفی بزرگ در محیط مایع می­شوند. مزیت اصلی استفاده از امواج فراصوت در استخراج جامد - مایع افزایش عملکرد و روند سریع­تر استخراج است. در عین حال امواج صوتی می­توانند دمای فرآیند را کاهش و اجازه استخراج ترکیبات ناپایدار در برابر حرارت را بدهند.

علف لیمو (Cymbopogon citratus) گیاهی چندساله، بوته­ای متراکم با ساقه راست به ارتفاع 20-50 سانتی­متر به­صورت صاف و بدون کرك است. برگ­های آن ساده و به رنگ سبز کلمی با پهنک­های خطی و تقریباً نخی شکل می­باشند که 35 سانتی­متر طول و یک تا دو میلی­متر عرض دارند. ترکیبات اصلی اسانس علف لیمو شامل الکل­هاي سیترال (70 %)، ژرانیول (5 %)، لیمونن (42/2 %)، ژرانیل استات (83/0 %)، بتامایرسن (46/0 %)، مونوترپن و الکل­هاي سسکویی­ترپن­ها است (Tajidin et al., 2012). این گیاه به واسطه دارا بودن اسانس، در صنایع داروسازی، آرایشی و بهداشتی و غذایی مورد استفاده قرار می­گیرد. اسانس علف لیمو به­صورت کاملاً بارزی رشد باکتری­ها و قارچ­های آلوده­کننده مواد غذایی شامل استافیلوکوکوس اورئوس، اشریشیا کلی، کلبسیلا و کاندیدا آلبیکنس را مهار می‌نماید (Zulfa et al., 2016). همچنین فعالیت ضداکسایشی اسانس گیاه به اثبات رسیده به‌طوری که اسانس علف لیمو در مقایسه با آلفا توکرفرول فعالیت ضداکسایشی قوی‌تری داشته و معادل آنتی­اکسیدان سنتزی (BHT)  عمل کرد (Adeleke et al., 2001). ضمن اینکه استفاده از عصاره علف لیمو به عنوان جزیی از بسته­بندی فعال زیست تخریب­پذیر جهت افزایش ماندگاری فرآورده­های گوشتی با موفقیت همراه بوده است (Mardani Kiasari & Khademi shurmasti, 2020).

با توجه به محدودیت مطالعات مرتبط با مقایسه روش­های عصاره­گیری همراه با درون­پوشانی آن­ها، این تحقیق با هدف مقایسه عصاره­گیری به روش فراصوت در برابر روش معمول سوکسله و نیز تأثیر مواد درون­پوشانی دکسترین و کازئینات بر ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی عصاره علف لیمو اجرا شد. 

 

مواد و روش­ها

گیاه علف لیمو بعد از جمع­آوری از رویشگاه‌های طبیعی این گیاه در استان مازندران توسط بخش گیاه­شناسی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری مورد تأیید قرار گرفت. پس از جمع­آوری و جداسازی ناخالصی­ها برگ­ها در آون با دماي 50 درجه سلسیوس به مدت 45 دقیقه خشک و با آسیاب خانگی (مولینکس، فرانسه) به­صورت کاملاً پودری درآمد و تا زمان آزمایش در کیسه­هاي محافظ نسبت به هوا و رطوبت در درجه حرارت 25 درجه سلسیوس نگهداری شد.

بتا-سیکلودکسترین، کازئینات سدیم، متانول و دیگر حلال­ها و مواد شیمیایی با درجه تجزیه­ای (درجه خلوص بالاتراز 95 درصد) از نمایندگی­های شرکت سیگما (امریکا) و مرك (آلمان) خریداری شدند.

عصاره­گیری به روش سوکسله

مقدار 10 گرم نمونه پودری گیاه علف لیمو در کاغذ صافی قرار داده شد و سپس در دستگاه سوکسله قرار گرفت. عمل استخراج با حلال متانول به مدت 24 ساعت ادامه یافت. سپس متانول حاوی مواد استخراج شده توسط دستگاه تبخیرکننده چرخان (مدل Rotvapor R-80) با سرعت 200 دور در دقیقه و در دمای 50 درجه سانتی­گراد حذف شد (Jamshidi et al., 2014).

 عصاره­گیری با فراصوت

ابتدا  10 گرم پودر علف لیمو با حلال متانول مخلوط شد. سپس از حمام فراصوت (مدل Grant XB6، انگلستان) با توان تولیدی 1000 وات و بسامد5±20 کیلو‌هرتز استقاده گردید. دﻣﺎ در ﻃﻲ ﻓﺮآﻳﻨﺪ ﻋﺼﺎره‌گیری ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﺣﻤﺎم آب (memmert WNB 14, Germany) ﺛﺎﺑﺖنگه داﺷﺘﻪ ﺷﺪ وﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮر ﻛﻨﺘﺮل دﻣﺎ از دﻣﺎﺳﻨﺞ اﺳﺘﻔﺎده گردید. سپس محلول با کاغذ صافی واتمن شماره 1 با کمک پمپ خلاء صاف و ﻋﺼﺎره اﺳﺘﺨﺮاج ﺷﺪه با 7800 دور در دقیقه ﺑﻪ­ﻣﺪت 30 دقیقه سانتریفوژ (مدل Sigma 2-16P، آلمان) شد. در ادامه حلال با استفاده از دستگاه تبخيركننده چرخان تحت خلاء (TAM- ایران) با حداکثر دمای 50 درجه سلسیوس از محلول عصاره جدا گرديد. عصاره حاصله تا زمان انجام آزمايش در فریزر با دماي -18 درجه سلسیوس نگهداري شد (Rabiei et al., 2012).

 

 

تهيه محلول مواد دیواره

ابتدا محلول­های بتا-سیکلودکسترین و کازئینات سدیم با غلظت­های به ترتیب 8 و 2 درصد وزنی در آب دیونیزه تهیه شد. عملیات هم زدن به مدت 8 ساعت، در دمای اتاق و به کمک همزن مغناطیسی صورت گرفت. سپس محلول­های تهیه شده برای حداکثر جذب آب به مدت 21 ساعت در دمای یخچال نگهداری شد.

تهيه ریزپوشینه

به کلیه محلول­های مواد دیواره، عصاره علف لیمو به نسبت 10 درصد ماده خشک و تویین 80 به عنوان امولسیفایر در غلظت 5/0 درصد اضافه گردید. عملیات هم­زدن و همگن­سازی اولیه به کمک همزن مغناطیسی به مدت 3 دقیقه انجام و امولسیون تهیه شد. جهت جلوگیری ازکف­کردن و همچنین به منظور رسیدن به دمای مناسب جهت وارد کردن به خشک­کن انجمادی، امولسیون تهیه شده به مدت 19 ساعت در فریزر با دمای 70 - درجه سلسیوس نگهداری و سپس به خشک­کن انجمادی منتقل شد. نمونه­ها در خشک­کن انجمادی در دمای 55 - درجه سلسیوس با فشار 15/0 میلی­متر جیوه طی20 ساعت خشک شدند

 

 

 

 

 

 

تعيين مقدار رطوبت ریزپوشینه

مقدار رطوبت تمامی نمونه­ها با استفاده از دستگاه سنجش رطوبت به روش مادون قرمز در دمای 82 درجه سلسیوس تا رسیدن به وزن ثابت به دست آمد.

تعيين دانسيته توده

حدود 22 گرم نمونه به داخل استوانه مدرج منتقل و حجم مربوط از استوانه مدرج قرائت شد و طبق رابطه (1) محاسبه انجام شد.

رابطه (1)

حجم مربوط به توده جرم ماده غذایی / جرم توده = چگالی توده (ظاهری) 

صفات مورد اندازه­گيری در عصاره علف لیمو

مواد مؤثره موجود در عصاره علف لیمو با دستگاه گاز کروماتوگرافی (Shimadzu- مدل A9 مجهز به ستون DB-5 به طول 30 متر و قطر 25 میکرومتر ضخامت فیلم 32/0 میکرون. دمای اولیه 60 درجه سانتی‌گراد دمای نهایی 220 درجه سانتی‌گراد. دمای محل تزریق 250 درجه سانتی‌گراد. گرادیان دمایی C/min50) اندازه­گیری شد (شکل 1).

 

 

 

 

 

 

 

شکل 1- ضریب بازداری ترکیبات مؤثره موجود در عصاره علف لیمو

 

 

 

 

اندازه­گیری قطر پوشینه

اندازه­گيري قطر پوشینه­ها، با استفاده از دستگاه پارتيكل سايز آنالایزر (Shimadzu مدل SALD - ژاپن) و بر اساس روش تفرق نور ليزر محاسبه گرديد. در نهايت، متوسط اندازه ذرات بر اساس ميانگين قطر حجمي بر اساس رابطه 2 محاسبه شد (Joye et al., 2015).

رابطه (2)

D =

ni: تعداد ذرات، di: قطر ذرات، D: میانگین قطر حجمی (میانگین حجم معادل)

 

اندازه­گیری راندمان درون‌پوشاني

جهت اندازه­گیری راندمان درون‌پوشاني عصاره  به‌طور خلاصه ابتدا 200 ميلي­گرم ريز پوشينه به 2 میلی­ليتر محلول استخراجي شامل متانول- اسيد استيك- آب (به­ترتیب به نسبت 42-8-50 حجمي/حجمي/حجمي) اضافه شد و به­مدت يك دقيقه همزده شد و در ادامه تحت فراصوت (Chroma tech - تایوان) به­مدت 20 دقيقه در دو مرحله با شدت 100 درصد و فركانس 20 كيلوهرتز قرار گرفت. بعد از اين مرحله سانتريفوژكردن در 5000 دور در دقيقه به مدت 10دقيقه انجام شد. مقدار تركيبات فنولي كل در محلول رويي با استفاده از روش فولين-سيوكالچو تعيين شد. براي محاسبه مقدار اوليه تركيبات فنولي، در ابتدا به صورت نظری مقدار عصاره­اي كه در 200 ميلي­گرم ريزپوشينه را انتظار داشته محاسبه و سپس مقدار تركيبات فنولي آن محاسبه و بدست آمد. درصد كارايي ریزپوشینه از رابطه (3) محاسبه شد (Robert et al., 2015).

رابطه (3)

100 ×    = کارایی درون­پوشانی (درصد)

 

W1: مقدارعصاره در مایع فوقانی از نانو پوشینه، W2: مقدار عصاره افزوده شده برای آماده سازی همان مقدار نانو پوشینه (میلی­گرم گالیک اسید)

 

تجزیه و تحلیل آماری

داده­های حاصل از بررسی اثر روش عصاره­گیری بر راندمان استخراج ترکیبات مؤثره و نیز اثر ماده دیواره بر خصوصیات فیزیکی و حسی عصاره استخراجی با استفاده از نرم افزار آماری SPSS نسخه 26 به روش t-student مستقل در سطح احتمال 95 درصد مورد تجریه و تحلیل قرار گرفت.

 

 

 

 

 

نتایج و بحث

راندمان استخراج ترکیبات مؤثره

همانگونه که در شکل 2 نشان داده شده است؛ برخی ترکیبات مؤثره در عصاره شامل سیترونلال، اوژنول، لینالول و بتاکاریوفیلین B تحت تأثیر معنی­دار روش عصاره­گیری قرار گرفتند. به­نحوی که راندمان استخراج ترکیبات مذکور در روش فراصوت بیشتر از روش سوکسله بود (p<0.05). راندمان استخراج سایر ترکیبات مؤثره در دو روش از نظر آماری تفاوت معنی­داری نشان نداد. در عین حال در هر دو روش عصاره­گیری، ترکیبات مؤثر مانند سیترال، سیترونلال، ژرانیل استات و ژرانیول دارای بیشترین و فارنسول، تی کادینول و کوپارن دارای کمترین راندمان استخراجی بودند.

 

 

 

 

شکل 2- ترکیبات مؤثره موجود در عصاره علف لیمو در دو روش عصاره­گیری سوکسله و فراصوت

حروف نامشابه (a-b) بیانگر تفاوت آماری معنی­دار هر ترکیب مؤثره در دو روش عصاره­گیری است (p<0.05)

 

 

راندمان عصاره­گیری با روش فراصوت (70/93 درصد) بطور معنی­داری بیشتر از روش عصاره­گیری به روش سوکسله (09/91 درصد) بود (p<0.05). مطابق با نتایج تحقیق حاضر، گزارش شد استفاده از روش عصاره­گیری فراصوت در گیاه اوجی (Mentha aquatic L.  ) بهتر از روش سوکسله بود (Esmaeilzadeh Kenari & Asna Ashari, 2018).

 روش­های قدیمی استخراج عصاره از گیاهان به وسیله حلال و روش سوکسله هستند که نیازمند مصرف مقادیر بالای حلال و زمان طولانی بوده و بازده استخراج آنها نیز پایین است. روش‌های دیگر شامل استخراج به کمک امواج مایکروویو، فراصوت و سیال فوق بحرانی کارایی بالاتری دارند. امواج فراصوت مانند هر موج دیگری از طریق یک سری امواج فشاری و نسبتاً تجمعی در مولکول­های محیط القا می­شوند و از محیط عبور می‌نماید. در مواقعی که نیروهای تجمعی بیشتر از نیروهای جاذبه مولکولی مایع باشند حباب‌های کاویتاسیون شکل می‌گیرند. چنین حباب‌هایی با یک فرآیند که تحت عنوان تزریق یکسو شناخته می‌شوند، مانند مقادیر کم بخار یا گازی که طی فرآیند انبساط از محیط وارد سلول گیاهی می‌شود، شناخته می‌شود. در نتیجه ترکیدن این حباب­ها انرژی ایجاد می­شود که منجر به پاره شدن سلول گیاهی و خروج ترکیبات مؤثره از سلول گیاهی می‌شود (Esmaelzade- Kenari and Asna-ashari, 2018). در بررسی تأثیر نوع روش استخراج بر میزان ترکیبات فنلی استخراج شده، اسماعیل‌زاده کناری و همکاران (2014) نشان دادند که روش فراصوت توانست تأثیر مثبتی بر روش‌های اتانولی، آبی: اتانولی و آبی عصاره کنجد داشته باشد و ترکیبات فنلی بیشتری در این روش­ها به دست آمد. آنها دلیل این امر را به کارآمد بودن روش فراصوت در تخریب دیواره سلولی و انتقال جرم مؤثر نسبت دادند. در مطالعه‌ای مرتبط با بهینه‌سازی استخراج ترکیبات فلاونوئیدی میوه سنجد، دلیل افزایش عملکرد با افزایش توان در روش فراصوت، تولید انرژی بیشتر اعلام شد که خروج ترکیبات از بافت گیاهی به حلال را از طریق تخلخل و منافذ در دیواره سلولی و بهبود انتشار و انتقال جرم، تسهیل می‌کند و بنابراین می­تواند موجب خروج بیشتر مواد مؤثره و در نهایت افزایش درصد عصاره خشک گردد. پژوهش­های متعددی در رابطه با افزایش عملکرد استخراج عصاره با امواج فراصوت نسبت به روش­های متداول گزارش شده است (Sharifi et al., 2013; Martins et al., 2014; Bahmanabadi et al., 2011). 

 

ویژگي­های فيزیکی ریزپوشینه­ها

تأثیر نوع ماده دیواره بر ویژگی­های فیزیکی ریزپوشینه­های تولید شده شامل راندمان تولید ریزپوشینه، رطوبت و دانسیته توده در شکل 3 نشان داده شده است. نتایج نشان داد که نوع ماده دیواره بر تمام ویژگی­های فیزیکی ریزپوشینه­های تولیدشده، معنی­دار بود. از آنجا که پایداری ترکیبات مولد عطر و طعم در شرایط محیطی مختلف پایین است و حین فرآوری، بسته­بندی و نگهداری از طریق بر هم‌کنش‌های فیزیکی از دست می­رود؛ استفاده از روشی که بتواند این ترکیبات را در برابر عوامل محیطی حفظ کند و همچنین آزادسازی آن را در زمان معین و به­صورت کامل محقق نماید، دارای اهمیت ویژه­ای می‌باشد. درون‌پوشانی یکی از مهم­ترین فرآیندهایی است که می­تواند این اهداف را محقق نماید. درون‌پوشانی ترکیبات مؤثر در صنایع غذایی و داروسازی برای پوشاندن مواد رنگی، عطری و سایر مواد مؤثر به کار می­رود و یکی از مؤثرترین روش­ها برای پایدارسازی اسانس­های روغنی بیان شده است (Hosseini et al., 2022).

مشخص شده است نوع ترکیبات دیواره و هسته بر میزان فراریت ترکیبات درون‌پوشانی شده تأثیر به‌سزایی دارد (Finney et al., 2002). همچنین هر چه میزان فراریت اجزای تشکیل دهنده ماده هسته بیشتر باشد، میزان خروج آنها از داخل ریزپوشینه­ها طی فرآیند خشک شدن افزایش می­یابد. در راستای پژوهش حاضر در بررسی تأثیر فرآیند درون‌پوشانی با استفاده از خشک­کن انجمادی بر اسانس گلپر نشان داده شد که حفاظت از ترکیبات مؤثره اسانس گلپر درون‌پوشانی شده با ماده دیواره کازئینات سدیم در مقایسه با ماده دیواره بتا-سیکلودکسترین بیشتر بود (Badfarsa et al., 2018). همچنین (Gharenaghadeh et al., 2017) گزارش کردند درون‌پوشانی اسانس مریم گلی، علاوه بر محافظت اسانس در برابر تخریب و اکسایش، باعث افزایش قدرت ترکیبات ضدمیکروبی آن نیز می‌گردد.

 

 

 

شکل 3- تأثیر روش درون‌پوشانی بر خصوصیات فیزیکی (راندمان تولید ریز پوشینه، رطوبت و دانسیته توده) عصاره  علف لیمو

حروف نامشابه (a-b) بیانگر تفاوت آماری معنی­دار هر ترکیب مؤثره در دو روش عصاره­گیری است (p<0.05)

 

 

در فرآیند درون‌پوشانی از انواع مختلف کربوهیدرات­ها، سلولز، صمغ­ها، چربی­ها، پروتئین­ها و پلیمرهایی با درجه غذایی غالباً به­عنوان ماده دیواره یا حامل استفاده می­شود. دیواره بتاسیکلودکسترین از مقاوم­ترین دیواره‌ها برای حفاظت مواد در برابر اکسایش، حرارت و تبخیر می‌باشد. حفرات بتاسیکلودکسترین هیدروفوبیک یا آب­گریز بوده و صفحات خارجی آن هیدروفیلیک یا آب­دوست می‌باشد. کازئینات سدیم به دلیل دو قطبی بودن و داشتن خواص امولسیفایری مطلوب می‌تواند ترکیب پروتئینی مناسب برای درون‌پوشانی اسانس­های خوراکی باشد. نتایج نشان داد که میزان رطوبت ریزپوشینه­های تهیه شده با مواد دیواره بتاسیکلودکسترین و کازئینات سدیم به­ترتیب 90/3 و 86/4 درصد بود. از مقایسه درصد رطوبت چنین برداشت می‌شود که امولسیون‌های تهیه شده با بتاسیکلودکسترین مقدار رطوبت بیشتری را در زمان خشک­کردن از دست دادند. این مساله احتمالاً به اختلاف تعداد گروه­های پیوند دهنده با آب در مولکول­های بتاسیکلودکسترین و کازئینات سدیم مرتبط می‌باشد. راندمان تولید ریزپوشینه بتاسیکلودکسترین و کازئینات سدیم به ترتیب 84 و 

70/85 درصد بود. راندمان تولید ریزپوشینه در کازئینات سدیم بیشتر از بتاسیکلودکسترین بود (شکل 3). احتمالاً یکی از دلایل پایین بودن راندمان تولید ریزپوشینه بتاسیکلودکسترین، ناپایداری امولسیون اولیه آن می‌باشد. از سوی دیگر واضح  است که افزایش رطوبت سبب افزایش جرم و در نتیجه افزایش راندمان تولید ریزپوشینه شد (Soottitantawat et al., 2005). دانسیته توده ریزپوشینه­های حاوی ماده دیواره بتاسیکلودکسترین (547 کیلوگرم بر متر مکعب) نسبت به ریزپوشینه‌های دارای کازئینات سدیم (21/250 کیلوگرم بر متر مکعب) بیشتر بود. بنابراین در جرم‌های مساوی به­دلیل تخلخل کمتر، ریزپوشینه‌های تشکیل شده با بتاسیکلودکسترین حجم کمتری را نسبت به انواع تهیه شده با کازئینات سدیم اشغال خواهند نمود. اندازه قطر ذرات ریزپوشینه در دیواره کازئینات سدیم (24 میکرومتر) بیشتر از بتاسیکلودکسترین (18 میکرومتر) بود. این نتایج با تحقیقات(Badfarsa et al., 2018) و Zuidam, 2010) & که محدوده اندازه ذرات حاصل از خشک­کن انجمادی را بین 20 تا 5000 میکرومتر گزارش کرده‌اند، مطابقت دارد. اندازه ذرات ریزپوشینه به­شکل مؤثری به نوع ماده دیواره و روش خشک کردن وابسته است. محدوده اندازه ذرات حاصل از خشک کن انجمادی، 20 تا 5000 میکرومتر گزارش شده است. 

خصوصیات حسی

خصوصیات حسی شامل رنگ، بو و طعم عصاره در شکل 4 آمده است. نتایج نشان داد با وجود اختلاف عددی، روش عصاره­گیری و نیز نوع ماده دیواره ریزپوشینه­های تولید شده تأثیر معنی­داری بر شاخص­های مورد ارزیابی نداشت.

 

 

 

 

 

شکل 4- تأثیر عصاره گیری به روش‌های سوکسله، فراصوت و درون‌پوشانی بر خصوصیات حسی (طعم، رنگ و بو) عصاره علف لیمو

 

 

 

 

نتیجه­گیری

نتایج حاصله بیانگر این است که برخی ترکیبات مؤثره در عصاره تحت تأثیر معنی­دار روش عصاره‌‎گیری قرار گرفتند. به­نحوی که راندمان استخراج ترکیبات مذکور در روش فراصوت بیشتر از روش سوکسله بود. همچنین نتایج نشان داد که نوع ماده دیواره بر تمام ویژگی­های فیزیکی ریزپوشینه­های تولیدشده، معنی­دار بود. اندازه ذرات ریزپوشینه به­شکل مؤثری به نوع ماده دیواره و روش خشک کردن وابسته است. نتایج بدست آمده در مورد خصوصیات حسی شامل رنگ، بو و طعم نشان داد با وجود اختلاف عددی، روش عصاره­گیری و نیز نوع ماده دیواره ریزپوشینه­های تولید شده تأثیر معنی‌داری بر شاخص­های مورد ارزیابی نداشت.

 

 

 

REFRENCES

 

Adeleke. A., Kasali Adebola, O., Oyedeji, D. and Adeolu, O. 2001. Volatile leaf oil constituents of Cymbopogon citratus Stapf. Flavour and Fragrance Journal. 16: 377-8. DOI:10.1002/ffj.1019.

Badfarsa, H., Ahmadzadeh Qavidel R. and Sharayei, P. 2018. The effect of encapsulation process using freeze dryer on physicochemical and antioxidant properties of angelica essential oil. Journal of Innovation in Food Science and Technology, 10(2): 124-136 (In Farsi).

Bahman Abadi, J. 2011. Optimization of extraction of barberry using ultrasonic and response surface methods. Master Thesis in Islamic Azad University, Ghuchan Branch.

Esmaelzade- Kenari, R. and Asna-ashari, M. 2018. Effect of extraction method on antioxidant activity and some secondary metabolites of Mentha aquatic L. extract. Journal of Food Science and Technology, 81(15): 127-138 (In Farsi).

Esmaeilzadeh kenari, R., Mohsenzadeh, F. and Raftani-Amiri, Z. 2014. Antioxidant activity and total phenolic compound of Dezful sesame cake extracts obtained by classical and ultrasound assisted extraction methods. Food Science and Nutrition, 2(4): 426-435. DOI: 10.1002/fsn3.118

Finney, J., Buffo, R. and Reineccius, G. A. 2006. Effects of type of atomization and processing temperatures on the physical properties and stability of spray-dried flavors. Journal of Food Science, 67: 1108-1114. DOI: 10.1111/j.1365-2621.2002.tb09461.

Gharenaghadeh, S., Samadlouie, H. R., Sowti Khiabani, M. and Gharenaghadeh, S. 2017. Nano emulsion formulation from essential oil of salvia hypoleuca and investigation of its antimicrobial and physicochemical properties, Journal of Food Science and Technology, 14(9): 337-348 (In Farsi).

Ghorbani, M., Aboonajmi, M., Ghorbani Javid, M. and Arabhosseini, A. 2017. Effect of ultrasound extraction conditions on yield and antioxidant properties of the fennel seed (Foeniculum vulgare) extract, Journal of Food Science and Technology, 67(14): 63-73 (In Farsi).

Hosseini, F. L., Motamedzadegan, A., Naghizadeh, Sh. and Rahaiee, S. 2022. Encapsulation of chia (Saliva hispanica L.) seeds extract with nano-liposomes and basil seed gum and investigation of physicochemical characteristics and its release in simulated gastrointestinal conditions. Iranian Journal of Food Science and Technology, 127(19): 291-303. ‎ DOI: 10.22034/FSCT.19.127.291

Jamshidi, M., Shabani, E., Hashemi, Z. and Ebrahimzadeh. M. A. 2014. Evaluation of three methods for the extraction of antioxidants from leaf and aerial parts of Lythrum salicaria L. (Lythraceae). International Food Research journal, 21(2): 783-788.

Joye, I. J., Davidov-Pardo, G. and McClements, D. J. 2015. Encapsulation of resveratrol in biopolymer particles produced using liquid antisolvent precipitation. Part 2: Stability and functionality. Food Hydrocolloids, 49, 127-134. DOI:10.1016/j.foodhyd.2015.02.038.

Mardani Kiasari, M. and Khademi Shurmasti, D. 2020. Effect of lemon grass (Cymbopogon citratus) extract and nanoclay in nanocomposite coating on the physicochemical and microbial properties of chicken fillets during refrigerated storage. Journal of Food Science and Technology, 17(106): 13-21. DOI: 10.29252/fsct.17.09.02 (In Farsi).

Martins, F.S., Da Conceicao, E.C., Bandeira, E.S. and Silva, J.O.C. 2014. The effects of extraction method on recovery rutin from Calendula officinalis L. (Asteraceae). Pharmacognosy magazine, 10(l3): 569-572. DOI: 10.4103/0973-1296.139785.

Rabiei, K., Bekhradnia, S., Nabavi, S.M., Nabavi, S. F. and Ebrahimzadeh, M. A. 2012. Antioxidant activity of polyphenol and ultrasonic extracts from fruits of Crataegus pentagyna subsp. elburensis. Natural Product Research, 26(24): 2353-2357. DOI: 10.1080/14786419.2012.658799.

Rita Bilia, A., Guccione, C., Isacchi, B., Righeschi, C., Firenzuoli, F. and Camilla, B. 2014. Essentialoils loaded in nanosystems: A developing strategy for a successful therapeutic apprach. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine. 20(14): 1-14. DOI: 10.1155/2014/651593.

Robert, P., Gorena, T., Romero, N., Sepulveda, E., Chavez, J. and Saenz, C. 2010. Encapsulation of polyphenols and anthocyanins from pomegranate (Punica granatum) by spray drying. International journal of food science and technology, 45: 1386-1394. DOI:10.1111/j.1365-2621.2010.02270.x

Saboora, A., Pourbarat, F. and Fallah Hossini, H. 2014. Comparison of different extraction methods for optimizing antioxidant compounds in Origanum majorana L. Journal of Shahid Sadoughi University Medical Science, 21: 693-704 (In Farsi).

Sharifi, M. R. and Sharifi, A. 2013. Optimize the extraction efficiency and anthocyanin extracted from by ultrasound technology to help response surface methodology. Journal of Innovation in Food Science and Technology, 68-74 (In Farsi).

Soottitantawat, A., Bigeard, F., Yoshii, H., Furuta, T., Ohkawara, M. and Linko, P. 2005. Influence of emulsion and powder size on the stability of encapsulated d-limonene by spray drying. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 6: 107-114. DOI:10.1016/j.ifset.2004.09.003.

Tajidin, N. E., Ahmad, S. H., Rosenani, A. B., Azimzh, A. B. and Munirah, M. 2012. Chemical composition and Citral content in lemongrass (Cymbopogon citratus) essential oil at three maturity stages. African Journal of Biotechnology, 11: 2685-2693. DOI: 10.5897/AJB11.

Zulfa, Z., Chia, C. T. and Rukayadi, Y. 2016. In vitro antimicrobial activity of Cymbopogon citratus (lemongrass) extracts against selected foodborne pathogens. International Food Research Journal, 23(3): 1262-1267.

Zuidam, N. J. and Shimoni, E. 2010. Overview of microencapsulates for use in food products or processes and methods to make them. In: Encapsulation technologies for active food ingredients and food processing (editors: N.J. Zuidam & A. Nedovic) Springer, USA, pp.5-6. DOI:10.1007/978-1-4419-1008-0_2.

    

 

Evaluation of Methods of Extraction and Encapsulation of Lemon Grass on Physicochemical Properties of the Extract

 

Sanaz Kamel1, Abdullah Alizadeh Karsalari2 and Dariush Khademi Shurmasti3 

1MSc. student, Department of Agriculture, Savadkooh Branch, Islamic Azad University, Savadkooh, Iran.

2 Assistant Professor, Department of Chemistry, Savadkooh Branch, Islamic Azad University, Savadkooh, Iran.

3 Assistant Professor, Department of Agriculture, Savadkooh Branch, Islamic Azad University, Savadkooh, Iran.

 

* Corresponding Author’s Email: [e-mail]

(Received: May. 15, 2024– Accepted: June. 20, 2024)

 

ABSTRACT

 

This research was conducted to evaluate the extraction methods and also the encapsulation of lemon grass extract on the efficiency of extraction of effective components and some physical properties of the extract. Extraction was done by Soxhlet and ultrasonic methods. The extracts were encapsulated using solutions of wall materials including 𝛽-cyclodextrin and sodium caseinate. The extraction efficiency of the extract was measured and compared in Soxhlet and ultrasonic methods. The results showed that ultrasonic extraction significantly increased the extraction efficiency of citronellol, eugenol, linalool, and betacaryophyllin B compared to the Soxhlet method (p<0.05). Encapsulation of the extract with sodium caseinate compared to 𝛽-cyclodextrin increases the production efficiency of microencapsulation (85.7 vs. 84%), increases moisture content (4.86 vs. 3.9%), and decreases mass density (250.21 vs. 547 kg/ M3) (p<0.05). The score of the sensory properties of lemon grass extract, including colour, smell and taste, was higher in the ultrasound method than in the Soxhlet method, and in sodium caseinate microcapsules, it was higher than 𝛽-cyclodextrin. In general, ultrasonic extraction increased the efficiency of extracting effective substances and coating with sodium caseinate improved the physical and sensory properties of lemon grass extract. Therefore, it is recommended to extract lemon grass by ultrasonic method and encapsulate it with sodium caseinate to improve its use in food, cosmetic and medical industries...

Keywords: 𝛽-cyclodextrin, encapsulation, lemongrass, ultrasound, sodium caseinat        

 

---