Evaluation of the effect of ultrasound-assisted variables on phenolic compounds extraction from almond(Prunus amygdalus) hull

محورهای موضوعی : مجله گیاهان دارویی

ویکتوریا مسعودی ¹ ( گروه مهندسی شیمی، گرایش علوم و صنایع غذایی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرضا شهرضا، ایران )
اعظم اعرابی ² ( گروه علوم و صنایع غذایی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرضا، شهرضا، ایران )

تاریخ دریافت : 1399/01/18 تاریخ پذیرش : 1399/04/15 تاریخ انتشار : 1398/04/10

کلید واژه: Antioxidant capacity, ultrasound, phenolic compounds, Almond (Prunus amygdalus),

چکیده مقاله :

Background & aims: Extraction of major phenolic compounds from agricultural crop residues is important for the development of value-added products. Almond (Prunus amygdalus) is one of the most indigenous fruit crops that is grown in large quantities in Iran. Almond hulls are considered as by-product which are used only for animal feed. The aim of this study was to compare the phenolic compounds extraction yield from almond hulls using ultrasound and percolation methods. Experimental: An optimization procedure using central composite design (CCD) with 4 factors (solvent, frequency, time and temperature) at 5 levels was used in order to investigate the effect of these parameters on the extraction. Finally, the effect of solid to solvent ratio on phenolic compounds extraction was evaluated and compared with soxhlet method. Results: The results indicated that the optimum extraction conditions is found to be 86% ethanol, 50 °C , 75 min and 163 Hz for temperature, time and frequency, respectively. In addition, the extraction of phenolic compounds was evaluated in different ratios of solid to solvent (10: 1, 20: 1, 30: 1, 40: 1(w / w) at the optimum conditions and antioxidant activity of the extracts was measured by DPPH method. The maximum extraction of phenolic compounds was obtained in the ratio of 40: 1(w / w) with the amount of 1134.19± 0.23 mg/g of dry matter. The maximum free radical scavenging activity of the extract was 87.42% for ultrasound extraction which was significantly (α<0.05) different from percolation method. Recommended applications/industries: Application of new techniques including ultrasound in the extraction of phenolic compounds can be an effective method not only to increase the extraction yield of phenolic compounds but also due to the shorter extraction time, less damage is done to these compounds.

چکیده انگلیسی:

مقدمه و هدف: استخراج ترکیبات فنولی از باقی مانده محصولات کشاورزی برای توسعه محصولات با ارزش افزوده مهم است. بادام(Prunusamygdalus)یکی از محصولات کشاورزی بومی کشور است که به مقدار زیاد در کشور پرورش داده می‌شود. در این مطالعه از پوست سبز بادام به­ عنوان یک محصول جانبی که امروزه صرفاً برای تغذیه دام استفاده می‌شود جهت بررسی استخراج ترکیبات فنولیک و خاصیت آنتی­اکسیدانی آنها استفاده شده است. روش تحقیق: در این تحقیق استخراج ترکیبات فنولی با استفاده از امواج فراصوت به روش سطح پاسخ و با کمک نرم­ افزار مینی تب مورد بررسی قرار گرفته و اثر چهار پارامتر دما، زمان تیمار با فراصوت، فرکانس امواج فراصوت و غلظت اتانول هر کدام در پنج سطح بر میزان استخراج ترکیبات فنولی مورد بررسی و بهینه‌سازی قرار گرفت. در نهایت تاثیر نسبت حلال به ماده جامد بر میزان استخراج این ترکیبات بررسی شده م با روش متداول سوکسله مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج و بحث: نتایج آزمون­ها بر اساس طراحی انجام شده نشان داد که مقدار بهینه استخراج در شرایطی که اتانول 86 %، دما 50 درجه سانتی‌گراد، زمان 75 دقیقه و فرکانس 163هرتز باشد به‌دست می‌آید. همچنین تأثیر نسبت حلال به ماده جامد (پوست بادام ) در نسبت­های (w/w 1:10، 1:20، 1:30، 1:40) طبق شرایط بهینه به­ دست آمده در مرحله قبل با امواج فراصوت ارزیابی گردید و ظرفیت آنتی­اکسیدانی عصاره­ های استخراج شده در این شرایط با روش مهار رادیکال آزادDPPHاندازه­گیری گردید. نتایج نشان داد بیشترین مقدار ترکیبات فنولیک و ظرفیت آنتی اکسیدانی در نسبت 40:1 حلال به ماده جامد به ترتیب برابر 19/1134 میلی­گرم بر گرم ماده خشک و 42/87 درصد به دست آمد. نتایج این نسبت از حلال و ماده جامد با نتایج به­دست آمده از استخراج ترکیبات فنولیک با روش سوکسله و در حضور اتانول خالص تفاوت معناداری را در ترکیبات فنولیک و ظرفیت آنتی‌اکسیدانی آن نشان داد. توصیه‌های کاربردی/ صنعتی:. کاربرد تکنیک‌های جدید از جمله امواج فراصوت در استخراج ترکیبات فنولی از منابع گیاهی می‌تواند راهکار موثری نه تنها برای افزایش میزان استخراج این ترکیبات باشد بلکه به دلیل زمان کوتاهتر، آسیب کمتری نیز به این ترکیبات وارد می‌شود.

منابع و مأخذ:

 Abbasi, A.M., Shah, M.H., Li, T., Fu, X., Guo, X., Liu, R.H. 2015. Ethnomedicinal values, phenolic contents and antioxidant properties of wild culinary vegetables. Journal of Ethnopharmacology, 162: 333-345.

Adjé, F.A., Lozano, Y.F., Le Gerneve, C., Lozano, P.R., Meudec, E., Adima, A.A., Gaydou, E.M. 2012. Phenolic acid and flavonol water extracts of Delonix regia red flowers. Industrial Crops and Products, 37 (1): 303-310.

Baba, S.A., Malik, S.A. 2015. Determination of total phenolic and flavonoid content,  antimicrobial and antioxidant activity of a root extract of Arisaema jacquemontii Blume. Journal of Taibah University for Science, 9(4): 449-454.

Dahmoune, F., Remini, H., Dairi, S., Aoun, O., Moussi, K., Bouaoudia-Madi, N., Adjeroud, N., Kadri, N., Lefsih, K., Boughani, L., Mouni, L., Nayak, B., Madani, K. 2015. Ultrasound assisted extraction of phenolic compounds from P. lentiscus L. leaves: Comparative study of artificial neural network (ANN) versus degree of experiment for prediction ability of phenolic compounds recovery. Industrial Crops and Products, 77: 251-261.

Galiñanes, C., Freire, M.S., Gonzalez-Alvarez, J. 2015. Antioxidant activity of phenolic extracts from chestnut fruit and forest industries residues. European Journal of Wood and Wood Products, 73: 651-659.

Ghafoor, K., Choi, Y.H. 2009. Optimization of ultrasound assisted extraction of phenolic compounds and antioxidants from grape peel through response surface methodology. Journal of the Korean Society for Applied Biological Chemistry, 52 (29): 300-305.

Hajimehdipoor, H., Khanavi, M., Shekarchi, M., Abedi, Z., Pirali Hamedani, M. 2009. Investigation of the best method for extraction of phenolic compounds from Echinaceae purpurea L. (Moench). Journal of Medicinal Plants, 8(32): 145-152.

Hayat, K., Hussain, S., Abbas, S., Farooq, U., Ding, B., Xia, S., Jia, C., Zhang, X., Xia, W. 2009. Optimized microwave-assisted extraction of phenolic acids from citrus mandarin peels and evaluation of antioxidant activity in vitro. Separation and Purification Technology, 70(1): 63-70.

Jahanban, A.E., Heidari, R., Hasanzadeh, A., Jamei, R. 2010. Antioxidant and antiradical activities of phenolic extracts from Iranian almond (Prunus amygdalus L.) hulls and shells. Turkish Journal of Biology, 34: 165-173.

Kamali, F., Sadeghi Mahoonak, A.R., Nasirifar, Z. 2015. The effect of ultrasound-assisted conditions on the extraction of phenolic compoundsand flavonoids from autumn olive fruits (Elaeagnus Umbellate). Journal of food technology and nutrition, 12(2): 23-32.

Lou, S.N., Lai, Y.C., Hsu, Y.S., Ho, C.T. 2016. Phenolic content, antioxidant activity and effective compounds of kumquat extracted bydifferent solvents. Food Chemistry, 197: Part A, 1-6.

Mohagheghi Samarin, A., Poorazarang, H., Elhamirad, A.H., Dezashibi, Z., Hematyar, N. 2010. Extraction of phenolic compounds from potato peel (Ramus Variey) with solvent and ultrasound-assissted methods and evaluation of evaluation of its antioxidant activity in soybean oil. Iranian journal of food science and technology, 8(1): 81-91.

Montgomery, D.C. 2012. Design-and-Analysis of Experiments-Wiley.8^th edition, pp. 757.

Nasiri far, Z., Sadeghi Mahoonak, A., Kamali, F. 2013. Effect of extraction condition with two ultrasonic methods on phenolic, flavonoids and DPPH free radical scavenging of Celtis australis extract. Journal of Food Processing and Preservation, 5: 115-129.

Pereira, P., Bernardo-Gil, M.G., Cebola, M.J., Mauricio, E., Romano, A. 2013. Supercritical fluid extracts with antioxidant and antimicrobial activities from myrtle (Myrtus communis L.) leaves. Response surface optimization. The Journal of Supercritical Fluids, 83: 57-64.

Rodrigues, S., Pinto, G.A.S. 2007. Ultrasound extraction of phenolic compounds from coconut (Cocos nucifera) shell powder. Journal of food engineering, 80(3): 869-872.

Sharmila, G., Nikitha, V.S., Ilaiyarasi, S., Dhivya, K., Rajasekar, V., Kumar, N.M., Muthukumaran, K., Muthukumaran, C. 2016. Ultrasound assisted extraction of total phenolics from Cassia auriculata leaves and evaluation of its antioxidant activities. Industrial Crops and Products, 84: 13-21.

Tao, Y., Wu, D., Zhang, Q.A., Sun, D.W. 2014. Ultrasound-assisted extraction of phenolics from wine lees: Modeling, optimization and stability of extracts during storage. Ultrasonics Sonochemistry, 21(2): 706-715.

Uma, D.B., Ho, C.W., Wan Aida, W.M. 2010. Optimization of extraction parameters of total phenolic compounds from Henna (Lawsonia inermis) leaves. Sains Malaysiana, 39(1): 119-128.

Wang, X., Wu, Y., Chen, G., Yue, W., Liang, Q., Wu, Q. 2013. Optimisation of ultrasound assisted extraction of phenolic compounds from Sparganii rhizoma with response surface methodology. Ultrasonics Sonochemistry, 20(3): 846-854.

Yingngam, B., Monschein, M., Brantner, A. 2014. Ultrasound-assisted extraction of phenolic compounds from Cratoxylum formosum ssp. formosum leaves using central composite design and evaluation of its protective ability against H₂O₂-induced cell death. Asian Pacific Journal of Tropical Medicine 7(Supplement 1): S497-S505.

Zeljkovic, S.C., Topcagic, A., Pozgan, F., Stefane, B., Tarkowski, P., Maksimovic, M. 2015. Antioxidant activity of natural and modified phenolic extracts from Satureja montana L. Industrial Crops and Products, 76: 1094-1099.

Zhang, Q.A., Zhang, Z.Q., Yue, X.F., Fan, X.H., Li, T., Chen, S.F. 2009. Response surface optimization of ultrasound-assisted oil extraction from autoclaved almondpowder. Food Chemistry, 116(2): 513-518.