استخراج بتاکاروتن با استفاده از حلال سبز: تاثیر پیش‌تیمارهای آنزیمی و سورفاکتانت

نویسندگان
بهرام فتحی آچاچلویی 1
مهدی جلالی جیوان 2
حسن احمدی گاولیقی 2
1 گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی
2 گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تربیت مدرس
10.52547/fsct.17.100.67
چکیده
با توجه به افزایش درخواست مصرف­کنندگان به استفاده از مواد غذایی سالم و ایمن، توسعه­ی یک روش سالم­تر برای استخراج ترکیبات غذایی در مقایسه با حلال­های آلی نیاز جدی پیش روی صنعت غذای کشور است. از طرف دیگر صنایع تولید آبمیوه فرصت خوبی برای استفاده از ضایعات تولید شده در این واحدها را برای استخراج ترکیبات زیست­فعال از قبیل کاروتنوئیدها فراهم می­کند. از اینرو هدف پژوهش حاضر استخراج بتاکاروتن به عنوان کاروتنوئید اصلی هویج، از ضایعات تفاله­ی هویج با استفاده از حلال سبز (آب مقطر حاوی 2­% اتانول و 4­% سورفاکتانت) می­باشد. نتایج نشان داد که در بین حلال­های آلی مورد مطالعه، 1-پروپانول و اتانول به ترتیب با 56/0 و 51/0 میلی­گرم بر گرم پودر هویج، بدون داشتن تفاوت آماری معنی­دار با هم (05/0<P) بالاترین کارایی را در استخراج یک مرحله­ای نشان دادند، در حالی­که استخراج 4 مرحله­ای اتانول ( mg/g CP92/0) کارایی بالاتری از حلال 1-پروپانول (mg/g CP87/0) داشت. همچنین، کارایی پائین حلال سبز آب مقطر حاوی 2­% اتانول (mg/g CP04/0) بعد از اعمال پیش­تیمار آنزیمی (61 واحد پکتینازی از آنزیم پکتیناز تجاری) به شکل معنی­داری افزایش یافت (mg/g CP18/0) که کارایی بالاتری نسبت به آنزیم­های سلولاز مورد مطالعه (Celluclast 1.5 L و Celluclast BG) داشت. علاوه بر این، حضور 4­% از هر یک از سورفاکتانت­های لسیتین سویا، اسپن 20، تویین 20 و 80 منجر به افزایش چشمگیر کارایی استخراج حلال سبز گردید که در این بین، تویین 80 کارایی بالاتری را نشان داد ( mg/g CP29/0). در کل تمامی سورفاکتانت­ها با پیش­تیمار آنزیمی اثر هم­افزایی داشته و ترکیب پیش تیمار پکتینازی با تویین 80 منجر به افزایش کارایی تا 62­% حلال آلی (اتانول چهارمرحله­ای) گردید و نهایتا پیش­تیمار آنزیمی و استفاده همزمان از سورفاکتانت­های تویین 80 و اسپن 20 (1:1 w/w)، این کارایی را تا بیش از 90­% اتانول افزایش داد ( mg/g CP84/0).
کلیدواژه‌ها
بتاکاروتن
حلال سبز
آنزیم
سورفاکتانت

موضوعات

عنوان مقاله English

Beta-Carotene Extraction via Green-Solvent: Effect of Enzyme and Surfactant Pretreatments

نویسندگان English

Bahram Fathi-Achachlouei 1
Mehdi Jalali Jivan 2
Hasan Ahmadi Gavlighi 2
1 University of Mohaghegh Ardabili
2 Tarbiat Modares University
چکیده English

To meet the consumer's interests for natural remedies, food and pharmaceutical industries calls for a safe and green methods for food aims extraction. Besides, carrot juice industry, possess high potential for processing the less expensive by-products to extract high-value ingredients named carotenoids. The purpose of the present study was therefore to extract beta-carotene from carrot pomace using green solvent (distilled water containing 2% ethanol and 4% surfactant). Results showed that among the used solvents for one-cycle extraction, 1-propanol and ethanol without significant differences (P> 0.05) were the most efficient with respectively 0.56 and 0.51 mg/g of CP beta-carotene content. Whiles, for four-cycle extraction the ethanol was the most capable (0.92 mg/g of CP). In addition, the poor ability of 2% ethanol containing distilled water (0.04 mg/g of CP) was significantly increased in the expense of enzyme hydrolysis via Endozym ® Pectofruit (61 U as pectinase activity). Moreover, the 4% of all of the surfactants (soy lecithin, span 20, tween 20 and 80) were significantly increased the extraction capability of the green solvent, wherein, the highest beta-carotene content was extracted with tween 80 (0.29 mg/g of CP). As well, all surfactants showed synergistic effect with enzyme pretreatment resulting up to 62% efficiency for tween 80 compared to four-cycle extraction with ethanol. All in all, the composed of distilled water: ethanol: tween 80: span 20 (94:2:2:2) led to a green extraction of beta-carotene from carrot pomace with 0.84 mg/ g of CP beta-carotene content and 90% extraction yield.

کلیدواژه‌ها English

Beta-carotene
Green solvent
Enzyme
surfactant
[1] Böhm, V., Puspitasari-Nienaber, N.L., Ferruzzi, M.G. and Schwartz, S.J. 2002. Trolox equivalent antioxidant capacity of different geometrical isomers of α-carotene, β-carotene, lycopene, and zeaxanthin. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 50(1): 2, 221-226.
[2] Sharoni, Y., Linnewiel‐Hermoni, K., Khanin, M., Salman, H., Veprik, A., Danilenko, M. and Levy, J. 2012. Carotenoids and apocarotenoids in cellular signaling related to cancer: a review. Molecular nutrition & food research, 56(2): 259-269.
[3] Fikselová, M., Šilhár, S., Mareček, J. and Frančáková, H. 2008. Extraction of carrot (Daucus carota L.) carotenes under different conditions. Czech Journal of Food Sciences, 26(4): 268-274.
[4] Andrade Lima, M., Charalampopoulos, D. and Chatzifragkou, A. 2018. Optimisation and modelling of supercritical CO2 extraction process of carotenoids from carrot peels. The Journal of Supercritical Fluids, 133: 94-102.
[5] Stahl, W. and Sies, H. 2005. Bioactivity and protective effects of natural carotenoids. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Molecular Basis of Disease, 1740(2): 101-107.
[6] Jalali‐Jivan, M., Abbasi, S. and Scanlon, M.G. 2019. Microemulsion as nanoreactor for lutein extraction: Optimization for ultrasound pretreatment. Journal of Food Biochemistry: e12929.
[7] Jivan, M.J. and Abbasi, S. 2018. An attempt to cast light into lutein extraction and its alkali optimization. Journal of Food Measurement and Characterization: 1-8.
[8] Fish, W.W., Perkins-Veazie, P. and Collins, J.K. 2002. A Quantitative Assay for Lycopene That Utilizes Reduced Volumes of Organic Solvents. Journal of Food Composition and Analysis, 15(3): 309-317.
[9] Craft, N.E. and Soares, J.H. 1992. Relative solubility, stability, and absorptivity of lutein and .beta.-carotene in organic solvents. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 40(3): 431-434.
[10] Ofori‐Boateng, C. and Lee, K. 2013. Response surface optimization of ultrasonic‐assisted extraction of carotenoids from oil palm (E laeis guineensis Jacq.) fronds. Food science & nutrition, 1(3): 209-221.
[11] Rafajlovska, V., Slaveska-Raicki, R., Koleva Gudeva, L. and Klopceska, J. 2007. Spice paprika oleoresin extraction under different conditions involving acetone and ethanol. Journal of Food, Agriculture & Environment, Helsinki-Finland: 65-69.
[12] Dutta, D., Raychaudhuri, U. and Chakraborty, R. 2005. Retention of ß-carotene in frozen carrots under varying conditions of temperature and time of storage. African Journal of Biotechnology, 4(1): 102-103.
[13] Gul, K., Tak, A., Singh, A., Singh, P., Yousuf, B. and Wani, A.A. 2015. Chemistry, encapsulation, and health benefits of β-carotene-A review. Cogent Food & Agriculture, 1(1): 1018696.
[14] Xianquan, S., Shi, J., Kakuda, Y. and Yueming, J. 2005. Stability of lycopene during food processing and storage. Journal of medicinal food, 8(4): 413-422.
[15] Calvo, M.M., Dado, D. and Santa-María, G. 2007. Influence of extraction with ethanol or ethyl acetate on the yield of lycopene, β-carotene, phytoene and phytofluene from tomato peel powder. European Food Research and Technology, 224(5): 567-571.
[16] Castenmiller, J.J. and West, C.E. 1998. Bioavailability and bioconversion of carotenoids. Annual review of nutrition, 18(1): 19-38.
[17] Hanmoungjai, P., Pyle, D.L. and Niranjan, K. 2002. Enzyme‐assisted water‐extraction of oil and protein from rice bran. Journal of Chemical Technology & Biotechnology: International Research in Process, Environmental & Clean Technology, 77(7): 771-776.
[18] Lavecchia, R. and Zuorro, A. 2008. Improved lycopene extraction from tomato peels using cell-wall degrading enzymes. European Food Research and Technology, 228(1): 153.
[19] Cho, Kim, S., Bae, E.K., Mok, C. and Park, J. 2008. Formulation of a cosurfactant‐free o/w microemulsion using nonionic surfactant mixtures. Journal of Food Science, 73(3): E115-E121.
[20] Li, Ghosh, A., Wagner, R.F., Krill, S., Joshi, Y.M. and Serajuddin, A.T.M. 2005. Effect of combined use of nonionic surfactant on formation of oil-in-water microemulsions. International Journal of Pharmaceutics, 288(1): 27-34.
[21] Roohinejad, S., Oey, I., Everett, D.W. and Niven, B.E. 2014. Evaluating the Effectiveness of β-Carotene Extraction from Pulsed Electric Field-Treated Carrot Pomace Using Oil-in-Water Microemulsion. Food and Bioprocess Technology, 7(11): 3336-3348.