بررسی و مقایسه خواص آنتی اکسیدانی و ضدباکتریایی فیکوسیانین استخراج شده از جلبک اسپیرولینا (Spirulina Platensis) در دو فرم خالص و نانو ریزپوشانی شده با پوشش ترکیبی مالتودکسترین-کازئینات سدیم

نویسندگان
رضا صفری 1
زینب رفتنی امیری 2
سهیل ریحانی پول 3
رضا اسماعیل زاده کناری 2
1 استادیار، پژوهشکده اکولوژی دریای خزر، موسسه تحقیقات علوم شیلاتی کشور، سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی، ساری، ایران
2 استاد، گروه مهندسی علوم و صنایع غذایی، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران
3 دانش آموخته دکتری تخصصی، گروه فراوری محصولات شیلاتی، دانشکده شیلات و محیط زیست، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران
10.22034/FSCT.19.127.345
چکیده
به دنبال نگرانی­های ایجادشده در زمینه استفاده از نگهدارنده ­های سنتتیک در مواد غذایی مختلف، توجه به ترکیبات طبیعی با خاصیت نگهدارند­گی ضروری به نظر می­رسد. فیکوسیانینی که از میکروجلبک اسپیرولینا استخراج می­شود، یکی از این ترکیبات است. هدف تحقیق حاضر، استخراج (به روش آنزیمی) و نانو ریزپوشانی این رنگدانه با پوشش ترکیبی مالتودکسترین- کازئینات ­سدیم و ارزیابی فعالیت آنتی­ اکسیدانی و ضد باکتریایی (علیه اشریشیا­کلی، استافیلوکوکوس اورئوس، لیستریا مونوسیتوژنز، یرسینیا­ روکری و استرپتوکوکوس اینیه ایی) نانوکپسول­ها در مقایسه با فیکوسیانین خالص بود. نتایج نشان داد با افزایش غلظت فیکوسیانین (در هر دو فرم خالص و نانو ریزپوشانی­شده)، فعالیت آنتی­اکسیدانی و ضد باکتریایی تیمار­ها به صورت معنی­داری افزایش می­یابد (05/0>p). مقایسه خواص تیمارها در روزهای صفر و 60 (نگهداری در دمای 18- درجه سانتی­گراد) نشان داد که فعالیت آنتی­ اکسیدانی و ضد باکتریایی فیکوسیانین خالص با گذشت زمان نگهداری به صورت معنی­داری کاهش می­یابد (05/0>p). اما تکنیک نانو ریزپوشانی از تغییر خواص مذکور جلوگیری و به حفظ آن­ها کمک می­کند. در بین باکتری­های گرم­ مثبت، لیستریا مونوسیتوژنز نسبت به دو باکتری دیگر حساس­تر بوده و تمامی غلظت­های مورد استفاده دارای اثر مهار­کننده بر این باکتری بودند. استافیلوکوکوس اورئوس به دو غلظت 5/2 و 5 و استرپتوکوکوس اینیه­ایی به سه غلظت 5/2، 5 و 10 میکروگرم بر میلی­لیتر مقاوم بودند. در بین دو باکتری گرم ­منفی، یرسینیا روکری از حساسیت بیشتری برخوردار بوده و غلظت­های مورد استفاده، به استثنای غلظت­های 5/2 و 5 میکروگرم بر میلی­لیتر، دارای اثر مهار­کننده بر هر دو باکتری بودند. مطابق نتایج روش رقیق­سازی، برای باکتری­های مورد مطالعه، دامنه MIC بین 500-50 و MBC بین 500-100 میکروگرم بر میلی­لیتر بود. ضمن اینکه کمترینMIC برای لیستریا مونوسیتوژنز و بیشترین MBC برای استرپتوکوکوس ­اینیه­ایی ثبت شد. از این تحقیق می­توان نتیجه گرفت که اولا فیکوسیانین خالص دارای فعالیت آنتی­اکسیدانی و ضد باکتریایی است؛ دوما نانو ریزپوشانی این رنگدانه با پوشش ترکیبی مالتودکسترین-کازئینات سدیم موجب ارتقای این خواص و ثبات آن­ها در طول دوره نگهداری می­­گردد.
کلیدواژه‌ها
اسپیرولینا
فیکوسیانین
نانو ریزپوشانی
خواص آنتی‌اکسیدانی
خواص ضدباکتریایی

موضوعات

عنوان مقاله English

Evaluation and comparison of antioxidant and antibacterial properties of phycocyanin extracted from spirulina algae (Spirulina Platensis) in both pure and nanoencasulated forms with maltodextrin-sodium caseinate combination coating

نویسندگان English

Reza Safari 1
Zeynab Raftani Amiri 2
Soheyl Reyhani Poul 3
Reza Esmaeilzadeh Kenari 2
1 Assistant professor, Caspian Sea Ecology Research Institute, Fisheries Science Research Institute, Agricultural Education and Extension Research Organization, Sari, Iran
2 Professor, Department of Food Science and Technology, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran
3 PhD Graduated, Department of Processing of Fishery Products, Faculty of Fisheries and Environment, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
چکیده English

Following the concerns created in the field of using synthetic preservatives in various foods, it seems necessary to pay attention to natural compounds with preservative properties. Phycocyanin extracted from spirulina microalgae is one of these compounds. The aim of the present study was to extract (using enzymatic method) and nanoencapsulation of this pigment with maltodextrin-sodium caseinate combination coating and evaluate the antioxidant and antibacterial activity (against Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Yersinia ruckeri and Streptococcus iniae) of nanocapsules in comparison with pure phycocyanin. The results showed that with increasing the concentration of phycocyanin (in both pure and nanoencapsulated forms), the antioxidant and antibacterial activity of the treatments increased significantly (p<0.05). Comparison of the properties of the treatments on days 0 and 60 (stored at -18°C) showed that the antioxidant and antibacterial activity of pure phycocyanin was significantly reduced over time (p<0.05). But the nanoencapsulation technique prevents the mentioned properties from changing and helps to preserve them. Among gram-positive bacteria, Listeria monocytogenes was more sensitive than the other two bacteria and all concentrations used had an inhibitory effect on this bacteri. Staphylococcus aureus was resistant to two concentrations of 2.5 and 5 μg/ml and Streptococcus iniae to three concentrations of 2.5, 5 and 10 μg/ml. Among the two gram-negative bacteria, Yersinia ruckeri was more sensitive and the concentrations used, with the exception of concentrations of 2.5 and 5 μg/ml, had an inhibitory effect on both bacteria. According to the results of the dilution method, for the studied bacteria, the MIC range was between 50-500 and the MBC between 100-500 μg/ml. Also, the lowest MIC was recorded for Listeria monocytogenes and the highest MBC was recorded for Streptococcus iniae. It can be concluded from this research that first, pure phycocyanin has antioxidant and antibacterial activity; second, nanoencapsulation of this pigment with combined coating of maltodextrin-sodium caseinate improves these properties and their stability during the storage period.

کلیدواژه‌ها English

Spirulina
Phycocyanin
Nanoencapsulation
Antioxidant properties
Antibacterial properties
[1] Kuddus, M., Singh, P., Thomas, G., and Al-Hazimi, A. Recent developments in production and biotechnological applications of C-phycocyanin. BioMed research international, 2013; 1-9
[2] Dewi, E. N., Purnamayati, L., and Kurniasih, R. A. Antioxidant activities of phycocyanin microcapsules using maltodextrin and carrageenan as coating materials. Jurnal Teknologi, 2016; 78(4): 45–50.
[3] Suzery, M., Majid, D., Setyawan, D., and Sutanto, H. Improvement of stability and antioxidant activities by using phycocyanin-chitosan encapsulation technique. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 55, No. 1, p. 012052), 2017; IOP Publishing.
[4] Muthulakshmi, M., Saranya, A., Sudha, M., and Selvakumar, G. Extraction, partial purification, and antibacterial activity of phycocyanin from Spirulina isolated from fresh water body against various human pathogens. Journal of Algal Biomass Utilization, 2012; 3(3): 7-11.
[5] Quirós-Sauceda, A. E., Ayala-Zavala, J. F., Olivas, G. I., and González-Aguilar, G. A. Edible coatings as encapsulating matrices for bioactive compounds: a review. Journal of food science and technology, 2014; 51(9): 1674-1685.
[6] Özkan, G., and Bilek, S. E. Microencapsulation of natural food colourants. International Journal of Nutrition and Food Sciences, 2014; 3(3), 145-156.
[7] Gibbs B. F. Encapsulation in the food industry: A review. International Journal of Food Sciences and Nutrition, 1999; 50: 213-224.
[8] Nedovic, V., Kalusevic, A., Manojlovic, V., Levic, S., and Bugarski, B. An overview of encapsulation technologies for food applications. Procedia Food Science, 2011; 1: 1806-1815.
[9] Yan, M., Liu, B., Jiao, X., and Qin, S. Preparation of phycocyanin microcapsules and its properties. Food and bioproducts processing, 2014; 92(1): 89-97.
[10] Machado, A. R., Assis, L. M., Costa, J. A. V., Badiale-Furlong, E., Motta, A. S., Micheletto, Y. M. S., and Souza-Soares, L. A. Application of sonication and mixing for nanoencapsulation of the cyanobacterium Spirulina platensis in liposomes. International Food Research Journal, 2014; 21(6): 2201.
[11] Kamble, S. P., Gaikar, R. B., Padalia, R. B., and Shinde, K. D. Extraction and purification of C-phycocyanin from dry Spirulina powder and evaluating its antioxidant, anticoagulation and prevention of DNA damage activity. Journal of Applied Pharmaceutical Science, 2013; 3(8): 149-153
[12] Prabakaran, P., and Ravindran, A. D. Efficacy of different extraction methods of phycocyanin from Spirulina platensis. International Journal of Research in Pharmacy and Life Sciences, 2013; 1(1): 15-20.
[13] Murugan, T., and Rajesh, R. Cultivation of two species of Spirulina (Spirulina platensis and Spirulina platensis var lonar) on sea water medium and extraction of C-phycocyanin. European Journal of Experimental Biology, 2014; 4(2): 93-97.
[14] Leema, J. M., Kirubagaran, R., Vinithkumar, N. V., Dheenan, P. S., and Karthikayulu, S. High value pigment production from Arthrospira (Spirulina) platensis cultured in seawater. Bioresource technology, 2010; 101(23): 9221-9227.
[15] Patil, G., Chethana, S., Sridevi, A. S., and Raghavarao, K. S. M. S. Method to obtain C-phycocyanin of high purity. Journal of chromatography A, 2006; 1127(1-2): 76-81.
[16] Jerley A. A and Prabu D. M. Purification, characterization and antioxidant properties of C-Phycocyanin from Spirulina platensis. Scrutiny International Research Journal of Agriculture, Plant Biotechnology and Bio Products, 2015; 2(1): 7-15.
[17] Zhu, Q. Y., Hackman, R. M., Ensunsa, J. L., Holt, R. R., & Keen, C. L. Antioxidative activities of oolong tea. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2002; 50(23): 6929-6934.
[18] Ismaiel, M. M. S., El-Ayouty, Y. M., and Piercey-Normore, M. Role of pH on antioxidants production by Spirulina (Arthrospira) platensis. Brazilian journal of microbiology, 2016; 47: 298-304.
[19] Sarada, R. M. G. P., Pillai, M. G., and Ravishankar, G. A. Phycocyanin from Spirulina sp: influence of processing of biomass on phycocyanin yield, analysis of efficacy of extraction methods and stability studies on phycocyanin. Process biochemistry, 1999; 34(8): 795-801.
[20] Zgoda, J. R., and Porter, J. R. A convenient microdilution method for screening natural products against bacteria and fungi. Pharmaceutical Biology, 2001; 39(3): 221-225.
[21] Sitohy M., Osman A., Ali Abdel G. and Salama A. Antibacterial phycocyanin from Anabaena oryzae SOS13. International Journal of Applied Research in Natural Products, 2015; 8(4): 27-36.
[22] Martínez-Palma, N., Martínez-Ayala, A., and Dávila-Ortiz, G. Determination of antioxidant and chelating activity of protein hydrolysates from spirulina (Arthrospira maxima) obtained by simulated gastrointestinal digestion. Revista mexicana de ingeniería química, 2015; 14(1): 25-34.
[23] Estrada, J. P., Bescós, P. B., and Del Fresno, A. V. Antioxidant activity of different fractions of Spirulina platensis protean extract. Il farmaco, 56(5-7): 497-500.
[24] Paliwal, C., Ghosh, T., Bhayani, K., Maurya, R., and Mishra, S. Antioxidant, anti-nephrolithe activities and in vitro digestibility studies of three different cyanobacterial pigment extracts. Marine drugs, 2015; 13(8): 5384-5401.
[25] Bermejo, P., Piñero, E., and Villar, Á. M. Iron-chelating ability and antioxidant properties of phycocyanin isolated from a protean extract of Spirulin aplatensis. Food chemistry, 2008; 110(2): 436-445.
[26] Ismaiel, M. M., El-Ayouty, Y. M., and Piercey-Normore, M. D. Antioxidants characterization in selected cyanobacteria. Annals of microbiology, 2014; 64(3): 1223-1230.
[27] Leyva Salas, M., Mounier, J., Valence, F., Coton, M., Thierry, A., and Coton, E. Antifungal microbial agents for food biopreservation—a review. Microorganisms, 2017; 5(37): 1-35.
[28] Song, S. K., Beck, B. R., Kim, D., Park, J., Kim, J., Kim, H. D., and Ringø, E. Prebiotics as immunostimulants in aquaculture: a review. Fish & shellfish immunology, 2014; 40(1): 40-48.
[29] Cerezuela, R., Meseguer, J., and Esteban, M. A. Current knowledge in synbiotic use for fish aquaculture: a review. Journal of Aquaculture Research and Development S, 2011; 1, 1-7.
[30] Mohite, Y. S., Shrivastava, N. D., and Sahu, D. G. Antimicrobial activity of C-phycocyanin from Arthrospira platensis isolated from extreme haloalkaline environment of Lonar Lake. Journal of Environmental Science, Toxicology and Food Technology, 2015; 1(4): 40-45.
[31] Sarada, D. V., Kumar, C. S., and Rengasamy, R. Purified C-phycocyanin from Spirulina platensis (Nordstedt) Geitler: a novel and potent agent against drug resistant bacteria. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 2011; 27(4): 779-783.
[32] El-Baz, F. K., El-Senousy, W. M., El-Sayed, A. B., and Kamel, M. M. In vitro antiviral and antimicrobial activities of Spirulina platensis extract. Journal of Applied Pharmaceutical Science, 2013; 3(12): 52-56.
[33] Kumar, V., Bhatnagar, A. K., and Srivastava, J. N. Antibacterial activity of crude extracts of Spirulina platensis and its structural elucidation of bioactive compound. Journal of Medicinal Plants Research, 2011; 5(32): 7043-7048.
[34] Mala, R., Sarojini, M., Saravanababu, S., and Umadevi, G. Screening for antimicrobial activity of crude extracts of Spirulina platensis. Journal of Cell and Tissue Research, 2009; 9(3): 1951.