amir bahri
-
سابقه و هدف
آستاگزانتین رنگدانه کارتنوئیدی با رنگ نارنجی-قرمز است که به دلیل داشتن اتم های کربن، هیدروژن و اکسیژن در ساختار خود، در گروه گزانتوفیل ها طبقه بندی می شود. این رنگدانه در بین مشتقات اکسیژن دار کاروتنوئیدی بالاترین میزان را دارا است. منابع آستاگزانتین را می توان به دو گروه عمده طبیعی و سنتزی تقسیم کرد. بازیابی کارتنوئیدهایی مانند آستاگزانتین از محصولات جانبی جامد میگو و سخت پوستان به دلیل کاربرد آن در صنایع دارویی، شیمیایی، غذایی و خوراک دام، به علت رنگ دهی و خواص آنتی اکسیدانی به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است. بنابراین این مطالعه با هدف مقایسه استخراج آستاگزانین از پوسته میگوی موزی ((Fenneropenaeus merguiensis و سخت پوست گاماروس(Pontogammarus maeoticus) به کمک روش سنتی خیساندن و روش اولتراسوند با استفاده از میکروامولسیون مایع یونی در آب انجام شد.
مواد و روش هاابتدا پودر نمونه ها با استفاده از خشک کن انجمادی تهیه شدند. پس از تهیه نمونه ها و میکروامولسیون مایع یونی در آب با نسبت 5 برابر حلال به نمونه، فرایند استخراج به کمک روش خیساندن در دمای اتاق به مدت 24 ساعت و روش اولتراسوند تحت دمای محیط با توان 60وات و زمان 30 دقیقه انجام شد. آنالیز استخراج آستاگزانتین به کمک اسپکتروفتومتر انجام شد. آزمون های مقدار استخراج آستاگزانتین، مقدار کاروتنوئید کل، درصد بازده استخراج و فعالیت آنتی اکسیدانی مورد بررسی قرار گرفتند. برای سنجش فعالیت آنتی اکسیدانی از روش DPPH استفاده شد.
یافته هابیشترین میزان آستاگزانتین استخراج شده از میگوی موزی (Fenneropenaeus merguiensis) 09/1± 30/76 میلی گرم بر میلی لیتر به کمک روش اولتراسوند بدست آمد. بنابراین میگوی موزی Fenneropenaeus merguiensis نسبت به سخت پوست گاماروس (Pontogammarus maeoticus) منبع بهتری برای استخراج آستاگزانتین بود. علاوه براین یافته ها نشان داد که روش اولتراسوند نسبت به روش خیساندن کارایی بالاتری دارد و بازده استخراج برای میگوی موزی Fenneropenaeus merguiensis با استفاده از روش اولتراسوند و خیساندن به ترتیب 95 % و 59 % بود. مقدار کاروتنوئید کل برای میگوی موزی Fenneropenaeus merguiensis به روش خیساندن و اولتراسوند به ترتیب 33/1±98/77 و 46/0±77/79 میلی لیتر بر گرم بود. همچنین فعالیت آنتی اکسیدانی آستاگزانتین استخراج شده از روش سنتی بالاتر از روش اولتراسوند بود از طرف دیگر در مقایسه با آنتی اکسیدان سنتزی BHTبا افزایش غلظت همواره فعالیت آنتی اکسیدانی آستاگزانتین در هر دو روش پایین تر از BHT بود.
نتیجه گیریبه طور کلی نتایج حاصل از این پژوهش اهمیت ضایعات و روش-های نوین در استخراج ترکیبات با ارزش را نشان داد. طوری که از بین دو منبع انتخاب شده برای استخراج آستاگزانتین میگوی موزی Fenneropenaeus merguiensis)) نسبت به سخت پوست گاماروس (Pontogammarus maeoticus) منبع بهتری بود. از طرف دیگر یافته ها نشان داد که روش اولتراسوند می تواند جایگزین مناسبی برای روش های سنتی استخراج باشد زیرا عملکرد و کارایی بالاتری داشت.
کلید واژگان: آستاگزانتین, اولتراسوند, استخراج سبز, آنتی اکسیدان طبیعی, ضایعات میگوBackground and objectivesAstaxanthin, an orange-red carotenoid pigment belonging to the xanthophyll group, is characterized by the presence of carbon, hydrogen, and oxygen atoms in its structure. Within oxygenated carotenoid derivatives, it holds the highest concentration. Astaxanthin sources can be categorized into two main groups: natural and synthetic. Extensive research has focused on the recovery of carotenoids, including astaxanthin, from solid by-products of shrimp and crustaceans. This interest stems from its potential applications in pharmaceuticals, chemicals, food, and animal feed industries, attributed to its notable coloring and antioxidant properties. This study aims to compare the extraction of astaxanthin from the shells of shrimp (Fenneropenaeus merguiensis) and Gammarus (Pontogammarus maeoticus). Two methods, the traditional soaking method and an ultrasound method utilizing a microemulsion of ionic liquid in water, were employed for the extraction process
Materials and methodsThe initial step involved the preparation of sample powder using a freeze dryer. Subsequently, the extraction process was initiated by combining the prepared samples with an ionic liquid microemulsion in water, maintaining a 5:1 ratio of solvent to sample. Two distinct methods were employed for extraction: the traditional soaking method conducted at room temperature for 24 hours and the ultrasound method, carried out at ambient temperature, utilizing a power of 60 watts for a duration of 30 minutes. The assessment of astaxanthin extraction was conducted through a spectrophotometer. Various parameters, including astaxanthin extraction amount, total carotenoid amount, extraction efficiency percentage, and antioxidant activity, were scrutinized. The antioxidant activity was measured using the DPPH method
ResultsThe ultrasound method proved to be highly effective in extracting astaxanthin from shrimp (Fenneropenaeus merguiensis), yielding a maximum amount of 76.30 ± 1.09 mg/ml. This result highlighted shrimp (Fenneropenaeus merguiensis) as a superior source for astaxanthin extraction compared to Gammarus (Pontogammarus maeoticus). Moreover, the study demonstrated the superior efficiency of the ultrasound method over the soaking method, with extraction efficiencies for shrimp (Fenneropenaeus merguiensis) calculated at 95% and 59%, respectively.The total carotenoid content for shrimp (Fenneropenaeus merguiensis) was measured at 77.98±1.33 ml/g and 79.77±0.46 ml/g using the soaking and ultrasound methods, respectively. Notably, the antioxidant activity of astaxanthin extracted through the traditional soaking method surpassed that of the ultrasound method. However, when compared to the synthetic antioxidant BHT, astaxanthin exhibited lower antioxidant activity at increasing concentrations in both methods.In summary, the ultrasound method demonstrated its superiority in astaxanthin extraction, with shrimp (Fenneropenaeus merguiensis) emerging as a more favorable source. Despite its lower antioxidant activity compared to BHT, astaxanthin's natural origin and extraction efficiency make it a promising candidate for various applications.
ConclusionIn general, the results of this research showed the importance of waste and new methods in extracting valuable compounds. In the context of extracting astaxanthin from two selected sources, shrimp (Fenneropenaeus merguiensis) emerged as a superior source compared to Gammarus (Pontogammarus maeoticus). Furthermore, the study highlighted the ultrasound method as a promising alternative to traditional extraction methods, exhibiting superior performance and efficiency. These findings contribute to the broader understanding of sustainable practices and advanced techniques in maximizing the extraction of valuable compounds from natural sources.
Keywords: Astaxanthin, Ultrasound, Green Extraction, Natural Antioxidant, Shrimp Waste -
نشریه پژوهش های علوم و صنایع غذایی ایران، سال بیستم شماره 2 (پیاپی 86، خرداد و تیر 1403)، صص 309 -321
آستاگزانتین رنگدانه ی کاروتنوئیدی پرکاربرد در صنایع غذایی است که از منابع مختلف طبیعی و سنتزی به روش های گوناگون استخراج می شود. امروزه باتوجه به اثرات نامطلوب حلال های آلی استفاده از حلال های سبز رایج شده است. زیرا این حلال ها نسبت به حلال های آلی دوستدار محیط زیست بوده و ویژگی هایی مانند فراریت و سمی بودن را ندارند. بنابراین این پژوهش با هدف استخراج آستاگزانتین تحت شرایط خیساندن به مدت 24ساعت با حلال آلی (مخلوط اتانول: اتیل استات (1:2))، حلال سبز (میکروامولسیون مایع یونی در آب) و روغن گیاهی (روغن آفتابگردان) از پوسته میگوی موزی (Fenneropenaeus merguiensis) و سخت پوست گاماروس (Pontogammarus maeoticus) انجام شد. میکرو امولسیون مایع یونی در آب به عنوان حلالی جدید برای استخراج آستاگزانتین در نظر گرفته شد. تعیین چگالی، رسانایی و قطر از جمله ویژگی های مورد آزمون میکروامولسیون بودند. بهترین شرایط برای استخراج، بیشترین میزان آستاگزانتین است که با به کارگیری حلال ها و نسبت های حلال به نمونه 5 برابر، 5/12 برابر و 20 برابر تعیین شد. میزان آستاگزانتین، کاروتنوئید کل، درصد بازیافت و فعالیت مهار رادیکال DPPH آزمون هایی بودند که برای بررسی آستاگزانتین استخراجی انجام شدند. طبق نتایج چگالی میکروامولسیون در محدوده 97151/0 گرم بر سانتی متر مکعب، قطر آن 8/15 نانومتر و رسانایی 312 میکروزیمنس در دمای 1/27 درجه سانتی گراد تعیین شد. نتایج حاصل از استخراج آستاگزانتین با حلال های مختلف در مقایسه با حلال اتانول بعنوان شاهد از لحاظ آماری معنی دار بود. با توجه به نتایج بدست آمده از استخراج آستاگزانتین از دو منبع میگوی موزی و سخت پوست گاماروس، میگوی موزی به عنوان منبع با بالاترین میزان آستاگزانتین استخراجی انتخاب شد. استفاده از حلال سبز(میکرو امولسیون مایع یونی در آب) در نسبت 5/12 برابر حلال به نمونه نیز به عنوان بهترین روش انتخاب شد. مقدار آستاگزانتین استخراج شده در بهترین شرایط 09/1 ± 44/77 میلی گرم بر میلی لیتر بود. نتایج حاصل از مهار رادیکال DPPH توسط آستاگزانتین استخراج شده به کمک حلال های ذکر شده در مقایسه با آنتی اکسیدان سنتتیک BHT نشان داد که با افزایش غلظت آستاگزانتین فعالیت آنتی اکسیدانی افزایش می یابد. اما این افزایش همواره کمتر از فعالیت آنتی اکسیدانی BHTبود. به طور کلی نتایج حاصل ازاین پژوهش نشان داد که استفاده از میکروامولسیون مبتنی برمایع یونی جایگزین مناسبی برای روش های مرسوم دراستخراج و بازیابی آستاگزانتین ازمنابع زیستی طبیعی است.
کلید واژگان: آستاگزانتین, سخت پوست گاماروس, میکرو امولسیون مایع یونی, میگوی موزیIntroductionAstaxanthin is a widely used carotenoid pigment in the food industry which is extracted from various natural and synthetic sources. Nowadays, due to the adverse effects of organic solvents green solvents which are non-toxic, non-volatile and environmentally friendly have been proposed. Therefore, this study focuses on comparison of the extraction of astaxanthin from shrimp (Fenneropenaeus merguiensis) and Gammarus (Pontogammarus maeoticus) under soaking conditions for 24 hours with organic solvent (combination of ethanol with ethyl acetate), green solvent (microemulsion of ionic liquid in water) and vegetable oil (sunflower oil). Ionic liquid microemulsion in water is considered a newnovel solvent for astaxanthin extraction. Determination of density, conductivity and diameter were the characteristics of microemulsion test. In extraction,Solvent to sample ratios of 5x, 12.5x and 20x were used for the extraction and compared with the control sample.
Materials and Methodsmerguiensis and P. maeoticus With species approval were procured from Persian Gulf Ecology Research Institute (Iran). Commercial astaxanthin (>98 % purity), α-diphenyl-β-picrylhydrazyl (DPPH), and butylated hydroxytoluene (BHT) were procured from Sigma-Aldrich (USA). The HPLC grade ethanol, propanol, ethyl acetate,, tributyl octyl phosphonium bromide, Triton X-100, and n-butanol were obtained from Merck Chemicals Co. (Germany). Refined sunflower oil which was antioxidant-free, was also purchased from Hayat Company (Iran). The shell of F. merguiensis and P. maeoticus were carefully washed with distilled water, then freeze-dried (Christ-Alpha 1–4, LD freeze dryer, Germany) for 48 h at -50 °C. After sieving the powders with a laboratory sieve with a mesh smaller than 15 µm. The obtained powders were kept at Refrigerator. All experiments were done in the Food and Drug Administration Department of Hormozgan University of Medical Sciences.
Results and DiscussionAccording to the results, the density of the microemulsion was determined in the range of 0.97151 g/cm3, its diameter was 15.8 nanometers and the conductivity was 312 microsiemens at 27.1°C. The results of astaxanthin extraction with different solvents in the comparison with control solvent were statistically significant (p< 0.05). According to the results obtained from the extraction of astaxanthin from two sources of shrimp and gammarus, shrimp was selected as the source with the highest amount of extracted astaxanthin. The use of green solvent (ionic liquid microemulsion in water) in a ratio of 12.5 times solvent to sample was also chosen as the optimal method. The amount of astaxanthin extracted under optimal conditions was 77.44 ± 1.09 mg/ml. The results of DPPH radical inhibition by extracted astaxanthin using ionic, oily and organic solvents compared to synthetic antioxidant BHT showed that the antioxidant activity increased with increasing the concentration of astaxanthin, but this increase was always lower than BHT.
ConclusionIn general, the results of this research show that the use of microemulsion based on ionic liquids is a suitable alternative to conventional methods in extracting and recovering astaxanthin from natural biological sources.
Keywords: Astaxanthin, Ionic Liquid Micro Emulsion, Fenneropenaeus Merguiensis, Pontogammarus Maeoticus
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.