استخراج المركبات الفينولية ومضادات الأكسدة بمساعدة الميكروويف لتطبيقات التجميل باستخدام التكنولوجيا القائمة على البوليول
Summary
يفصل هذا البروتوكول استخدام طريقة الاستخراج بمساعدة الميكروويف القائمة على البوليول لاستخراج المركبات الفينولية ومضادات الأكسدة الطبيعية ، مما يمثل نهجا عمليا ومستداما بيئيا لتطوير مستخلصات جاهزة للاستخدام.
Abstract
اكتسب استخدام البوليولات كمذيبات خضراء لاستخراج المركبات النشطة بيولوجيا من المواد النباتية الانتباه بسبب سلامتها وسلوكها الخامل مع المواد الكيميائية النشطة بيولوجيا في النبات. تستكشف هذه الدراسة الاستخراج المستدام للمركبات الفينولية ومضادات الأكسدة الطبيعية من جلد القهوة الفضي باستخدام طريقة الاستخراج بمساعدة الميكروويف (MAE) مع المذيبات القائمة على البوليول: الجلسرين ، البروبيلين غليكول (PG) ، البوتيلين غليكول (BG) ، ميثيل بروبانديول (MPD) ، الأيزوبنتيلديول (IPD) ، البنتيلين جلايكول ، 1،2-هيكسانيديول ، وهيكسيلين جليكول (HG). تم إجراء تحليل مقارن على مستخلصات المذيبات التقليدية وغير التقليدية ، مع التركيز على تأثيرها على المركبات النشطة بيولوجيا من MAE ، بما في ذلك معلمات مثل المحتوى الفينولي الكلي (TPC) ، ومحتوى الفلافونويد الكلي (TFC) ، والأنشطة المضادة للأكسدة مثل مقايسة كسح الجذور 1،1-ثنائي فينيل -2-بيكريل هيدرازيل (DPPH) ، ومقايسة الكسح الجذري 2،2-azino-bis (-3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid) (ABTS) ، ومقايسة قوة مضادات الأكسدة المختزلة للحديك (FRAP). لوحظت أعلى القيم ل TPC مع استخلاص مائي-1،2-هيكسانيديول (52.0 ± 3.0 ملغ GAE / g عينة) ، TFC مع استخلاص مائي -1،2-هيكسانيديول (20.0 ± 1.7 ملغ QE / g عينة) ، DPPH مع استخراج مائي HG (13.6 ± 0.3 ملغ TE / g عينة) ، ABTS مع استخراج غليكول البنتيلين المائي (8.2 ± 0.1 ملغ TE / g عينة) ، و FRAP مع استخراج مائي HG (21.1 ± 1.3 ملغ الحديد (II) E / g عينة). يهدف هذا البحث إلى تطوير تكنولوجيا الاستخراج الصديقة للبيئة من خلال مكونات النباتات الطبيعية ، وتعزيز الاستدامة من خلال تقليل استخدام المواد الكيميائية الخطرة مع تقليل الوقت واستهلاك الطاقة ، مع التطبيقات المحتملة في مستحضرات التجميل.
Introduction
في الوقت الحاضر ، هناك اتجاه عالمي نحو الوعي البيئي في صناعة التجميل ، مما دفع الشركات المصنعة إلى التركيز على التكنولوجيا الخضراء لاستخراج مكونات النبات باستخدام بدائل مستدامة1. عادة ، يتم استخدام المذيبات التقليدية مثل الإيثانول والميثانول والهكسان لاستخراج المكونات الفينولية النباتية ومضادات الأكسدة الطبيعية2. ومع ذلك ، فإن وجود بقايا المذيبات داخل المستخلصات النباتية يشكل خطرا محتملا على صحة الإنسان ، مما يؤدي إلى تهيج الجلد والعين3 ، لا سيما فيما يتعلق بالتطبيق المقصود في مستحضرات التجميل. وبالتالي ، من الصعب التخلص من بقايا المذيبات هذه من المستخلصات ، وهي عملية تتطلب استثمارات كبيرة في الوقت والطاقة والموارد البشرية4. في الآونة الأخيرة ، ظهرت المياه شديدة السخونة والسوائل الأيونية والمذيبات سهلة الانصهار العميقة والمذيبات المشتقة بيولوجيا كنهج واعدة لاستخراج المذيبات الخضراء5. ومع ذلك ، لا يزال استخدامها محدودا بفصل المنتج في العمليات المائية. لمواجهة هذه التحديات ، يبرز تطوير المستخلصات الجاهزة للاستخدام كحل قابل للتطبيق6.
غالبا ما تستخدم البوليولات في تركيبات مستحضرات التجميل كمرطبات بسبب قطبية جيدة وقدرتها على الاحتفاظ بالرطوبة من البيئة7. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام البوليولات مثل الجليسرين ، البروبيلين غليكول ، بوتيلين جلايكول ، ميثيل بروبانديول ، إيزوبنتيلديول ، بنتيلين جلايكول ، 1،2-هيكسانيديول ، وهيكسيلين جلايكول لاستخراج النباتات. تعتبر مذيبات غير سامة وقابلة للتحلل البيولوجي وصديقة للبيئة وغير تفاعلية وآمنة للاستخدام في استخراج النبات8. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تتحمل البوليولات الحرارة المتولدة أثناء الاستخراج بمساعدة الميكروويف (MAE) بسبب نقاط الغليان المرتفعة والقطبية9. يتم التعرف على هذه البوليولات بشكل عام كمواد كيميائية آمنة (GRAS) من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA). على عكس المذيبات التقليدية مثل الإيثانول أو الميثانول ، والتي قد تتطلب إزالة صارمة من المستخلص بسبب آثارها الضارة المحتملة ، توفر البوليولات ميزة تقليل الطاقة والوقت والتكاليف المرتبطة بعمليات إزالة المذيبات10. هذا لا يبسط عملية الاستخراج فحسب ، بل يعزز أيضا الكفاءة الشاملة والاستدامة لطريقة الاستخراج. استخدمت التحقيقات السابقة البوليولات مثل البروبيلين غليكول والبوتيلين غليكول كمذيبات في استخراج المركبات النشطة بيولوجيا من زهور كاميليا سينينسيس 10 ولب البن11 ، مما يكشف عن إمكانات كبيرة لدورها كمذيبات بديلة مستدامة في عملية استخراج النبات. وبالتالي ، فإن التطوير المستمر وتحسين نظام مذيب البوليولات والمياه يحمل إمكانية تحقيق تقدم كبير في الكيمياء الخضراء والممارسات الصناعية المستدامة.
بشكل عام ، يتم تصنيع المركبات النشطة بيولوجيا الموجودة في النباتات في صورة مستقلبات ثانوية. يمكن تصنيف هذه المركبات إلى ثلاث مجموعات أساسية: التربينات والتربينويدات والقلويات والمركبات الفينولية12. يتم استخدام طرق استخراج مختلفة في ظل ظروف مختلفة لعزل مركبات نشطة بيولوجيا محددة من النباتات. يمكن استخلاص المركبات النشطة بيولوجيا من المواد النباتية باستخدام التقنيات التقليدية أو غير التقليدية. تشمل الطرق التقليدية النقع واستخراج الارتجاع والتقطير المائي ، بينما تتكون الطرق غير التقليدية من الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية ، والاستخراج بمساعدة الإنزيم ، والاستخراج بمساعدة الميكروويف (MAE) ، والاستخراج بمساعدة المجال الكهربائي النبضي ، واستخراج السوائل فوق الحرجة ، واستخراج السائل المضغوط13. تم تصميم هذه الطرق غير التقليدية لتعزيز السلامة من خلال استخدام مذيبات ومواد مساعدة أكثر أمانا ، وتحسين كفاءة الطاقة ، ومنع تدهور المكونات النشطة بيولوجيا ، والحد من التلوث البيئي14.
علاوة على ذلك ، تعد MAE من بين التقنيات الخضراء المتطورة لاستخراج المركبات النشطة بيولوجيا من النباتات. تتطلب إجراءات الاستخراج التقليدية كميات كبيرة من الوقت والطاقة ودرجات الحرارة المرتفعة ، والتي قد تؤدي بمرور الوقت إلى تدهور المركبات النشطة بيولوجيا الحساسة للحرارة13. على عكس عمليات الاستخراج الحراري التقليدية ، تسهل MAE استخراج المركبات النشطة بيولوجيا عن طريق توليد تسخين موضعي داخل العينة ، وتعطيل هياكل الخلايا ، وتعزيز نقل الكتلة ، وبالتالي زيادة كفاءة استخراج المركب. تنتقل الحرارة من داخل الخلايا النباتية بواسطة الموجات الميكروية التي تعمل على جزيئات الماء داخل مكونات النبات13. علاوة على ذلك ، تقدمت MAE لتحسين استخراج وفصل المركبات النشطة ، وزيادة إنتاجية المنتج ، وتعزيز كفاءة الاستخراج ، وتتطلب مواد كيميائية أقل ، وتوفير الوقت والطاقة مع منع تدمير المركبات النشطة بيولوجيا15.
يركز هذا البحث على استخراج المركبات الفينولية النباتية ومضادات الأكسدة الطبيعية من خلال الاستخراج بمساعدة الميكروويف (MAE) باستخدام أنواع مختلفة من البوليولات كمذيبات. يتم تحديد إجمالي المحتوى الفينولي (TPC) ، ومحتوى الفلافونويد الكلي (TFC) ، والأنشطة المضادة للأكسدة (DPPH ، و ABTS ، و FRAP) لمستخلصات MAE القائمة على البوليول. بالإضافة إلى ذلك ، تتم مقارنة MAE القائم على البوليول مع MAE باستخدام المذيبات التقليدية مثل الماء والإيثانول. من المتوقع أن يساهم هذا البحث في تطوير تكنولوجيا استخراج مستدامة بيئيا للمكونات الطبيعية ، وتعزيز الاستدامة من خلال تقليل الاعتماد على المواد الكيميائية الخطرة ، وتقصير أوقات المعالجة ، وتقليل استهلاك الطاقة في إنتاج المواد الخام للتطبيقات المحتملة في صناعة مستحضرات التجميل.
Protocol
Representative Results
Discussion
تلعب عوامل مختلفة دورا حاسما في التنفيذ الناجح ل MAE ، مثل المحتوى الكيميائي النباتي للمكونات النباتية ، ومدة الاستخراج ، ودرجة الحرارة ، وطاقة الميكروويف ، ونسبة السائل الصلب ، وتركيز المذيبات13. تظهر النباتات عادة ملامح مختلفة من المواد الكيميائية النباتية. وبالتالي ، فإن اخ…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم تمويل هذه الدراسة من قبل جامعة ماي فاه لوانغ. يود المؤلفون أن يشكروا معهد الشاي والقهوة بجامعة ماي فاه لوانغ لتسهيل الاتصال بين الباحثين والمزارعين المحليين فيما يتعلق بالحصول على عينات من الجلد الفضي للبن.
Materials
| 1,2-Hexanediol | Chanjao Longevity Co., Ltd. | ||
| 2,2 -Azino-bis 3 ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid diammonium salt (ABTS) | Sigma | A1888 | |
| 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) | Sigma | D9132 | |
| 2,4,6-Tri(2-pyridyl)-s-triazine (TPTZ) | Sigma | 93285 | |
| 2-Digital balance | Ohaus | Pioneer | |
| 4-Digital balance | Denver | SI-234 | |
| 6-hydroxy-2,5,7,8 tetramethylchroman -2-carboxylic acid (Trolox) | Sigma | 238813 | |
| 96-well plate | SPL Life Science | ||
| Absolute ethanol | RCI Labscan | 64175 | |
| Acetic acid | RCI Labscan | 64197 | |
| Aluminum chloride | Loba Chemie | 898 | |
| Automatic pipette | Labnet | Biopett | |
| Butylene glycol | Chanjao Longevity Co., Ltd. | ||
| Ethos X advanced microwave extraction | Milestone Srl, Sorisole, Italy | ||
| Ferrous sulfate | Ajex Finechem | 3850 | |
| Folin-Ciocalteu's reagent | Loba Chemie | 3870 | |
| Freezer SF | Sanyo | C697(GYN) | |
| Gallic acid | Sigma | 398225 | |
| Grinder | Ou Hardware Products Co.,Ltd | ||
| Hexylene glycol | Chanjao Longevity Co., Ltd. | ||
| Hydrochloric acid (37%) | RCI Labscan | AR1107 | |
| Iron (III) chloride | Loba Chemie | 3820 | |
| Isopentyldiol | Chanjao Longevity Co., Ltd. | ||
| Methanol | RCI Labscan | 67561 | |
| Methylpropanediol | Chanjao Longevity Co., Ltd. | ||
| Pentylene glycol | Chanjao Longevity Co., Ltd. | ||
| Potassium persulfate | Loba Chemie | 5420 | |
| Propylene glycol | Chanjao Longevity Co., Ltd. | ||
| Quercetin | Sigma | Q4951 | |
| Refrigerated centrifuge | Hettich | ||
| Sodium acetate | Loba Chemie | 5758 | |
| Sodium carbonate | Loba Chemie | 5810 | |
| Sodium hydroxide | RCI Labscan | AR1325 | |
| Sodium nitrite | Loba Chemie | 5954 | |
| SPECTROstar Nano microplate reader | BMG- LABTECH | ||
| SPSS software | IBM SPSS Statistics 20 | ||
| Tray dryer | France Etuves | XUE343 |
Referências
- Wawoczny, A., Gillner, D. The most potent natural pharmaceuticals, cosmetics, and food ingredients isolated from plants with deep eutectic solvents. J Agric Food Chem. 71 (29), 10877-10900 (2023).
- Syukur, M., Prahasiwi, M. S., Yuliani, S., Purwaningsih, Y., Indriyanti, E. Profiling of active compounds of extract ethanol, n-hexane, ethyl acetate and fraction ethanol of star anise (Illicium verum hook. F.) and determination of total flavonoids, total phenolics and their potential as antioxidants. Sci Technol Indones. 8 (2), 219-226 (2023).
- Supjaroenporn, C., Khongcharoen, P., Myo, H., Khat-Udomkiri, N. Studying the optimization, characterization, and antioxidant activities of phenolic extracts extracted from Rhus chinensis Mill. Leaf using microwave-assisted extraction system with glycerol as a green solvent. Curr Bioact Compd. 20 (3), 68-82 (2024).
- Gasser, M. S., Abdel Rahman, R. O. Sustainability of solvent extraction techniques in pollution prevention and control. Handbook of advanced approaches towards pollution prevention and control. , 33-66 (2021).
- Płotka-Wasylka, J., Rutkowska, M., Owczarek, K., Tobiszewski, M., Namieśnik, J. Extraction with environmentally friendly solvents. TrAC, Trends Anal Chem. 91, 12-25 (2017).
- Queffelec, J., Beraud, W., Torres, M. D., Domínguez, H. Advances in obtaining ready-to-use extracts with natural solvents. Sustain Chem Pharm. 38, 101478 (2024).
- Can Karaca, A., Erdem, I. G., Ak, M. M. Effects of polyols on gelation kinetics, gel hardness, and drying properties of alginates subjected to internal gelation. LWT. 92, 297-303 (2018).
- Nastasi, J. R., Daygon, V. D., Kontogiorgos, V., Fitzgerald, M. A. Qualitative analysis of polyphenols in glycerol plant extracts using untargeted metabolomics. Metabolites. 13 (4), 566 (2023).
- Khat-Udomkiri, N., Gatnawa, G., Boonlerd, N., Myo, H. Valorization of Camellia sinensis flowers in cosmetic and pharmaceutical applications: Optimization of microwave-assisted glycerin extraction. Waste Biomass Valori. 15, 323-335 (2023).
- Myo, H., Yaowiwat, N., Pongkorpsakol, P., Aonbangkhen, C., Khat-Udomkiri, N. Butylene glycol used as a sustainable solvent for extracting bioactive compounds from Camellia sinensis flowers with ultrasound-assisted extraction. ACS omega. 8 (5), 4976-4987 (2023).
- Myo, H., Khat-Udomkiri, N. Optimization of ultrasound-assisted extraction of bioactive compounds from coffee pulp using propylene glycol as a solvent and their antioxidant activities. Ultrason Sonochem. 89, 106127 (2022).
- Twaij, B. M., Hasan, M. N. Bioactive secondary metabolites from plant sources: Types, synthesis, and their therapeutic uses. Int J Plant Biol. 13 (1), 4-14 (2022).
- Bitwell, C., Sen, I. S., Luke, C., Kakoma, M. K. A review of modern and conventional extraction techniques and their applications for extracting phytochemicals from plants. Sci Afr. 19, e01585 (2023).
- Chakrabortty, S., Kumar, A., Patruni, K., Singh, V., et al. . Recent advances in food biotechnology. , 353-370 (2022).
- Fan, L., et al. Mechanochemical assisted extraction as a green approach in preparation of bioactive components extraction from natural products – A review. Trends Food Sci Technol. 129, 98-110 (2022).
- Bessada, S. M., C Alves, R., Pp Oliveira, M. B. Coffee silverskin: A review on potential cosmetic applications. Cosmetics. 5 (1), 5 (2018).
- Myo, H., Nantarat, N., Khat-Udomkiri, N. Changes in bioactive compounds of coffee pulp through fermentation-based biotransformation using Lactobacillus plantarum TISTR 543 and its antioxidant activities. Fermentation. 7 (4), 292 (2021).
- Molole, G. J., Gure, A., Abdissa, N. Determination of total phenolic content and antioxidant activity of Commiphora mollis (oliv). Engl. Resin. BMC Chem. 16 (1), 48 (2022).
- Barku, V., Opoku-Boahen, Y., Owusu-Ansah, E., Mensah, E. Antioxidant activity and the estimation of total phenolic and flavonoid contents of the root extract of Amaranthus spinosus. Asian J Plant Sci Res. 3 (1), 69-74 (2013).
- Samarasiri, M., Chandrasiri, T., Wijesinghe, D., Gunawardena, S. Antioxidant capacity and total phenolic content variations against Morinda citrifolia L. fruit juice production methods. Int J Food Eng. 5, 293-299 (2019).
- Rumpf, J., Burger, R., Schulze, M. Statistical evaluation of DPPH, ABTS, FRAP, and Folin-Ciocalteu assays to assess the antioxidant capacity of lignins. Int J Biol Macromol. 233, 123470 (2023).
- Lainez-Cerón, E., Ramírez-Corona, N., Jiménez-Munguía, M. T., Palou, E., López-Malo, A. Extraction of bioactive compounds from plants by means of new environmentally friendly solvents. Research and technological advances in food science. , 301-332 (2022).
- Yu, M., Gouvinhas, I., Rocha, J., Barros, A. I. R. N. A. Phytochemical and antioxidant analysis of medicinal and food plants towards bioactive food and pharmaceutical resources. Sci Rep. 11 (1), 10041 (2021).
- Lefebvre, T., Destandau, E., Lesellier, E. Selective extraction of bioactive compounds from plants using recent extraction techniques: A review. J Chromatogr A. 1635, 461770 (2021).
- Nandasiri, R., Eskin, N. M., Thiyam-Höllander, U. Antioxidative polyphenols of canola meal extracted by high pressure: Impact of temperature and solvents. J Food Sci. 84 (11), 3117-3128 (2019).
- Jha, A. K., Sit, N. Extraction of bioactive compounds from plant materials using combination of various novel methods: A review. Trends Food Sci Technol. 119, 579-591 (2022).
- Czarnecki, M. A., et al. Solvent effect on the competition between weak and strong interactions in phenol solutions studied by near-infrared spectroscopy and DFT calculations. Phys Chem Chem Phys. 23 (35), 19188-19194 (2021).
- Lu, W., Mackie, C. J., Xu, B., Head-Gordon, M., Ahmed, M. A computational and experimental view of hydrogen bonding in glycerol water clusters. J Phys Chem A. 126 (10), 1701-1710 (2022).
- Fan, C., Liu, Y., Sebbah, T., Cao, X. A theoretical study on terpene-based natural deep eutectic solvent: Relationship between viscosity and hydrogen-bonding interactions. Glob Chall. 5 (3), 2000103 (2021).
- Liese, S., Schlaich, A., Netz, R. R. Dielectric constant of aqueous solutions of proteins and organic polymers from molecular dynamics simulations. J Chem Phys. 156 (22), 224903 (2022).
- Noreland, E., Gestblom, B., Sjöblom, J. Dielectric relaxation studies of 1-hexanol and 1, 2-hexanediol in heptane. J Solution Chem. 18, 303-312 (1989).
- Wohlfarth, C. Permittivity (dielectric constant) of liquids. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 6, (1994).
- Dean, J. R. . Extraction techniques for environmental analysis. , (2022).
- Nour, A. H., Oluwaseun, A. R., Nour, A. H., Omer, M. S., Ahmed, N. Microwave-assisted extraction of bioactive compounds. Microwave heating. Electromagnetic fields causing thermal and non-thermal effects. , 1-31 (2021).
- David, F., Ochiai, N., Sandra, P. Stir bar sorptive extraction: A versatile, sensitive and robust technique for targeted and untargeted analyses. Evolution of solid-phase microextraction technology. , (2023).
- López-Fernández, O., et al. Determination of polyphenols using liquid chromatography-tandem mass spectrometry technique (LC-MS/MS): A review. Antioxidants. 9 (6), 479 (2020).
.