بهینه سازی استخراج اینولین از ریشه ی گیاه دارویی کنگرفرنگی (Cynara scolymus L.) با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM)

اکوفیتوشیمی گیاهان دارویی

مقاله 2، دوره 4، شماره 2 - شماره پیاپی 14، شهریور 1395، صفحه 10-22   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

محمد محسن زاده^{* 1}؛ جلال احسانی²؛ مرتضی خمیری³؛ عظیم قاسم نژاد⁴

¹دانشیار، گروه بهداشت مواد غذایی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

²دانشجوی دکتری تخصصی، گروه بهداشت مواد غذایی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

³دانشیار، گروه علوم و صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

⁴استادیار، گروه گیاهان دارویی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

چکیده

اینولین ترکیبی فیبری و غیر قابل هضم یا با قابلیت هضم اندک می‌باشد که در گیاهان مختلف یافت می‌شود و مقدار آن از یک درصد در موز تا بیش از 15 درصد در ریشه‌ ‌کاسنی متغیراست. از آنجایی که گیاه کنگرفرنگی یکی از منابع مهم اینولین محسوب می‌شود، در این تحقیق استخراج اینولین از ریشه‌ گیاه دارویی کنگرفرنگی و بهینه‌سازی شرایط استخراج جهت رسیدن به بالاترین میزان راندمان استخراج بوده است. ریشه‌های گیاه در شهریور ماه 1394، از مزرعه‌ تحقیقاتی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان جمع‌آوری و استخراج اینولین از ریشه با استفاده از حلال آب گرم و روش سطح پاسخ (RSM) و طرح مرکب مرکزی (CCD) به انجام رسید. روش سطح پاسخ در مقایسه با روش‌های پرحجم مانند فاکتوریل کامل، ارجحیت دارد. در این تکنیک جهت بهینه‌سازی فرآیند استخراج اینولین، سه متغیر زمان استخراج (min 65 و50، 35)، دمای استخراج (95 و 75، 55 درجه سانتی‌گراد) و نسبت آب به ریشه (1:9 و 1:6، 1:3) به‌عنوان متغیرهای مستقل در نظر گرفته شدند و تاثیر آنها برراندمان استخراج اینولین مورد بررسی قرار گرفت. سپس مدل‌های خطی، اثر متقابل و درجه‌ دوم بر راندمان استخراج اینولین مورد ارزیابی قرار گرفتند، همچنین آزمون ضعف برازش (Lack of fit)، ضریب تبیین کلی (²R) و ضریب تبیین کلی تنظیم شده (R²_adjusted) به‌منظور بررسی شایستگی مدل محاسبه شدند. بررسی آزمون Lack of fit و نیز مقادیرR² و R²_adjusted، مناسب بودن مدل درجه‌ دوم را نشان داد، که این مدل جهت یافتن بهترین شرایط فرایند با بیشترین بازده‌ استخراج مورد استفاده قرار گرفت. نتایج این مطالعه نشان داد، بالاترین میزان راندمان استخراج اینولین به میزان 01/8 درصد، مربوط به دمای 95 درجه‌ی سلسیوس، زمان 67/35 دقیقه و نسبت آب به ریشه (1:9) با میزان مطلوبیت 92 درصد می‌باشد.
 

کلیدواژه‌ها

اینولین؛ بهینه‌سازی؛ روش سطح پاسخ؛ کنگرفرنگی (Cynara scolymus L.)

مراجع

1. Abbasi, S. and Farzan Mehr, H. 2009. Optimization of inulin extraction from Cirsium vulgare with and without ultrasound using response surface methodology. Journal of Science and Technology of Agriculture and Natural Resources, 47: 423-435. (In Persian)
2. Askari, S.A., Attar Movahedian, Gh., A., Naderi, A., Amini, F. 2008. The effect of artichoke (Guandelia tournefortil) on some biochemical factors contributing to atherosclerosis in an animal model. Quarterly Herb, 28(4): 112-119.
3. Azza, A.A., Hala, A.T., Ferial, M.A. 2011. Physico-chemical properties of inulin produced from jerusalem artichoke tubers on bench and pilot plant scale. Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 5: 1297-1309.
4. Baldini, M., Danuso, F., Turi, M., Vannozzi, G. P. 2004. Evaluation of new clones of Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) for inulin and sugar yield from stalks and tubers. Industrial Crops and Products, 19: 25-40.
5. Barkhatova, T. V., Nazarenko, M.N., Kozhukhova, M.A., Khripko, I. A. 2015. Obtaining and identification of inulin from jerusalem artichoke tubers. Foods and Raw Materials. 3(2): 13-22.
6. Berghofer, E., Cramer, A., Schmidt, V., Veigl, M. 1993. Pilot-scale production of inulin from chicory roots and its use in foodstuffs. Inulin and inulin containing crops. Studies in Plant Science, 3: 77-84.
7. Bloordi, M. 1999. Production of kambojia using plant extract containing inulin. MS.c Thesis. Faculty of agriculture biosystem. University of Tehran. (In Persian).
8. Darajani, P., Hosseini Nezhad, M., Shorideh, H., Abdollahian-Noghabi, M., Kadkhodaee, R., Balandari, A., Milani, E. 2015. Comparison of fructan yield of foreign cultivars and indigenous landrace of chicory and optimizing its extraction by response surface method (RSM). Journal of Research and Innovation in Food Science and Technology, 4(4): 343-354. (In Persian).
9. Dominguez, A. L., Rodrigues, L. R., Lima, N.M., Teixeira, J. A. 2014. An overview of the recent developments on fructooligosaccharide production and applications. Food Bioprocess Technol, 7: 324–337.
10. Franck, A. 2002. Technological functionality of inulin and oligofructose. British journal of Nutrition, 87: 287-292.
11. Gibson, G.R. 2004. Fibre and effects on probiotics (the prebiotic concept). Clinical Nutrition Supplements, 1: 25-31.
12. Grieve, M. 1984. A modern herbal, the medicinal, culinary, cosmetic and cconomic  properties, cultivation and folklore of herbs, grasses, fungi, shrubs and trees with all their modern scientific uses. Savvas Publishing, Suffolk.
13. Hellwege, E. M., RAAP, M., Gritscher, D., Willmitzer, L., Heyer, A.G. 1998. Differences in chain length distribution of inulin from Cynara scolymus and Helianthus tuberosus are reflected in a transient plant expression system using the respective 1-FFT cDNAs. Federation of European Biochemical Societies (FEBS)  Letters, 427: 25-28.
14. Hellwege, E. M., Czapla, S., Jahnke, A., Willmitzer, L., Heyer, A.G. 2000. Transgenic potato (Solanum tuberosum) tubers synthesize the full spectrum of inulin molecules naturally occurring in globe artichoke (Cynara scolymus L.) roots. Proceedings of the National Academy of Sciences, 97: 86-99.
15. Hoseini nejad, M., Nahardani, M., Elhami rad, A.H. 2012. Characterization of inulin extract from iranian native chicory in comparison with some other sources. Journal of Research and Innovation in Food Science and Technology, 1(1): 39-46. (In Persian)
16. Jamishdzadeh, A., Fereidooni, F., Salehi, Z., Niknahad, H. 2005. Hepatoprotective activity of Gundelia tourenfortii. Journal of Ethnopharmacology, 101(1): 233-237.
17. Kip, P., Meyer, D., Jellema, R. 2006. Inulins improve sensoric and textural properties of low-fat yoghurts. International Dairy Journal, 16: 1098-1103.
18. Kaur, N., Gupta, A. 2002. Applications of inulin and oligofructose in health and nutrition. Journal of Biosciences, 27: 703-714.
19. Ku, Y., Jansen, O., Oles, C.J., Lazar, E.Z., Rader, J.I. 2003. Precipitation of inulins and oligoglucoses by ethanol and other solvents. Food Chemistry, 81: 125-132.
20. Lattanzio, V., Kroon, P.A., Linsalata, V., Cardinali, A. 2009. Globe artichoke: A functional food and source of nutraceutical ingredients. Journal of Functional Foods, 1: 131-144.
21. Laurenzo, K.S., Navia, J.L. and Neiditch, D.S. 2004. Preparation of inulin products. EP Patent 0: 787-745.
22. Li, J.W., Ding, S.D., Ding, X.L. 2007. Optimization of the ultrasonically assisted extraction of polysaccharides from Zizyphus jujuba cv. jinsixiaozao. Journal of Food Engineering, 80: 176-183.
23. Li, W., Zhang, J., Yu, C., Li, Q., Dong, F., Wang, G., Gu, G., Guo, Z. 2015. Extraction, degree of polymerization determination and prebiotic effect evaluation of inulin from Jerusalem artichoke. Carbohydrate Polymers, 121: 315–319.
24. Lingyun, W., Jianhua, W., Xiaodong, Z., Yalin, F. 2007. Studies on the extracting technical conditions of inulin from Jerusalem artichoke tubers. Journal of Food Engineering, 79: 1087–1093.
25. Lopez-Molina, D., Navarro-Martínez, M. D., Rojas-Melgarejo, F., Hiner, A. N. P., Chazarra, S., Rodríguez-López, J.N. 2005. Molecular properties and prebiotic effect of inulin obtained from artichoke (Cynara scolymus L.). Phytochemistry, 66: 1476-1484.
26. Milani, E., Koocheki, A., Golimovahhed, Q. A. 2011. Extraction of inulin from Burdock root (Arctium lappa) using high intensity ultrasound. International Journal of Food Science and Technology, 46: 1699-1704.
27. Milani, A., Poor Azarang, H., Vatankhah, Sh., Vakilian, H. 2010. Optimization of inulin extraction from Helianthus tubers using response surface methodology. Iranian Journal of Food Science and Technology Research, 6(3): 176-183. (In Persian)
28. Milani, A., Goli movahhed, Gh., Hoseini, F. 2011. Application of response surface methodology for optimization of inulin extraction from Salsify Plant. Journal of Food Research, 21 (1): 35-43. (In Persian)
29. Miller, G.L. 1959. Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar. Analytical Chemistry, 31: 420-428.
30. Mishela, T., Nadezhda, P., Panteley, D., Albert., K. 2015. Characterization of inulin from Helianthus tuberosus L. obtained by different extraction methods – Comparative study. Scientific works of university of food technologies. 62: 461-464.
31. Montgomery, D.C. 2008. Design and Analysis of Experiments, 7th edn. John Wiley and Sons, Inc., Hoboken, NJ.
32. Nahardani, M., Hoseini Nejad, M., Elhami Rad, A.H. 2012. Evaluation of perebiotic effects and quality properties of inulin extracted chicory. Journal of Innovation in Food Science and Technology. 4(4): 87-96. (In Persian)
33. Panchev, I., Delchev, N., Kovacheva, D., Slavov, A. 2011. Physicochemical characteristics of inulins obtained from Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.). Eur Food Res Technol, 233: 889–896.
34. Paseephol, T., Small, D., Sherkat, F. 2007. Process optimisation for fractionating Jerusalem artichoke fructans with ethanol using response surface methodology. Food Chemistry, 104: 73-80.
35. Pourfarzad, A., Habibi Najafi, M.B., Haddad Khodaparast, M. H., Hassanzadeh Khayyat, M. 2015. Optimization of aqueous extraction of fructan from tubers of Eremurus spectabilis using box-behnken design. Iranian Food Science and Technology Research Journal. 11(5): 535-545. (In Persian)
36. Pourfarzad, A., Habibi Najafi, M.B., Haddad Khodaparast, M.H., Hassanzadeh Khayyat,  M. 2014. Characterization of fructan extracted from Eremurus spectabilis tubers: a comparative study on different technical conditions. Journal of Food Science and Technology, 33: 10-20.
37. Pourfarzad, A., Haddad Khodaparast, M.H., Habibi Najafi, M.B., Hassanzadeh Khayyat,  M. 2013. Efficacy of ultrasound in the extraction of fructan from tubers of Eremurus spectabilis using Box-Behnken design. Journal of Research and Innovation in Food Science and Technology, 2(3): 219-228. (In Persian)
38. Rezzoug, S.A., Maache-Rezzoug, Z., Sannier, F., Allaf, K. 2008. A Thermomechanical Preprocessing for Pectin Isolation from Orange Peel with Optimisation by Response Surface Methodology. International Journal of Food Engineering, 4, [online].
39. Saengthongpinit, W., Sajjaanantakul, T. 2005. Influence of harvest time and storage temperature on characteristics of inulin from Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) tubers. Postharvest Biology and Technology, 37: 93-100.
40. Samavati, V. 2013. Polysaccharide extraction from Abelmoschus: Optimization by response surface methodology. Journal of Carbohydrate Polymers, 95: 588-597.
41. Sepulveda, E., Saenz, C., Aliaga, E., Aceituno, C. 2007. Extraction and characterization of mucilage in Opuntia spp. Journal of Arid Environments, 68: 534-545.
42. Shweta, T., Kulathooran, R., Laxmi, M., Lingamallu, J. 2015. Microwave-assisted extraction of inulin from chicory roots using response surface methodology. Journal of Nutrition and Food Sciences, 5(1): 1-7.
43. Tungland, B., Meyer, D. 2002. Nondigestible oligo‐and polysaccharides (dietary fiber): their physiology and role in human health and food. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 1: 90-109.
44. Van Loo, J., Cummings, J., Delzenne, N., Englyst, H., Franck, A., Hopkins, M., Kok, N., Macfarlane, G., Newton, D., Quigley, M. 1999. Functional food properties of non-digestible oligosaccharides: a consensus report from the ENDO project (DGXII AIRII-CT-94-1095). British journal of Nutrition, 81: 121-132.
45. Vlaseva, R., Ivanova, N., Petkova, M., Todorova, M., Denev, P. 2014. Аnalysis of fermented lactic acid dairy products enriched with inulin-type fructans. Scientific Bulletin. Series F. Biotechnologies, 18: 145-149.
46. Zargari, A. 2000. Medical Plants. Tehran university publications, 3: 27-200.