مدل‏سازی و ‏بهینه‏سازی استخراج اسانس رزماری به کمک مایکروویو با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی فارسی

نویسندگان

• بهمن ساعدپناه ¹
• ناصر بهروزی خزاعی ²
• جلال خورشیدی ³

¹ گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

² گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران.

³ گروه علوم و مهندسی باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران.

https://doi.org/10.22067/ifstrj.2021.67786.1001

چکیده

توسعه روش‌های نوین برای استخراج اسانس از گیاهان دارویی روزبه‌روز در حال گسترش است. هدف از این پژوهش، پیاده‌سازی و ارزیابی سامانه استخراج اسانس به کمک مایکروویو می‌باشد. 13 آزمایش با سه سطح توان (300، 600 و 900 وات) و سه سطح زمان (5، 20 و 35 دقیقه) برای اندازه‌گیری بازده اسانس استخراجی در نظر گرفته شد. بازده اسانس استخراجی به کمک روش سطح پاسخ با طرح مرکب مرکزی (CCD) مدل‌سازی و بهینه‌سازی شد. همچنین نوع و میزان ترکیبات اسانس استخراجی در هر تیمار آزمایشی به کمک کروماتوگرافی گازی متصل به طیف‌سنج جرمی (GC- MS) و کروماتوگرافی گازی (GC) تعیین گردید. بازده و کیفیت اسانس استخراجی توسط کلونجر هم به‌عنوان تیمار شاهد در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد که مدل درجه دو توانی قادر است بازده اسانس را با R²، R²_Adj و R²_Pre  به‌ترتیب با مقادیر 9590/0، 9459/0 و8864/0 پیش‌بینی کند. همچنین نتایج بهینه‌سازی نشان داد که توان 866 وات و زمان 34 دقیقه به‌عنوان شرایط بهینه کاری سامانه اسانس‌گیری به‌دست آمد که با این شرایط کاری بازده اسانس استخراجی به 37/0 درصد (حجمی/ وزنی) رسید. همچنین تجزیه و تحلیل اسانس‌ها نشان داد در تیمارهای مختلف تعداد و درصد ترکیبات غالب به‌دست آمده متفاوت هستند. در تیمار 900 وات، ترکیبات غالب اسانس کاریوفیلن و بورنئول بودند، در حالیکه در تیمارهای 300 و 600 وات و کلونجر ترکیبات غالب اسانس، آلفاپینن، کامفن و کامفور بودند.
 

کلیدواژه‌ها

• اسانس‌گیری
• زمان استخراج
• روش سطح پاسخ
• کلونجر
• مایکروویو

مراجع

Arasi, M. A. S. A. G., Rao, M. G. and Bagyalakshmi, J. (2016). Optimization of microwave-assisted extraction of polysaccharide from Psidium guajava L. fruits. International journal of biological macromolecules, 91(1), 227- 232. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2016.05.039

AOAC. (1980). Official methods of analysis. 13^th Edition, Association official analytical chemists, Washington DC.

Babakhani Lashkan, A., Rezaei, M, Rezaei, K., Seifabadi, S. J. (2012). Optimization of extraction of antioxidant compounds in microwave-assisted extracts of brown algae Sargassum angustifolium. Journal of Fisheries, Iranian Journal of Natural Resources, 65(3), 243- 255. DOI: 10.22059/jfisheries.2012.29488

Belwal, T., Pandey, A., Bhatt, I. D., Rawal, R. S. Optimized microwave assisted extraction (MAE) of alkaloids and polyphenols from Berberis roots using multiple- component analysis. scientific reports, 10, 917. https://doi.org/10.1038/s41598-020-57585-8.

Bagade, B. B., Patil, M. (2019). Recent advances in microwave assisted extraction of bioactive compounds from complex herbal samples: A Review, critical reviews in analytical chemistry, DOI: 10.1080/10408347.2019.1686966.

Bousbia N, Vian M. A, Ferhat M. A, Petitcolas E, Melakati, B. Y, Chemat, F. (2009). Comparison of two isolation methods for essential oil from rosemary leaves: Hydrodistillation and microwave hydrodiffusion and gravity. Food Chemistry, 114(1):355- 362. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2008.09.106

Djeddi, S., Bouchenah, N., Settar, I., Skaltsa, H. D. (2007). Composition and antimicrobial activity of the essential oil of Rosmarinus officinalis from Algeria. Chemistry of Natural Compounds, 43(4), 487-490.

Derwich, E., Benziane, Z., Chabir, R., Taouil, R. (2011). In vitro antibacterial activity and GC/ MS analysis of the essential oil extract of leaves of Rosmarinus officinalis grown in Morocco. International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, 3(3): 89- 95.

Dorneles, M. S., Norena, C. P. Z. (2020). Extraction of bioactive compounds from Araucaria angustifolia bracts by microwave‐ assisted extraction. Journal of food processing and preservation. 44(6), e14481. DOI:org.ezp.semantak.com/10.1111/jfpp.14481.

FAO. 2016. http://www.FAO.org.

Farhata, A., Fabiano- Tixierc, A. S., Visinoni, F., Romdhanea, M., Chemat. F. (2010). A surprising method for green extraction of essential oil from dry spices: Microwave dry-diffusion and gravity. Journal of Chromatography, 1217, 7345– 7350. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2010.09.062

Ghannadi, A., Sajadi, S. E., Ei-muslemi, M. A. M. (2002). Phytochemical investigations on flavonoids and constituents of volatile oil of rosmarinus officinalis. Jundishapur Scientific Medical Journal, 33:40.

Kooshesh, S., Golmakani, M. T. (2015). Optimization of microwave-assisted extraction of betalains from red beet (Beta vulgaris) and evaluating the antioxidant activity of obtained extract. Electronic Journal of Food Processing and Preservation, 7 (2): 39-60

Myers, R. H. Montgomery, D. C. (1995). Response surface methodology process and product optimization using designed experiments. John Wiley and Sons, New York, U. S. A, P. 714.

Samavati, V. (2013). Polysaccharide extraction from Abelmoschus: Optimization by response surface methodology. Journal of Carbohydrate Polymers, 95: 588-597. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.02.041

Miladi, H., Slama, R., Mili, D., Zouari, S, Bakhrouf, A., Ammar, E. (2013). Essential oil of Thymus vulgaris L. and Rosmarinus officinalis L.: Gas chromatography- mass spectrometry analysis, cytotoxicity and antioxidant properties and antibacterial activities against foodborne pathogens. Natural Science, 5(6):729- 739. DOI:10.4236/ns.2013.56090

Mandal, V., Mohan, Y., Hemalatha, S. (2007). Microwave assisted extraction– an innovative and promising extraction tool for medicinal plant research. Pharmacognosy Reviews, 1(1), 121- 135.

Moret, S., Conchione, Ch., Srbinovska, A., Lucci, P. (2019). Microwave-based technique for fast and reliable extraction of organic contaminants from food, with a special focus on hydrocarbon contaminants. Foods, 8, 503; DOI:10.3390/foods8100503.

Moradi, S., Fazlali, A., Hamedi, H. (2018). Microwave-assisted hydro-distillation of essential oil from rosemary: comparison with traditional distillation. Avicenna Journal of Medical Biotechnology, 10(1): 22-28.

Liazid, A., Palma, M., Brigui, J., Barroso, C. G. (2007). Investigation on phenolic compounds stability during microwave-assisted extraction, Journal of Chromatography A, 1140 (1- 2), pp. 29- 34. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2006.11.040

Lucchesi, M. E., Chemat, F. Smalja, J. (2004). Solvent free microwave extraction of essential oil from aromatic herbs: comparison with conventional hydro-distillation. Journal of Chromatogr. A. 1043: 323-27.

Ravikumar, K., Krishnan, S., Ramalingam, S. Balu, K. (2007). Optimization of process variables by the application of response surface methodology for dye removal using a novel adsorbent. Dyes and Pigments, 72(1): 66-74. https://doi.org/10.1016/j.dyepig.2005.07.018

Rahman, L., Kukerja, A., Singh, S., Singh, A., Yadav, A. Khanuja, S. (2007). Qualitative analysis of essential oil of Rosmarinus officinalis L. cultivated in Uttaranchal Hills, India. Journal of Spices and Aromatic Crops, 16 (1):55– 57.

Omidbaigi, R. (2012). Production and processing of medicinal plants (Vol. 1). Astan Quds Publication, Tehran, 8th edition, pp. 348.

Viuda-Martos, M., Ruíz-Navajas, Y., Fernández-López, J., and Pérez-Álvarez, J. A. (2007). Chemical composition of the essential oils obtained from some spices widely used in Mediterranean region. Acta Chimica Slovenica, 54(4), 921.

Wang, W., Wu, N., Zu, Y. G., Fu, Y. J. (2008). Antioxidative activity of Rosmarinus officinalis L. essential oil compared to imain components. Food Chemistry, 108(3):1019– 1022. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2007.11.046