مقایسه‌ روش اولتراسوند و خیساندن برای استخراج رنگدانه آستاگزانتین از میگوی موزی (Fenneropenaeus merguiensis) و سخت‌پوست گاماروس (Pontogammarus maeoticus) به کمک میکروامولسیون مایع یونی در آب

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه علوم و صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 استاد، گروه علوم و صنایع غذایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

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

4 دانشیار، گروه علوم شیلات، واحد بندرعباس، دانشگاه آزاداسلامی، بندرعباس

چکیده

سابقه و هدف: آستاگزانتین رنگدانه‌ کارتنوئیدی با رنگ نارنجی-قرمز است که به دلیل داشتن اتم‌های کربن، هیدروژن و اکسیژن در ساختار خود، در گروه گزانتوفیل‌ها طبقه بندی می‌شود. این رنگدانه در بین مشتقات اکسیژن دار کاروتنوئیدی بالاترین میزان را دارا است. منابع آستاگزانتین را می‌توان 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 روش‌ها: ابتدا پودر نمونه‌ها با استفاده از خشک کن انجمادی تهیه شدند. پس از تهیه نمونه‌ها 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. آزمون‌های 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.
یافته‌ها: بیشترین 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 موزیFenneropenaeus 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 آنتی‌اکسیدان سنتزی BHTبا افزایش غلظت همواره فعالیت آنتی اکسیدانی‌ آستاگزانتین در هر دو روش پایین تر از BHT بود.
نتیجه گیری: به 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 یافته‌ها نشان داد که روش اولتراسوند می‌تواند جایگزین مناسبی برای روش‌های سنتی استخراج باشد زیرا عملکرد و کارایی بالاتری داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Comparison of ultrasound with soaking method for extracting astaxanthin pigment from shrimp (Fenneropenaeus merguiensis) and gammarus (Pontogammarus maeoticus) using ionic liquid microemulsion in water

نویسندگان [English]

  • Parisa Feizi 1
  • Yahya Maghsoudlou 2
  • Hoda Shahiri Tabarestani 3
  • Seyed Mahdi Jafari 2
  • Amir Bahri 4
1 Ph.D. Student, Department of Food Science and Technology, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
2 Professor, Department of Food Science and Technology, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
3 Assistant Professor , Department of Food Science and Technology, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
4 Associate Professor, Department of Fisheries, Bandar Abbas Branch, Islamic Azad University, Bandar Abbas, Iran.
چکیده [English]

Background and objectives:
Astaxanthin, 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 methods:
The 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
Results:
The 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.

Conclusion: In 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.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Astaxanthin
  • Ultrasound
  • Green extraction
  • Natural antioxidant
  • Shrimp waste

مراجع

  1. فیضی، پریسا، مقصودلو، یحیی، شهیری طبرستانی، هدی، جعفری، سیدمهدی و بحری، امیر. (1402). مقایسه استخراج آستاگزانتین از میگوی موزی (Fenneropenaeus merguiensis) و سخت پوست گاماروس (Pontogammarus maeoticus) به کمک حلال آلی، روغن آفتابگردان و میکروامولسیون مایع یونی در آب، نشریه پژوهش‌های علوم و صنایع غذایی ایران.Poorniammal, R., Prabhu, S., Dufossé, L., & Kannan, J. (2021). Safety evaluation of fungal pigments for food applications. Journal of Fungi, 7(9), 692.Gengatharan, A., Dykes, G. A., & Choo, W. S. (2015). Betalains: Natural plant pigments with potential application in functional foods. LWT-Food Science and Technology, 64(2), 645-649.Stachowiak, B., &Szulc, P. (2021). Astaxanthin for the food industry. Molecules, 26(9), 2666.Oslan, S. N. H., Tan, J.S., Oslan, S.N., Matanjun, P., Mokhtar, R.A.M., Shapawi, R., & Huda, N. (2021). Haematococcuspluvialis as a potential source of astaxanthin with diverse applications in industrial sectors: Current research and future directions. Molecules, 26(21), 6470.Escobar-Lux, R.H., Parsons, A.E., Samuelsen, O.B. & Agnalt, A-L. 2020. Short-term exposure to hydrogen peroxide induces mortality and alters exploratory behaviour of European lobster (Homarus gammarus). Ecotoxicology and Environmental Safety. 204: 111111.
  2. Sitko, R., Zawisza, B., &Malicka, E. (2013). Graphene as a new sorbent in analytical chemistry. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 51, 33-43.Pagels, F., Pereira, R.N., Vicente, A.A., & Guedes, A.C. (2021). Extraction of pigments from microalgae and cyanobacteria—A review on current methodologies. Applied Sciences, 11(11), 5187.
  3. Khoo, K. S., Lee, S. Y., Ooi, C. W., Fu, X., Miao, X., Ling, T. C., & Show, P. L. (2019). Recent advances in biorefinery of astaxanthin from Haematococcuspluvialis. Bioresource technology, 288, 121606.Amiri-Rigi, A. and Abbasi, S. 2019. Extraction of lycopene using a lecithin-based olive oil microemulsion. Food Chemistry. 272: 568-573.Amiri-Rigi, A., Abbasi, S., &Emmambux, M. N. (2022). Background, limitations, and future perspectives in food grade microemulsions and nanoemulsions. Food Reviews International, 1-39.Gao, J., Fang, C.L., Lin, Y. Z., Nie, F. H., Ji, H. W. & Liu, S. C. 2020. Enhanced extraction of astaxanthin using aqueous biphasic systems composed of ionic liquids and potassium phosphate. Food Chemistry. 309: 125672.Chemat, F., Rombaut, N., Meullemiestre, A., Turk, M., Perino, S., FabianoTixier, A.S. and Vian, M.A. (2017). Review Ultrasound assisted extraction of food and natural products. Mechanisms, techniques,combinations, protocols and applications. Ultrason Sonochem, 34, pp.540 -560
  4. Sharayei, P., Azarpazhooh, E., Zomorodi, S., Einafshar, S., & Ramaswamy, H. S. (2021). Optimization of ultrasonic-assisted extraction of astaxanthin from green tiger (Penaeus semisulcatus) shrimp shell. Ultrasonics Sonochemistry, 76, 105666.Qin, D., Xiang, B., Zhou, X., Qiu, S., & Xi, J. (2022). Microemulsion as solvent for naphthoquinones extraction from walnut (Juglans mandshurica Maxim) green husk using high voltage electrical discharge. Separation and Purification Technology, 281, 119983.Parjikolaei, B. R., Errico, M., El-Houri, R. B., Christensen, K. V., & Fretté, X. C. (2016). Green Approaches to Extract Astaxanthin from Shrimp Waste: Process Design and Economic Evaluation. In Computer Aided Chemical Engineering (Vol. 38, pp. 649-654): Elsevier.Haque, F., Dutta, A., Thimmanagari, M., & Chiang, Y. W. (2016). Intensified green production of astaxanthin from Haematococcus pluvialis. Food and BioproductsProcessing, 99, 1-11.Khoo, K. S., Chew, K. W., Yew, G. Y., Manickam, S., Ooi, C. W., & Show, P. L. (2020). Integrated ultrasound-assisted liquid biphasicflotation for efficient extraction of astaxanthin from Haematococcus pluvialis. Ultrasonics sonochemistry, 67, 105052.Ruen-ngam, D., Shotipruk, A., Pavasant, P., Ruen-ngam, D., Shotipruk, A. and Pavasant, P. 2010. Comparison of Extraction Methods for Recovery of Astaxanthin from Haematococcuspluvialis. Separation Science and Technology. 46(1): 64-70.Zhao, X., Zhang, X., Fu, L., Zhu, H., & Zhang, B. (2016). Effect of extraction and drying methods on antioxidant activity of astaxanthin from Haematococcus pluvialis. Food and Bioproducts Processing, 99, 197-203. doi:https://doi.org/10.1016/j.fbp.2016.05.007
  5. Chemat, F., Vian, M. A., Fabiano-Tixier, A. S., Nutrizio, M., Jambrak, A. R., Munekata, P. E., ... &Cravotto, G. (2020). A review of sustainable and intensified techniques for extraction of food and natural products. Green Chemistry, 22(8), 2325-2353.Khoo, K. S., Ooi, C. W., Chew, K. W., Foo, S. C., Lim, J. W., Tao, Y., ... & Show, P. L. (2021). Permeabilization of Haematococcuspluvialis and solid-liquid extraction of astaxanthin by CO2-based alkyl carbamate ionic liquids. Chemical Engineering Journal, 411, 128510.Bi, W., Tian, M., Zhou, J., & Row, K. H. (2010). Task-specific ionic liquid-assisted extraction and separation of astaxanthin from shrimp waste. Journal of Chromatography B, 878(24), 2243–2248. https://doi.org/10.1016/j.jchromb.2010.06.034.Zhang, Y., Liu, Z., Li, Y., & Chi, R. (2014). Optimization of ionic liquid-based microwave-assisted extraction of isoflavones from Radix puerariae by response surface methodology. Separation and Purification Technology, 129, 71-79.‏ https://doi.org/10.1016/j.seppur. 2014.03.022.
  6. Lee, N., Narasimhan, A. L., Moon, G., Kim, Y. E., Park, M., Kim, B., ... & Oh, Y. K. (2022). Room-Temperature Cell Disruption and Astaxanthin Recovery from Haematococcuslacustris Cysts Using Ultrathin α-Quartz Nanoplates and Ionic Liquids. Applied Sciences, 12(4), 2210.Zou, T. B., Jia, Q., Li, H. W., Wang, C. X., & Wu, H. F. (2013). Response surface methodology for ultrasound-assisted extraction of astaxanthin from Haematococcus pluvialis. Marine drugs, 11(5), 1644-1655.‏ https://doi.org/10.3390/md11051644.Kishimoto, Y., Tani, M., Uto-Kondo, H., Iizuka, M., Saita, E., Sone, H., . . . Kondo, K. (2010). Astaxanthin suppresses scavenger receptor expression and matrix metalloproteinase activity in macrophages. European Journal of Nutrition, 49(2), 119-126. doi:10.1007/s00394-009-0056-4
نشریه فرآوری و نگهداری مواد غذایی
دوره 16، شماره 2
تیر 1403
صفحه 53-66

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار