The effect of climatic conditions on the concentration of stevioside in Stevia production in different regions of Iran and optimization of stevioside extraction

Authors

1 Department of Food Science and Technology, Shahrekord Branch, Islamic Azad University, Shahrekord, Iran

2 Department of Food Science and Technology, Faculty of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran

3 Department of food science, technology and engineering, University of Tehran, Karaj, Iran

Abstract

Background & Aim: According to the increase in diseases such as diabetes and obesity, using of saccharose alternatives for producing of low-calorie and sugar-free alternatives, are taken into consideration of researchers and industrialists. Among them, steviosidewith the 300 times more sweetness than saccharose has special place, due to is a natural. The aim of this study is optimizing of stevioside extraction conditions from leaves of stevia (the solvent, temperature and time) and evaluation the effect of different climates on the stevioside concentration.
Experimental: At first, optimizing extraction of stevioside (the solvent, temperature and time) was done. Then, obtained results on the plants in five regions with different climates (Tehran: dry and semi-dry, Kashan: warm and dryIsfahan: temperate and mountainous, Shahrekord : cold and mountainous Shiraz: warm and mountainous) was applied, and finally concentration steviosidewas investigated using high performance liquid chromatography.
Results and discussion: According to the results, the best extraction conditions is at the time of 120 minutes, 50 ° C and 160 ml of solvent (ethanol). After that, by applying the results on the cultured plants in five cities: Tehran, Isfahan and Shiraz, Kashan and Shahrekord, results showed climate conditions have effect on product. So that, among them, the cultured plants in Isfahan have the highest level of production efficiency (tons per hectare); although, have the most impurities.
Recommended applications/industries: According to rise in consumtion of stevioside sweetener and increase in price of mentioned sweetener, its cultivation is very important in Iran. The survey results indicate that application of it in country can be achieved by solvent. However, more research on the other extraction methods is necessary and important.

Keywords


Article Title [Persian]

بررسی اثر شرایط اقلیمی بر غلظت استویوزید در استویای تولید شده در مناطق مختلف ایران و بهینه سازی شرایط استخراج استویوزید

Authors [Persian]

  • آلاله نیکوئی 1
  • محمد حجت الاسلامی 1
  • جواد کرامت 2
  • حسین کیانی 3
1 گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرکرد، شهرکرد، ایران
2 گروه علوم و صنایع غدایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
3 گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تهران، تهران، ایران
Abstract [Persian]

مقدمه و هدف: با توجه به   افزایش بیماری‌هایی از جمله دیابت و چاقی امروزه استفاده از جایگزین‌های ساکارز   برای تولید محصولات کم کالری و بدون قند مورد توجه پژوهشگران و صنعتگران قرار   گرفته است. در این میان استویوزید با شیرینی 300 برابر نسبت به ساکارز  با توجه به طبیعی بودن آن دارای جایگاه ویژه ‌ای   می‌باشد. هدف از اینپژوهش بهینه سازی   شرایط استخراج استویوزید از برگ‌های گیاه استویا (میزان حلال، دما و زمان)  و بررسی اقلیم‌های متفاوت بر روی میزان غلظت   استویوزید می‌باشد.
روش تحقیق: در ابتدا بهینه سازی استخراج   استویوزید (میزان حلال، دما و زمان) صورت گرفته سپس نتایج بر روی گیاهان پرورش   یافته در سه ناحیه با اقلیم متفاوت (اصفهان: معتدل   و کوهستانی، شهرکرد: سرد و کوهستانی و شیراز: گرم و کوهستانی) اعمال شد و در   نهایت میزان غلظت استویوزید با استفاده از کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا   مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج و بحث: با توجه به نتایج به دست   آمده بهترین شرایط استخراج در مدت زمان 120 دقیقه، دمای 50 درجه سانتی‌گراد و   حجم 160 میلی‌لیتر از حلال (اتانول) می‌باشد؛ درادامهبااعمالایننتایجبررویگیاهانرشددادهشدهدرسه شهراصفهان،شیرازوشهرکردنتایج بدست آمده نشان داد کهشرایطاقلیمیمی­تواند تاثیرگذار بررویمحصولباشدبهطوریکهدراینمیان گیاهان پرورش   یافته در اصفهانبیشترینسطحوراندمانتولیدتندرهکتارودرمقابلازبیشترینناخالصیبرخوردارمی‌باشد در حالیکه گیاهان   پرورش یافته در شیراز دارای کمترین راندمان تولید تن در هکتار و دارای خلوص بالا   می‌باشند. 
توصیه کاربردی/صنعتی:با توجه به بالا رفتن مصرف شیرین­کننده­ی استویوزید و همچنین قیمت بالای شیرین­کننده­ی فوق، کشت و پرورش آن در کشور امری مهم محسوب می‌شود. نتایج این تحقیق نشان­دهنده­ی تحقق کشت این گیاه در کشور و استخراج شیرین­کننده­ی استویوزید با استفاده از حلال می‌باشد؛ با این حال انجام پژوهش‌های بیشتر بر روی روش‌های استخراج دیگر نیز امری ضروری و مهم می‌باشد.

Keywords [Persian]

  • استویوزید
  • استخراج
  • کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا
  • شرایط اقلیمی
Astraki, R., Azizi, M., and Hojjatoleslami, M. 2012. Optimization of Extraction and Purification Stevioside.  Master's thesis (Islamic Azad University of Shahrekord)., 3-10.

Balsini, S., Najafi, A. and Hadad Khodaparast, M. 2008. Membrane separation method for the sweetener stevia leaves. National Conference functional food., 532-534.

Brandle, J.E., Starratt, A. N. and Gijzen, M. 1998. Stevia rebaudiana: its agricultural, biological, and chemical properties. Canadian Journal of Plant Science., 78: 527-533.

De, S., Mondal, S. and Banerjee, S. 2013. Introduction to stevioside. Stevioside technology, applications and health. John Wiley., 1-27.

Farokhzad, H. and Bagheri, A. 2004. Obesity and cardiovascular risk factors in Iranian children.  Iranian Journal of Diabetes and Lipid., 2: 175-183.

Jaroslov, P., Brabora, H. and Tuulia, H. 2007. Characterisation of steviol rebaudiana by choprehensive Tow dimensional liquid chromatography Time of Flight mass spectrometry. Journal of Chromatography A., 1150: 85-92.

Jeffrey, G. and Alejandro, C. 1999. Seed germination in stevia rebaudiana. Reprinted frome Perspeetives on New Crops and new Uses. ASHS Press, Alexandria, VA. Retrieved from http://www. lni. unipi. it/stevia/stevia/v4-510. htm, 510-511.

 

Koyama, E., Kitazawa, K., Ohori, Y., Izawa, O., Kakegawa, K. and Ul, M. 2003. In vitro metabolism of the glycosidic sweeteners, stevia mixture and enzymatically modified stevia in human intestinal microflora. Food and Chemical Toxicology., 41: 359-374.

Otroshy, M. and Mokhtary, A. 2014. Stevia and its health benefits. Nosuh publications, Isfahan, PP. 9-58.

 Puri, M., Kaur, A., Barrow, C. J. and Singh, R. S. 2011a. Citrus peel influences the production of an extracellular naringinase by Staphylococcus xylosus MAK2 in a stirred tank reactor. Applied microbiology and biotechnology., 89: 715-722.

Puri, M., Sharma, D. and Tiwari, A. K. 2011. Downstream processing of stevioside and its potential applications. Biotechnology  Advances., 29: 781-791.

Ray, C., Majumdra, G. and De, S. 2012. Optimization of process parameters for water extraction of stevioside using response surface methodology. Seperation Science and Technology., 47:1014-1022.