Optimization of antioxidant compounds extraction from almond shell by response surface method

Document Type: Original article

Authors

Department of food Science and Technology, Islami Azad University, Shahrekord branch, Shahrekord, Iran;

Abstract

Background and aim: Extraction of natural antioxidant compounds has recently attracted the attention of researchers. Almond is one of the native products of  Iran, which annually during the process of production , large volumes of waste is achieved. The aim of this study is investigating the impact of two parameters (time and ethanol percentage) on the extraction of phenol and antioxidant compounds from almond shell optimization of these parameters using the RSM method. In this study, extraction process was assisted by ultrasound.
Experimental: The fine powder was prepared from dried almond green shell. The powder was mixed with water- ethanol solvent in the ratio of 1:20 and exposed to ultrasound for a sufficient time at 35 °C. The tow variables of this study, eg the ethanol concentration (%) and time of extraction (each in 3 levels), were determined by the Design Expert software, and totally 13 experiments were performed for extraction. Afterwards, the concentration of phenolic compounds and antioxidant activity were analysed by Folin-Ciocalteu and DPPH methods, respectively.
Results and discussion:According to the results of the optimization, the optimal condition for extraction of maximum antioxidant compounds determined as 35.74 min, using a solvent contains 43.69 % of ethanol. In this condition, the antioxidant activity and concentration of phenolic compounds were 47.19 % and 0.917 (mg/mol) respectively. These results were confirmed by experimental analysis and it was shown that the model could well predict efficiency at the optimal point.
Industrial and practical recommendations: This study showed that the green shell of almonds can be as a cheap and accessible source for extracting the compounds or antioxidant activities. Furthermore, we showed that the ultrasonic-assisted extraction is an efficient and quick method for extraction of antioxidant compounds.

Keywords


Article Title [Persian]

بهینه سازی استخراج ترکیبات آنتی اکسیدانی از پوسته بادام با روش سطح پاسخ

Authors [Persian]

  • غلامرضا ایسپره
  • فاطمه نجاتی
  • مریم جعفری
دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، واحد شهرکرد، دانشگاه آزاد اسلامی، شهرکرد، ایران
Abstract [Persian]

مقدمه وهدف: استخراج ترکیبات آنتی اکسیدان طبیعی اخیرا توجه محققان مختلف را به خود جلب کرده است. بادام از جمله محصولات بومی ایران است که سالیانه حجم زیادی از ضایعات در طی تولید و فرآوری آن حاصل می­شود. هدف از تحقیق حاضر، بررسی عوامل زمان و درصد حلال (اتانول) بر میزان استخراج ترکیبات فنولی و خواص آنتی اکسیدانی عصاره استخراج شده از پوست بادام با کمک روش اولتراسوند و بهینه سازی شرایط استخراج با استفاده از روش RSM است.
روش تحقیق: پوسته سبز بادام به پودر تبدیل شد و به منظور استخراج به نسبت 1:20 با حلال (اتانول-آب) مخلوط و در دمای 35 درجه سانتیگراد تحت تاثیر امواج اولتراسوند برای مدت زمان کافی قرار داده شد. به منظور بهینه سازی فرایند دو فاکتور زمان (در سه سطح شامل 30، 45 و 60 دقیقه) و غلظت اتانول (در سه سطح شامل 0، 35 و 70%) در نرم افزار Design Expert وارد و درنهایت 13 آزمون برای استخراج عصاره طراحی شد. در ادامه غلظت ترکیبات فنولیک کل با روش فولین سیوکالتیو و فعالیت آنتی اکسیدانی باروش  DPPHاندازه­گیری شد.
نتایج وبحث: براساس نتایج حاصل از بهینه سازی، شرایط نقطه بهینه برای حداکثر استخراج ترکیبات آنتی اکسیدانی، شامل 74/35دقیقه زمان استخراج و استفاده از حلا لی حاوی 69/43درصد اتانول پیش بینی شد. تحت این شرایط بهینه، حداکثر فعالیت آنتی اکسیدانی19/47 درصد و غلظت ترکیبات فنولیک کل 917/ (mg/ml) بدست آمد. مقایسه نتایج پیش بینی شده توسط نرم افزار و مقادیر تجربی نشان داد که مدل از دقت کافی برای پیش بینی نقطه بهینه برخوردار است.
توصیه کاربردی/صنعتی: این پژوهش نشان داد که پوسته سبز بادام می­تواند بعنوان یک منبع ارزان و قابل دسترس برای استخراج ترکیبات با فعالیت آنتی­اکسیدانی مورد استفاده قرار گیرد. همچنین، این تحقیق نشان داد اولتراسوند روش مناسبی در تسریع استخراج ترکیبات آنتی­اکسیدانی می باشد.

Keywords [Persian]

  • پوسته بادام
  • ترکیبات انتی اکسیدانی
  • ترکیبات فنولیک
  • ضایعات کشاورزی
Amarowicz, R., Pegg, R. B., Rahimi-Moghaddam, P., Barl, B., Weil, J. A. 2004. Free-radical scavenging capacity and antioxidant activity of selected plant species from the Canadian prairies." Food Chemistry. 84(4): 551-562.

 

Albu, S., Joyce, E., Paniwnyk, L., Lorimer, J.P., Mason, T.J. 2004. Potential for the use of Ultrasound în the Extraction of Antioxidants from Rosmarinusofficinalis for the Food and Pharmaceutical Industry. Journal of Ultrasonic Sonochemistry. 11, 261.

Ballard, T. S., et al. 2010. Microwave-assisted extraction of phenolic antioxidant compounds from peanut skins. Food Chemistry.120(4): 1185-1192.

Haydari-Majd, M., et al. 2012. Optimisation of ultrasound-assisted extraction of phenolic compounds from Flomidoschema parviflora. Journal of Herbal Drugs. 3(1): 7-13.

Li, B., et al. 2006. "Extraction of phenolics from citrus peels: II. Enzyme-assisted extraction method." Separation and Purification Technology48(2): 189-196.

Ma, Y.-Q., et al. 2009. "Simultaneous extraction of phenolic compounds of citrus peel extracts: effect of ultrasound." Ultrasonics Sonochemistry16(1): 57-62.

Pinelo, M., et al. 2005. "Effect of solvent, temperature, and solvent-to-solid ratio on the total phenolic content and antiradical activity of extracts from different components of grape pomace." Journal of Agricultural and Food Chemistry53(6): 2111-2117.

Proestos, C. and M. Komaitis 2008. "Application of microwave-assisted extraction to the fast extraction of plant phenolic compounds." LWT-food science and technology41(4): 652-659.

Rezai, E. S., et al. 2015. "Isolation of  Shahmirzadi  husk walnut  extractusing microwave assisted extraction  (mae) and evaluation of  its antioxidant activity."

Rostagno, M. A., et al. 2003. "Ultrasound-assisted extraction of soy isoflavones." Journal of Chromatography A1012(2): 119-128.

Sfahlan, A. J., et al. 2009. "Antioxidants and antiradicals in almond hull and shell (Amygdalus communis L.) as a function of genotype." Food Chemistry115(2): 529-533.

Spigno, G., et al. 2007. "Effects of extraction time, temperature and solvent on concentration and antioxidant activity of grape marc phenolics." Journal of food engineering81(1): 200-208.                                                         

Vinatoru, M. 2001. "An overview of the ultrasonically assisted extraction of bioactive principles from herbs." Ultrasonics Sonochemistry8(3): 303-313.

Wang, J., et al. 2008. "Optimisation of ultrasound-assisted extraction of phenolic compounds from wheat bran." Food Chemistry106(2): 804-810.

Waterhouse, A. L. 2002. "Determination of total phenolics." Current protocols in food analytical chemistry.

Weisburger, J. 1999. "Mechanisms of action of antioxidants as exemplified in vegetables, tomatoes and tea." Food and chemical toxicology37(9): 943-948.

Williams, G., et al. 1999. "Safety assessment of butylated hydroxyanisole and butylated hydroxytoluene as antioxidant food additives." Food and chemical toxicology37(9): 1027-1038.

Joyce, C., Pennycooke, S. and Stushnoff, C. 2005. Relationship of cold acclimation, totalphenolic content and antioxidant capacity with chilling tolerance in petunia. Enviromental andEeperimental Botany 53: 225-232.

Wang’L.and Weller’L.2006. Resent  advances  in extra  ction of nutraceuticuls  from  plants.Trends  food Sci.Technol’17’300-312.

Ya-Qin, Ma. Jian-Chu, Chen. 2009. Simultaneous extraction of phenolic compound of citrus peel extracts: Effect of ultrasound. Journal of Ultrasonics Sonochemistry., 16: 57-62.

Yilmaz, Y. and R. T. Toledo 2004. "Major flavonoids in grape seeds and skins: antioxidant capacity of catechin, epicatechin, and gallic acid." Journal of Agricultural and Food Chemistry52(2): 255-260.