Optimization of the conditions of ultrasonic extraction of polyphenolic compounds from the inflorescences of Koenigia weyrichii (F. Schmidt) T.M. Schust. Et Reveal

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Introduction. Inflorescences of Koenigia weyrichii (F. Schmidt) T.M. Schust. et Reveal contains a large amount of flavonoids. However, at present, the most optimal conditions for their extraction by water-ethanol mixtures have not been obtained, and the effect of ultrasound on the extraction process has not been fully studied.

The aim of the study was to optimize the conditions of ultrasonic water-ethanol extraction of secondary metabolites from the inflorescences of K. weyrichii.

Material and methods. Optimal extraction conditions have been established using the Box-Behnken algorithm. The total content of polyphenols was determined using the Folin-Ciocalteu method, and flavonoids were determined using a complexation reaction with aluminum chloride. The total antioxidant activity was assessed using the phosphomolybdate method. The content of polyphenolic acids was determined by HPLC. The ability of the extract obtained under optimal conditions to inhibit free radicals was determined by DPPH and ABTS methods.

Results. The highest yield of the target substances is achieved in 60 minutes of extraction in 50% aqueous ethanol at a temperature of 50 ° C, and mixing plant material with a particle size of 0.1 mm with an solvent in a ratio of 1:10 (mass to volume. It has been shown that ultrasound exposure reduces the yield of target substances.

Conclusions. The results of the work are the scientific basis for the development of methods of phytochemical analysis and technologies for the production of pharmaceuticals based on the studied plant.

Sobre autores

A. Korovkina

Federal Research Centre “Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences”

Autor responsável pela correspondência
Email: a.korovkina@ksc.ru
ORCID ID: 0000-0002-4097-6521

Research Scientist, Laboratory of Medical and Biological Technologies

Rússia, Fersmana str. 14, Apatity, 184209

A. Koigerova

Federal Research Centre “Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences”

Email: a.koygerova@ksc.ru
ORCID ID: 0000-0002-8843-0122

Research Scientist, Laboratory of Medical and Biological Technologies

Rússia, Fersmana str. 14, Apatity, 184209

N. Tsvetov

Federal Research Centre “Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences”

Email: n.tsvetov@ksc.ru
ORCID ID: 0000-0003-1356-2259

Ph.D. (Chem.), Head of the Laboratory of Medical and Biological Technologies, Scientific Center for Medical and Biological Research of Human Adaptation in the Arctic

Rússia, Fersmana str. 14, Apatity, 184209

P. Mizina

All-Russian Scientific Research Institute of Medicinal and Aromatic Plants

Email: mizina-pg@yandex.ru
ORCID ID: 0000-0001-6510-9603

Dr.Sc. (Pharm.), Professor, Advisor to the Director, Honored Scientist of the Russian Federation

Rússia, Grin str. 7, Moscow, 117216

Bibliografia

  1. Korovkina A V., Zhirov VK. Environmental factors affecting flavonoid accumulation in plants Poligonum weyrichii growing in Murmansk region. Regul Mech Biosyst. 2019; 10(4): 553–559. doi: 10.15421/021981.
  2. Головкин Б.Н., Руденская Р.Н., Трофимова И.А., Шретер А.И. Биологически активные вещества растительного происхождения. В 3-х томах. Т. 1. под ред. Семихов В.Ф., М.: Наука; 2001. 350 p. [Golovkin B.N., Rudenskaya R.N., Trofimova I.A., Shreter A.I. Biologicheski aktivny`e veshhestva rastitel`nogo proisxozhdeniya. V 3-x tomax. T. 1. pod red. Semixov V.F., M.: Nauka; 2001. 350 p. (In Russ.)].
  3. Беленовская Л.М., Лесиовская Е.Е. Растительные ресурсы России. Т. 1. СПб; 2008. 421 p. [Belenovskaya L.M., Lesiovskaya E.E. Rastitel`ny`e resursy` Rossii. T. 1. SPb; 2008. 421 p. (In Russ.)].
  4. Korovkina A., Zhirov V., Tsvetov N., Petrashova D. Herbaceous plants growing in Arctic zones as potential perspective sources of valuable flavonoids. IOP Conf Ser Earth Environ Sci. 2020; 613(1): 012058. doi: 10.1088/1755-1315/613/1/012058.
  5. Коровкина А.В., Цветов Н.С., Паукшта О.И. и др. Определение содержания полифенольных компонентов, антиоксидантной и антирадикальной аетивности этанольных экстрактов растения Koenigia weyrichii, произрастающего на Кольском полуострове. Химия растительного сырья. 2021; (3): 275–282. [Korovkina A.V., Tsvetov N.S., Paukshta O.I. i dr. Determination of the content of polyphenol components, antioxidant and antiradical activity of ethanol extracts of the plant Koenigia weyrichii growing on the Kola peninsula. Chemistry of plant raw material. 2021; (3): 275–282. (In Russ.)].
  6. Wang L., Weller C.L. Recent advances in extraction of nutraceuticals from plants. Trends Food Sci Technol. 2006.17(6):300–12. doi: 10.1016/j.tifs.2005.12.004.
  7. NN Azwanida. A Review on the Extraction Methods Use in Medicinal Plants, Principle, Strength and Limitation. Med Aromat Plants. 2015; 4(03): 3–8. doi: 10.4172/2167-0412.1000196.
  8. Panzella L., Moccia F., Nasti R. et al. Bioactive Phenolic Compounds From Agri-Food Wastes: An Update on Green and Sustainable Extraction Methodologies. Front Nutr. 2020; 7(May): 1–27. doi: 10.3389/fnut.2020.00060.
  9. Elapov A.A., Kuznetsov N.N., Marakhova A.I. The Use of Ultrasound in the Extraction of Biologically Active Compounds from Plant Raw Materials, Used or promising for Use in Medicine (Review). Drug Dev Regist. 2021; 10(4): 96–116. doi: 10.33380/2305-2066-2021-10-4-96-116.
  10. Анисимов П.Н. Об использовании методики планирования эксперимента в соответствие с трехуровневыми планами Бокса–Бенкена. Вестник магистратуры. 2017; 65(2): 32–36. [Anisimov P.N. Ob ispol`zovanii metodiki planirovaniya e`ksperimenta v sootvetstvie s trexurovnevy`mi planami Boksa–Benkena. Vestnik magistratury`. 2017; 65(2): 32–36. (In Russ.)].
  11. Ferreira S.L.C., Bruns R.E., Ferreira H.S. et al. Box-Behnken design: An alternative for the optimization of analytical methods. Anal Chim Acta. 2007; 597(2): 179–186.
  12. Zhang X., Su J., Chu X., Wang X. A Green Method of Extracting and Recovering Flavonoids from Acanthopanax senticosus Using Deep Eutectic Solvents. Molecules. 2022; 27(3):.923. doi: 10.3390/molecules27030923.
  13. Khezeli T., Daneshfar A., Sahraei R. A green ultra-sonic-assisted liquid-liquid microextraction based on deep eutectic solvent for the HPLC-UV determination of ferulic, caffeic and cinnamic acid from olive, almond, sesame and cinnamon oil. Talanta. 2016; 150: 577–85. doi: 10.1016/j.talanta.2015.12.077.
  14. Gao Y., Wang S., Dang S. et al. Optimized ultrasound-assisted extraction of total polyphenols from Empetrum nigrum and its bioactivities. J Chromatogr B Anal Technol Biomed Life Sci. 2021; 1173(January): 122699. doi: 10.1016/j.jchromb.2021.122699.
  15. Fliniaux O., Corbin C., Ramsay A. et al. Microwave-assisted extraction of herbacetin diglucoside from flax (Linum usitatissimum L.) seed cakes and its quantification using an RP-HPLC-UV system. Molecules. 2014.19(3):3025–37.
  16. Tsvetov N., Sereda L., Korovkina A. et al. Ultrasound-assisted extraction of phytochemicals from Empetrum hermafroditum Hager. using acid-based deep eutectic solvent: kinetics and optimization. Biomass Convers Biorefinery. 2022; 12(S1): 145–156. doi: 10.1007/s13399-022-02299-2.
  17. Sereda L.N., Tsvetov N.S. Optimization of the Method of Ultrasonic Extraction of Biologically Active Compounds With an Alcohol-Water Mixture From the Fruits of Vaccinium Vitis-Idaea L., Growing on the Kola Peninsula. Khimiya Rastit Syr’ya. 2024; 1(1): 292–300.
  18. Cavdarova M., Makris D.P. Extraction kinetics of phenolics from carob (Ceratonia siliqua L.) kibbles using environmentally benign solvents. Waste and Biomass Valorization. 2014; 5(5): 773–779.
  19. Pękal A., Pyrzynska K. Evaluation of Aluminium Complexation Reaction for Flavonoid Content Assay. Food Anal Methods. 2014; 7(9): 1776–82.
  20. Prieto P., Pineda M., Aguilar M. Spectrophotometric Quantitation of Antioxidant Capacity through the Formation of a Phosphomolybdenum Complex: Specific Application to the Determination of Vitamin E. Anal Biochem. 1999; 269(2): 337–341. doi: 10.1006/abio.1999.4019.
  21. Koigerova A., Gosteva A., Samarov A., Tsvetov N. Deep Eutectic Solvents Based on Carboxylic Acids and Glycerol or Propylene Glycol as Green Media for Extraction of Bioactive Substances from Chamaenerion angustifolium (L.) Scop. Molecules. 2023; 28(19): 6978. doi: 10.3390/molecules28196978.
  22. Kedare S.B., Singh R.P. Genesis and development of DPPH method of antioxidant assay. J Food Sci Technol. 2011; 48(4): 412–422.
  23. Re R., Pellegrini N., Proteggente A. et al. Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation decolorization assay. Free Radic Biol Med. 1999; 26(9–10): 1231–7. doi: 10.1016/S0891-5849(98)00315-3.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar
2. Fig. 1. Dependences of the yield of polyphenols (а), flavonoids (б) and total antioxidant activity (в) on extraction time and approximation results (—)

Baixar (134KB)
Metadados
3. Fig. 2. The effect of ethanol concentration on the yield of the sum of polyphenols TPC (а), flavonoids TFC (б) and total antioxidant activity TAC (в)

Baixar (395KB)
Metadados
4. Fig. 3. Dependence of TPC (а), TFC (б) and TAC (в) on the power of ultrasonic exposure P

Baixar (405KB)
Metadados
5. Fig. 4. Contour-plots of the response surfaces for the total content of polyphenols TPC (а–в), flavonoids TFC (г–е) and total antioxidant activity TAC (ж–и) from temperature T (C), the ratio of the volume of solvent and the mass of plant raw materials v/m (B) and particle size of vegetable raw materials d (C)

Baixar (466KB)
Metadados
6. Fig. 5. Experimental data on the dependence of the degree of inhibition of free radicals DPPH (а) and ABTS (б), as well as the results of data approximation (---) by a linear equation in the case of the DPPH radical and the Boltzmann sigmoid in the case of the ABTS radical

Baixar (245KB)
Metadados

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».