Optimum Conditions for Antioxidants Extraction from Grape Seed By-product of Winery Using Orthogonal Array Design

ธวัชชัย ศุภวิทิตพัฒนา; คำรบ สมะวรรธนะ

ผู้แต่ง

ธวัชชัย ศุภวิทิตพัฒนา สาขาวิชาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีการอาหาร คณะเทคโนโลยีการเกษตรและอาหาร มหาวิทยาลัยราชภัฏพิบูลสงคราม จังหวัดพิษณุโลก ประเทศไทย
คำรบ สมะวรรธนะ สาขาวิชาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีการอาหาร คณะเทคโนโลยีการเกษตรและอาหาร มหาวิทยาลัยราชภัฏพิบูลสงคราม จังหวัดพิษณุโลก ประเทศไทย

คำสำคัญ:

เมล็ดองุ่นเหลือทิ้งจากการผลิตไวน์, ฟีนอลิก, การต้านออกซิเดชัน, การออกแบบออทอกอนอลอะเรย์

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้ศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการสกัดเมล็ดองุ่นเหลือทิ้งจากการผลิตไวน์ด้วยการออกแบบการทดลองด้วยวิธีออทอกอนอลอะเรย์ L₉ (3⁴) โดยมีปัจจัยที่ศึกษาทั้งหมด 4 ปัจจัย ได้แก่ ความเข้มข้นสารละลายเอทานอล (50, 70 และ 90 เปอร์เซ็นต์) ระยะเวลาในการสกัด (20, 30 และ 40 นาที) สัดส่วนเมล็ดองุ่นบดต่อปริมาณเอทานอล (1:10, 1:20 และ 1:30 w/v) และขนาดอนุภาคของเมล็ดองุ่นบด (เมล็ดองุ่นบดทั้งหมด เมล็ดองุ่นบดที่ค้างบนตะแกรง 40 เมช และเมล็ดองุ่นบดที่ผ่านตะแกรง 40 เมช) เมื่อวิเคราะห์ค่า Signal-to-noise ratio (S/N Ratio) พบว่า สภาวะการสกัดเมล็ดองุ่นที่เหมาะสม ประกอบด้วยการใช้สารละลายเอทานอลที่ความเข้มข้น 70 เปอร์เซ็นต์ (A₂) ระยะเวลาในการสกัด 30 นาที (B₂) สัดส่วนเมล็ดองุ่นบดต่อปริมาณเอทานอลที่ 1:30 (C₃) และขนาดอนุภาคของเมล็ดองุ่นบดที่ผ่านตะแกรง 40 เมช (D₃) สภาวะดังกล่าวให้ปริมาณฟีนอลิกทั้งหมด ปริมาณฟลาโวนอยด์ทั้งหมด และการต้านอนุมูลอิสระซึ่งประเมินด้วยวิธี DPPH, FRAP และ ABTS เท่ากับ 65.49±7.43 mg GAE/ g DM 43.78±5.46 mg CE/ g DM 331.64±5.45, 196.00±4.77 และ 423.03±4.98 µmol TE/ g DM ตามลำดับ สารประกอบฟีนอลิกที่สกัดได้ประกอบด้วยแคทีชิน อิพิแคทีชิน และโปรไซยานิดิน บี2 ในปริมาณ 1.61±0.10, 1.01±0.09 และ 0.82±0.07 mg/g DM ตามลำดับ ค่าที่ได้จากการทดลองและค่าจากการทำนายมีค่าใกล้เคียงกัน

References

Maier, T., Schieber, A., Kammerer, D.R. and Carle, R., 2009, “Residues of Grape (Vitis vinifera L.) Seed Oil Production as a Valuable Source of Phenolic Antioxidants,” Food Chemistry, 112 (3), pp. 551-559.

Chedea, V.S., Braicu, C. and Socaciu, C., 2010, “Antioxidant/prooxidant Activity of Polyphenolic Grape Seed Extract,” Food Chemistry, 121 (1), pp. 132-139.

Arct, J. and Pytkowska, K., 2008, “Flavonoids as Components of Biologically Active Cosmeceuticals,” Clinics in Dermatology, 26 (4), pp. 347-357.

Brannan, R.G., 2009, “Effect of Grape Seed Extract on Descriptive Sensory Analysis of Ground Chicken During Refrigerated Storage,” Meat Science, 81 (4), pp. 589-595.

Reddy, G.V.B., Sen, A.R., Nair, P.N., Reddy, K.S., Reddy, K.K. and Kondaiah, N., 2013, “Effects of Grape Seed Extract on the Oxidative and Microbial Stability of Restructured Mutton Slices,” Meat Science, 95 (2), pp. 288–294.

Rababah, T.M., Yücel, S., Ereifej, K.I., Alhamad, M.N., Al-Mahasneh, M.A., Yang, W., Muhammad, A.H. and Ismaeal, K., 2010, “Effect of Grape Seed Extracts on the Physicochemical and Sensory Properties of Corn Chips During Storage,” Journal of the American Oil Chemists' Society, 88 (5), pp. 631-637.

Peng, X., Ma, J., Cheng, K.W., Jiang, Y., Chen, F. and Wang, M., 2010, “The Effects of Grape Seed Extract Fortification on the Antioxidant Activity and Quality Attributes of Bread,” Food Chemistry, 119 (1), pp. 49-53.

Kanlayakrit, W., Chantra, J. and Booranasawettatham, S., 2008, “Optimum Condition for Production of Lookpang-lao in Lab Scale by Taguchi Method,” Proceedings of 46th Kasetsart University Annual Conference: Agro-Industry, pp. 371-379. (In Thai)

Chandrasekar, V., Kannan, K., Priyavarshini, R. and Gayathri, R., 2015, “Application of Taguchi Method in Optimization of Process Factors of Ready to Eat Peanut (Arachis hypogaea) Chutney,” International Food Research Journal, 22 (2), pp. 510-516.

Shi, M., Yang, Y., Guan, D., Zhang, Y. and Zhang, Z., 2012, “Bioactivity of the Polysaccharides from Fermented Soybean Curd Residue by Flammulina velutipes,” Carbohydrate Polymer, 89 (4), pp. 1268-1276.

Wu, T., Yan, J., Liu, R., Marcone, M.F., Aisa, H.A. and Tsao, R., 2012, “Optimization of Microwave-assisted Extraction of Phenolic from Potato and Its Downstream Waste using Orthogonal Array Design,” Food Chemistry, 133 (4), pp. 1292-1298.

Yu, Y.J., Chen, Z., Chen, P.T. and Ng, I.S., 2018, “Production, Characterization and Antibacterial Activity of Exopolysaccharide from a Newly Isolated Weissella cibaria under Sucrose Effect,” Journal of Bioscience and Bioengineering, 126 (6), pp. 769–777.

Ghafoor, K. and Choi, Y.H., 2009, “Optimization of Ultrasound Assisted Extraction of Phenolic Compounds and Antioxidants from Grape Peel through Response Surface Methodology,” Journal of the Korean Society for Applied Biological Chemistry, 52 (2), pp. 295-300.

Bozan, B., Tosun, G. and ÖZcan, D., 2008, “Study of Polyphenol Content in the Seeds of Red Grape (Vitis vinifera L.) Varieties Cultivated in Turkey and Their Antiradical Activity,” Food Chemistry, 109 (2), pp. 426-430.

Spigno, G., Tramelli, L. and Faveri, D.M.D., 2007, “Effects of Extraction Time, Temperature and Solvent on Concentration and Antioxidant Activity of Grape Marc Phenolics,” Journal of Food Engineering, 81 (1), pp. 200-208.

Luque-Rodrıguez, J.M., Luque de Castro, M.D. and Perez-Juan, P., 2007, “Dynamic Superheated Liquid Extraction of Anthocyanins and Other Phenolics from Red Grape Skins of Winemaking Residues,” Bioresource Technology, 98 (14), pp. 2705–2713.

Yang, J., Martinson, T.E. and Liu, R.H., 2009, “Phytochemical Profiles and Antioxidant Activities of Wine Grapes,” Food Chemistry , 116 (1), pp. 332-339.

Samavardhana, K., Supawititpattana, P., Jitrepotch, N., Rojsuntornkitti, K. and Kongbangkerd, T., 2015, “Effects of Extracting Conditions on Phenolic Compounds and Antioxidant Activity from Different Grape Processing Byproducts,” International Food Research Journal, 22 (3), pp. 1169-1179.

Hussain, A.I., Chatha, S.A.S., Noor, S., Arshad, M.U., Khan, Z.A., Rathore, H.A. and Sattar, M.Z.A., 2012, “Effect of Extraction Techniques and Solvent Systems on the Extraction of Antioxidant Components from Peanut (Arachishypogaea L.) Hulls,” Food Analytical Methods, 5 (4), pp. 890-896.

Hatzidimitriou, E., Nenadis, N. and Tsimidou, M.Z., 2007, “Changes in the Catechin and Epicatechin Content of Grape Seeds on Storage under Different Water Activity (aw) Conditions,” Food Chemistry, 105 (4), pp. 1504-1511.

Yilmaz, Y. and Toledo, R.T., 2006, “Oxygen Radical Absorbance Capacities of Grape/wine Industry Byproducts and Effect of Solvent Type on Extraction of Grape Seed Polyphenols,” Journal of Food Composition and Analysis, 19 (1), pp. 41-48.

Xu, C., Zhang, Y., Wang, J. and Lu, J., 2010, “Extraction, Distribution and Characterization of Phenolic Compounds and Oils in Grape Seeds,” Food Chemistry, 122 (3), pp. 688-694.

Tabaraki, R., Heidarizadi, E. and Benvidi, A., 2012, “Optimization of Ultrasonic Assisted Extraction of Pomegranate (Punica granatum L.) Peel Antioxidants by Response Surface Methodology,” Separation and Purification Technology, 98 (1), pp. 16-23.

Tao, Y., Wu, D., Zhang, Q.A. and Sun, D.W., 2014, “Ultrasound-assisted Extraction of Phenolics from Wine Lees: Modeling, Optimization and Stability of Extracts During Storage,” Ultrasonics Sonochemistry, 21 (2), pp. 706-715.

Chan, E.W.C., Lye, P.Y., Tan, L.N., Eng, S.Y., Tan, Y.P. and Wong, Z.C., 2012, “Effects of Drying Method and Particle Size on the Antioxidant Properties of Leaves and Teas of Morusalba, Lagerstroemia speciosa and Thunbergia laurifolia,” Chemical Industry and Chemical Engineering Quarterly, 18 (1), pp. 45-472.

Pérez-Jiménez, J., Arranz, S., Tabernero, M., Diaz-Rubio, M.E., Serrano, J., Goñi , I. and Saura-Calixto, F., 2008, “Update Methodology to Determine Antioxidant Capacity in Plant Foods, Oil and Beverages: Extraction, Measurement and Expression of Results,” Food Research International, 41 (3), pp. 274-285

Durling, N.E., Catchpole, O.J., Grey, J.B., Webby, R.F., Mitchell, K.A., Foo, L.Y. and Perry, N.B., 2007, “Extraction of Phenolics and Essential Oil from Dried Sage (Salvia officinalis) Using Ethanol-water Mixtures,” Food Chemistry, 101 (4), pp. 1417-1424.

Bucić-Kojić, A., Planinić, M., Tomas, S., Bilić, M., and Velić, D., 2007, “Study of Solid-liquid Extraction Kinetics of Total Polyphenols from Grape Seeds,” Journal of Food Engineering, 81 (1), pp. 236-242.

Qu, W., Pan, Z. and Ma, H., 2010, “Extraction Modeling and Activities of Antioxidants from Pomegranate Marc,” Journal of Food Engineering, 99 (1), pp. 16-23.

Arts, I.C.W. and Hollman, P.C.H., 1998, “Optimization of a Quantitative Method for the Determination of Catequins in Fruits and Legumes,” Journal of Agricultural and Food Chemistry, 46 (12), pp. 5156–5162.

Wang, R., Chen, P., Jia, F., Tang, J. and Ma, F., 2012, “Optimization of Polysaccharides from Panax japonicas C.A. Meyer by RSM and Its Anti-oxidant Activity,” International Journal of Biological Macromolecules, 50 (2), pp. 331-336.

Chew, K.K., Khoo, M.Z., Ng, S.Y., Thoo, Y.Y., Wan Aida, W.M. and Ho, C.W., 2011, “Effect of Ethanol Concentration, Extraction Time and Extraction Temperature on the Recovery of Phenolic Compounds and Antioxidant Capacity of Orthosiphon stamineus Extracts,” International Food Research Journal, 18 (4), pp. 1427-1435.

Gong, Y., Hou, Z., Gao, Y., Xue, Y., Liu, X. and Liu, G., 2012, “Optimization of Extraction Parameters of Bioactive Components from Defatted Marigold (Tagetes erecta L.) Residue Using Response Surface Methodology,” Food and Bioproducts Processing, 90 (1), pp. 9-16.

Sai-Ut, S., Benjakul, S., Kraithong, S. and Rawdkuen, S., 2015, “Optimization of Antioxidants and Tyrosinase Inhibitory Activity in Mango Peels Using Response Surface Methodology,” LWT-Food Science and Technology, 64 (2), pp. 742-749.

Halee, A. and Rattanapun, B., 2017, “Study of Antioxidant Efficacies of 15 Local Herbs,” KMUTT Research and Development Journal, 40 (2), pp. 283-293. (In Thai)

Carrera, C., Ruiz-Rodríguez, A., Palma, M. and Barroso, C.G., 2012, “Ultrasound Assisted Extraction of Phenolic Compounds from Grapes,” Analytica Chimica Acta, 732 (1), pp. 100–104.

Gonzales-Manzano, S., Rivas-Gonzalo, J.C. and Santos-Buelga, C., 2004, “Extraction of Flavan-3-ols from Grape Seed and Skin into Wine Using Simulated Maceration,” Analytica Chimica Acta, 513 (1), pp.283–289.

Ginjom, I., D’Arcy, B., Caffin, N. and Gidley, M., 2011, “Phenolic Compound Profiles in Selected Queensland Red Wines at All Stages of the Wine-making Process,” Food Chemistry, 125 (3), pp. 823-834.

Puértolas, E., Hemández-Orte, P., Sladańa, G., Álvarez, I. and Raso, J., 2010, “Improvement of Winemaking Process Using Pulsed Electric Fields at Pilot-plant Scale, Evolution of Chromatic Parameters and Phenolic Content of Cabenet Sauvignon Red Wines,” Food Research International, 43 (3), pp. 761-766.