Îmbunătățirea cinetică a extracției compușilor bioactivi din struguri roșii (Vitis vinifera Moldova)
Abstract
Vinul de struguri dintr-un soi de struguri roșii (Vitis vinifera Moldova) cultivat în regiunea de nord-est a României a fost studiat ca sursă de extracție a antocianinei monomerice totale (TMA) și a conținutului fenolic total (TPC) folosind tratament cu ultrasunete. Metoda de extracție descrisă aici folosește doi solvenți diferiți, și anume 2-propanol și metanol. Pentru fiecare dintre solvenții de extracție, am evaluat influența singulară și impactul interacțiunilor dintre parametrii procesului (concentrația solventului, frecvența cu ultrasunete, temperatura și timpul de extracție) asupra randamentelor de extracție ale antocianinelor și compușilor fenolici. Metodologia suprafeței de răspuns a fost implementată printr-un design Box-Behnken pentru a optimiza extracția TMA și TPC din tescovină de struguri. Conform optimizării, pentru a obține cel mai mare randament de TPC (62,487 mg echivalent acid galic (GAE)/g (d = 1,0)), sunt necesare următoarele condiții: solvent - 2 propanol, concentrația solventului 50%, temperatura - 50 ° C și timpul de extracție 29,6 min.
1. Introducere
Strugurii (genul Vitis) sunt una dintre cele mai cultivate culturi de fructe din lume, cu utilizări în industria alimentară care variază de la producția de suc, vin, gem, jeleu, stafide și oțet până la extracția de ulei din semințe de struguri. Se estimează că aproximativ 80% din recolta de struguri este utilizată în industria vinicolă [1]. Producția și consumul de vin au fost în mod tradițional concentrate pe continentul european și continuă să fie dominate de trei mari producători europeni: Italia, Franța și Spania. De la scăderea sa majoră în 2012 [2], producția mondială de vin a crescut la 275,7 MhL în 2015, cu o ușoară creștere de 2% față de anul precedent [3]. După cum se poate aștepta, o industrie atât de mare este asociată cu producția de cantități semnificative de deșeuri solide și lichide. Deșeurile solide includ tulpini de struguri (2,5-7,5%), tescovină de struguri (până la 25-45%) și semințe de struguri (3-6%) [4]. Numai în țările europene, s-a estimat că 14,5 milioane de tone de subproduse ale strugurilor sunt generate anual de industria vinicolă [5,6].
Vinul de struguri este principalul deșeu al vinului și rezultă din procesul de vinificație în timpul producției de must de struguri prin zdrobirea strugurilor întregi. Tocul de struguri, care este alcătuit din piei și semințe, se raportează că reprezintă un procent aproximativ între 25% și 30% din strugurii folosiți [7,8]. Conținutul raportat de semințe în tescovină de struguri variază de la 7-20% la o proporție mai mare de 38-52% [9,10]. În ceea ce privește compoziția chimică a tescovinei de struguri, mai multe studii au raportat conținutul în proteine, fibre, ulei și zaharuri ale produsului secundar [11,12,13,14]. Datorită conținutului ridicat de fibre, vinul de struguri este utilizat ca aditiv pentru hrana animalelor [15]. Alte reutilizări descrise pentru aceste deșeuri de cramă sunt ca materii prime în producția de băuturi alcoolice și îngrășăminte, precum și în distilerii pentru obținerea etanolului [16,17,18].
În lucrarea de față, studiem influența diferitelor condiții de extracție, și anume temperatura de extracție, frecvența cu ultrasunete, concentrația solventului și timpul de sonicare, asupra conținutului în antociani și compuși fenolici ai extraselor din tescovină de struguri rezultate din procesarea strugurilor roșii dintr-un soi local (Vitis vinifera Moldova) la scară de laborator. Modificările induse în compoziția extractului ca efect al variațiilor variabilelor operaționale au fost cuantificate prin măsurarea TMA și TPC a extractelor, iar spectroscopia Raman a fost utilizată pentru caracterizarea extractelor.
2. Materiale și metode
2.1. Materiale și produse chimice
Strugurii roșii (Vitis vinifera Moldova) au fost cumpărați în orașul Suceava (România) în 2015. Tescovină de struguri (după extragerea sucului) a fost supusă unui proces de uscare la 40 ° C într-un cuptor până când a avut o greutate constantă. Tărâcul de struguri uscat a fost apoi măcinat până când s-a obținut o pulbere fină.
Toți reactivii chimici - metanol, 2-propanol, carbonat de sodiu și Folin - reactiv Ciocalteau - au fost de calitate analitică și au fost cumpărați de la Sigma-Aldrich (Hamburg, Germania).
2.2. Extragerea tehnică
3 g de pulbere de tescovină de struguri uscate au fost amestecate cu 30 ml de solvent (metanol sau 2-propanol în diferite concentrații cu apă 50% (v/v), 70% (v/v) și 90% (v/v), respectiv). Procedura cu ultrasunete a fost una directă utilizând un traductor cu ultrasunete cuplat cu un generator de funcții (HAMEG 8150, München, Germania) și frecvența a fost măturată la trei frecvențe diferite (Tabelul 1). Probele au fost extrase la trei temperaturi diferite (50, 60 și 70 ° C) timp de 15 min, 30 min și respectiv 45 min.
tabelul 1
Niveluri în experimente factoriale complete pentru TMA și TPC din tescovină de struguri.
| Concentrație (%), C | 50 | 70 | 90 |
| Frecvența cu ultrasunete (kHz), U | 12.5 | 25 | 37,5 |
| Temperatura (° C), T | 50 | 60 | 70 |
| Timp (min), t | 15 | 30 | 45 |
2.3. Determinarea antocianinei monomerice totale
Conținutul total de antocianină monomerică (TMA) din extractul de tescovină de struguri a fost determinat folosind o metodă spectrofotometrică dezvoltată de Rabino și Mancinelli [43]. Un spectrofotometru UV-VIS (Ocean Optics, Largo, FL, SUA) a fost utilizat pentru măsurători spectrale la 657 nm și 530 nm.
Conținutul de TMA a fost exprimat în cianindin-3-glucozidă (mg/g) folosind următoarea ecuație:
2.4. Conținut fenolic total
Conținutul fenolic total al extractelor brute a fost măsurat utilizând testul colorimetric pe bază de reactiv Folin - Ciocalteu (FC), așa cum este descris de Singleton și Rossi [44]. Valorile TPC au fost exprimate în mg echivalent acid galic (GAE)/g [45] pe bază de extract umed. Curba de calibrare a fost realizată folosind acid galic la concentrații de 0,5, 1, 2, 3, 4, 5 și 10 mg/L cu un coeficient de regresie de 0,995.
2.5. Analiza spectrelor Raman
Spectrele de extracte de tescovină de struguri au fost înregistrate folosind un spectrometru i-Raman (EZM-A2-785L, B&W TEK Inc., Newark, DE, SUA) echipat cu o sondă Raman cu fibră optică; spectrul a fost înregistrat de la 2600 - 175 cm −1. Probele au fost scanate la o creștere de 10 nm. Timpul de integrare a fost de 15 s. Pentru a afișa spectrele extrasului, a fost utilizat software-ul de spectroscopie optică Spekwin32 (Versiunea 1.72.2, 2016, http://www.effemm2.de/spekwin/).