| تعداد نشریات | 282 |
| تعداد نشریات سازمان | 80 |
| تعداد شمارهها | 3,196 |
| تعداد مقالات | 35,423 |
| تعداد مشاهده مقاله | 52,254,909 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 91,784,600 |
بهینهسازی شرایط استخراج ترکیبهای زیستفعال از برگهای شیرینبیان (Glycyrrhiza glabra L.) با روش سطح پاسخ (RSM) | ||
| تحقیقات گیاهان دارویی و معطر ایران | ||
| مقاله 6، دوره 42، شماره 1 - شماره پیاپی 127، خرداد 1405، صفحه 75-91 اصل مقاله (1.91 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijmapr.2026.369432.3542 | ||
| نویسندگان | ||
| فاطمه بخشی1؛ محمد فتاحی* 2؛ ساناز اشرفی سعیدلو3 | ||
| 1دانشجوی مقطع کارشناسی ارشد، گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران | ||
| 2استاد، گروه علوم باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران | ||
| 3دکتری، بخش تحقیقات خاک و آب، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان آذربایجانغربی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، ارومیه، ایران | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف: شیرینبیان (Glycyrrhiza glabra L.) بهعنوان یکی از گیاهان دارویی مهم با خواص بیولوژیکی گسترده، حاوی ترکیبهای فعال متعددی ازجمله اسید گلیسیریزیک، فنولها و فلاونوئیدهاست که نقش مهمی در فعالیت آنتیاکسیدانی ایفا میکنند. استخراج کارآمد این ترکیبها برای بهرهبرداری حداکثری از ظرفیت گیاه ضروریست. این پژوهش با هدف بهینهسازی شرایط استخراج این ترکیبها از برگهای شیرینبیان با استفاده از روش استخراج به کمک امواج التراسونیک (UAE) انجام شد. هدف دستیابی به بهترین شرایط برای حداکثر بازده ترکیبهای زیستفعال بود. مواد و روشها: برگهای شیرینبیان جمعآوری، خشک و پودر شدند. فرایند عصارهگیری با روش UAE و براساس طرح آماری مرکب مرکزی (CCD) و روش سطح پاسخ انجام شد. تأثیر متغیرهای مستقل شامل دما (X1: 75.22-24.77 درجه سانتیگراد)، زمان استخراج (X2: 18.40-1.59 دقیقه) و غلظت حلال (X3: 75.22-24.77 درصد)، در دامنههای از پیش تعیینشده در پنج سطح بر میزان استخراج ترکیبهای فیتوشیمیایی مورد نظر، بررسی شدند. استخراج در 20 آزمایش مختلف با استفاده از دستگاه التراسونیک با فرکانس 120 هرتز انجام شد. عصارههای حاصل برای اندازهگیری میزان اسید گلیسیریزیک (GA) از طریق واکنش با وانیلین و سنجش جذب در طول موج 535 نانومتر، فنول کل (TPC) با معرف فولین-سیوکالتیو و سنجش جذب در طول موج 760 نانومتر، فلاونوئید کل (TFC) با محلول آلومینیوم کلرید و سنجش جذب در طول موج 415 نانومتر و فعالیت آنتیاکسیدانی یا قدرت مهار رادیکالهای آزاد با روش DPPH و سنجش جذب در طول موج 517 نانومتر با استفاده از دستگاه اسپکتروفتومتر مدل UV 2100 PC آزمایش شدند. تجزیهوتحلیل آماری دادهها، مدلسازی و تعیین شرایط بهینه برای حداکثر میزان استخراج، با نرمافزار Design Expert 10 انجام شد. یافتهها: نتایج تجزیه وتحلیل آماری نشان داد که مدل رگرسیونی درجه دو برای GA، TPC و DPPH و مدل برهمکنش برای TFC بهترین برازش را با دادههای تجربی داشتند. تمامی مدلها از نظر آماری معنیدار بودند (P < 0.05) و آزمون عدم برازش برای آنها غیر معنیدار بود. مقادیر R² در بازه 0.745 تا 0.798، توانایی خوب مدلها در تبیین تغییرات را نشان داد. بررسی اثرهای عوامل نشان داد که زمان (B) بیشترین تأثیر را بر GA داشته است (P < 0.05). برای TPC، اثر متقابل دما-زمان (AB) با ضریب 28.41+ بیشترین اثر مثبت را نشان داد و تأثیر عامل حلال (C2) بسیار معنیدار بود (25.77-). در مورد TFC، اثر تعاملی دما و زمان (AB) بیشترین تأثیر مثبت را داشت (ضریب 18.13)، در حالی که اثر زمان (B) کاهنده بود. برای فعالیت آنتیاکسیدانی (DPPH)، غلظت حلال (C2) بیشترین تأثیر را نشان داد (ضریب 16.51-) و اثر تعاملی دما-زمان (AB) بسیار معنیدار بود (ضریب 17.15+). نتایج نمودارهای سهبعدی نیز برهمکنش پیچیده عوامل و وجود نقاط بهینه را برای هر پاسخ تأیید کردند. بهطورکلی دماهای بالاتر و زمانهای طولانیتر باعث بهبود استخراج TPC و فلاونوئید شدند؛ اما افزایش بیش از حد آنها میتوانست منجر به تخریب شود. غلظت حلال نیز تأثیر مهمی بر فرایند استخراج داشت، بهطوریکه غلظتهای متوسط معمولاً عملکرد بهتری نسبت به غلظتهای بسیار پایین یا بالا داشتند. براساس نتایج، شرایط بهینه شامل دمای 57-۷۰ درجه سانتیگراد، زمان ۳۵-۴۵ دقیقه و غلظت حلال ۵۰-۶۰ درصد پیشنهاد شد. نتیجهگیری: این مطالعه نشان داد که بهینهسازی همزمان متغیرهای کلیدی شامل غلظت حلال، زمان و دمای استخراج با بهرهگیری از روش RSM، بهطور معنیداری موجب افزایش کارایی استخراج اسید گلیسیریزیک، ترکیبهای فنولی و فلاونوئیدی و ارتقاء فعالیت آنتیاکسیدانی برگ شیرینبیان میگردد. نتایج حکایت از آن دارد که در بین فاکتورهای ارزیابی شده دما و زمان نقش تعیینکننده در فرایند استخراج ایفا میکنند. استفاده از RSM بهعنوان یک ابزار آماری قدرتمند، امکان شناسایی شرایط بهینه را با حداقل تعداد آزمایش فراهم میکند. یافتههای این پژوهش میتواند در بهینهسازی فرایندهای استخراج صنعتی مواد مؤثره گیاه شیرین بیان مورد توجه قرار گیرد. | ||
| کلیدواژهها | ||
| اسید گلیسیریزیک؛ طرح مرکب مرکزی؛ فعالیت آنتیاکسیدانی؛ گیاهان دارویی | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Optimization of bioactive compound extraction from licorice (Glycyrrhiza glabra L.) leaves using Response Surface Methodology (RSM) | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Fatemeh Bakhshi1؛ Mohammad Fattahi2؛ Sanaz Ashrafi-Saeidlou3 | ||
| 1M.Sc. student, Horticulture Department, Agriculture Faculty, Urmia University, Urmia, Iran | ||
| 2Horticulture Department, Agriculture Faculty, Urmia University, Urmia, Iran | ||
| 3Soil and Water Research Department, West Azerbaijan Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Urmia, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Background and Objective: Glycyrrhiza glabra L. (licorice) is a widely recognized medicinal plant known for its diverse biological properties and rich content of bioactive compounds, including glycyrrhizic acid, phenolics, and flavonoids, which contribute significantly to its antioxidant activity. Efficient extraction of these compounds is essential to fully utilize the plant’s potential. This study aimed to optimize the extraction conditions for these bioactive constituents from licorice leaves using ultrasound-assisted extraction (UAE). The primary objective was to determine the optimal conditions for maximizing the yield of bioactive compounds. Methodology: Licorice leaves were collected, dried, and ground into a fine powder. Extraction was carried out using ultrasound-assisted extraction (UAE) based on a central composite design (CCD) and response surface methodology (RSM). The effects of three independent variables, temperature (X₁: 22.77–75.22 °C), extraction time (X₂: 1.59–18.40 min), and solvent concentration (X₃: 22.77–75.22%), were evaluated at five levels within predefined ranges to determine their impact on the extraction efficiency of selected phytochemicals. The extraction experiments were performed in 20 runs using an ultrasonic device operating at 120 Hz. The resulting extracts were analyzed for glycyrrhizic acid (GA) content using vanillin reagent with absorbance measured at 535 nm, total phenolic content (TPC) using Folin–Ciocalteu reagent at 760 nm, total flavonoid content (TFC) using aluminum chloride solution at 415 nm, and antioxidant activity via the DPPH radical scavenging assay at 517 nm. All spectrophotometric analyses were performed using a UV-2100 PC spectrophotometer. Statistical analysis, model fitting, and optimization of the extraction parameters were conducted using Design Expert version 10 software. Results: Statistical analysis showed that a second-order regression model provided the best fit for glycyrrhizic acid (GA), total phenolic content (TPC), and DPPH radical scavenging activity, while an interaction model best described total flavonoid content (TFC). All models were statistically significant (P < 0.05), and non-significant lack-of-fit tests indicated good model adequacy. The R² values ranged from 0.745 to 0.798, demonstrating strong explanatory power. Among the factors evaluated, extraction time (B) had the most significant effect on GA (P < 0.05). For TPC, the temperature–time interaction (AB) showed the greatest positive effect (coefficient: 28.41), while solvent concentration (C²) had a highly significant negative effect (coefficient: –25.77). In TFC, the temperature–time interaction (AB) exerted the strongest positive influence (coefficient: 18.13), whereas extraction time (B) had a negative effect. For DPPH radical scavenging activity, solvent concentration (C²) was the most influential variable (coefficient: –16.51), with the temperature–time interaction (AB) also highly significant (coefficient: 17.15). Three-dimensional response surface plots confirmed the complex interactions among variables and highlighted optimal extraction points for each response. Overall, higher temperatures and longer extraction times enhanced TPC and flavonoid yields, although excessive conditions could cause degradation. Solvent concentration critically affected extraction efficiency, with moderate concentrations generally outperforming both very low and very high levels. Based on these results, the optimal extraction conditions were estimated to be a temperature of 57–70 °C, an extraction time of 35–45 minutes, and a solvent concentration of 50–60%. Conclusion: This study demonstrated that the simultaneous optimization of key extraction variables, including solvent concentration, extraction time, and temperature, using response surface methodology (RSM) significantly improves the efficiency of extracting glycyrrhizic acid, phenolic compounds, flavonoids, and antioxidant activity from licorice leaves. The results emphasized the critical roles of temperature and extraction time in determining yield. The use of RSM, as a robust statistical tool, allowed the identification of optimal conditions with a minimal number of experimental runs. These findings can be applied to optimize industrial extraction processes for licorice secondary metabolites. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Glycyrrhizic acid, Central Composite Design, antioxidant activity, medicinal plants | ||
| مراجع | ||
|
- Abdallah, H.B., Abbassi, A., Trabelsi, A., Krichen, Y., Chekir-Ghedira, L. and Ghedira, K., 2024. Optimization of ultrasound-assisted extraction of polyphenols and flavonoids from Citrus aurantium L. var. amara Engl. Fruit peel using response surface methodology. Biomass Conversion and Biorefinery, 14(13): 14139-14151, https://doi.org/10.1007/s13399-023-03947-x - Abu Bakar, F.I., Abu Bakar, M.F., Abdullah, N., Endrini, S. and Fatmawati, S., 2020. Optimization of extraction conditions of phytochemical compounds and anti‐gout activity of Euphorbia hirta L. (Ara Tanah) using response surface methodology and liquid chromatography‐mass spectrometry (LC‐MS) analysis. Evidence‐Based Complementary and Alternative Medicine, 2020(1): 4501261. https://doi.org/10.1155/2020/4501261 - Asl, M.N. and Hosseinzadeh, H., 2008. Review of pharmacological effects of Glycyrrhiza sp. and its bioactive compounds. Phytotherapy Research: An International Journal Devoted to Pharmacological and Toxicological Evaluation of Natural Product Derivatives, 22(6): 709-724. https://doi.org/10.1002/ptr.2362 - Maroun, R.G., Rajha, H.N., El Darra, N., El Kantar, S., Chacar, S., Debs, E., Vorobiev, E. and Louka, N., 2018. Emerging technologies for the extraction of polyphenols from natural sources: 265-293. In: Galanakis, C.M., (Ed.). Polyphenols: Properties, Recovery, and Applications. Woodhead Publishing, New York, 458p. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813572-3.00008-7 - Bhadange, Y.A., Carpenter, J. and Saharan, V.K., 2024. A comprehensive review on advanced extraction techniques for retrieving bioactive components from natural sources. ACS omega, 9(29): 31274-31297. https://doi.org/10.1021/acsomega.4c02718 - Ceccuzzi, G., Rapino, A., Perna, B., Costanzini, A., Farinelli, A., Fiorica, I., Marziani, B., Cianci, A., Rossin, F., Cesaro, A.E. and Spampinato, M.D., 2023. Liquorice toxicity: A comprehensive narrative review. Nutrients, 15(18): 3866. https://doi.org/10.3390/nu15183866 - Colvin, D.M., 2018. A review on comparison of the extraction methods used in licorice root: Their principle, strength and limitation. Medicinal & Aromatic Plants, 7(6): 323. https://doi.org/10.4172/2167-0412.1000323 - Ding, Y., Brand, E., Wang, W. and Zhao, Z., 2022. Licorice: Resources, applications in ancient and modern times. Journal of Ethnopharmacology, 298: 115594. https://doi.org/10.1016/j.jep.2022.115594 - Drăghici-Popa, A.M., Boscornea, A.C., Brezoiu, A.M., Tomas, Ș.T., Pârvulescu, O.C. and Stan, R., 2023. Effects of extraction process factors on the composition and antioxidant activity of blackthorn (Prunus spinosa L.) fruit extracts. Antioxidants, 12(10): 1897. https://doi.org/10.3390/antiox12101897 - Ebrahimzadeh, M., Hosseinimehr, S., Hamidinia, A. and Jafari, M., 2008. Antioxidant and free radical scavenging activity of Feijoa sallowiana fruits peel and leaves. Pharmacologyonline, 1: 7-14. https://www.researchgate.net/publication/286282080 - Fu, B., Liu, J., Li, H., Li, L., Lee, F.S. and Wang, X., 2005. The application of macroporous resins in the separation of licorice flavonoids and glycyrrhizic acid. Journal of Chromatography A, 1089(1-2): 18-24. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2005.06.051 - Goodarzi, S., Rafiei, S., Javadi, M., Khadem Haghighian, H. and Noroozi, S., 2018. A review on antioxidants and their health effects. Journal of Nutrition and Food Security, 3(2): 106-112. http://jnfs.ssu.ac.ir/article-1-158-en.html - Güçlü-Üstündağ, Ö. and Mazza, G., 2007. Saponins: properties, applications and processing. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 47(3): 231-258. https://doi.org/10.1080/10408390600698197 - Morya, S., Awuchi, C.G. and Menaa, F., 2022. Advanced functional approaches of nanotechnology in food and nutrition: 257-272. In: Chowdhary, P., Kumar, V., Kumar, S. and Hare, V., (Eds.). Environmental Management Technologies. CRC press, Boca Raton, 384p. https://doi.org/10.1201/9781003239956-16 - Murray, M.T., 2020. Glycyrrhiza glabra (licorice). Textbook of natural medicine, 641p. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-43044-9.00085-6 - Nakajima, J.I., Tanaka, I., Seo, S., Yamazaki, M. and Saito, K., 2004. LC/PDA/ESI-MS profiling and radical scavenging activity of anthocyanins in various berries. BioMed Research International, 2004: 241-247. https://doi.org/10.1155/S1110724304404045 - Nayak, B., Liu, R.H. and Tang, J., 2015. Effect of processing on phenolic antioxidants of fruits, vegetables, and grains: A review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 55(7): 887-918. https://doi.org/10.1080/10408398.2011.654142 - Oke, E.O., Adeyi, O., Okolo, B.I., Adeyi, J.A., Ayanyemi, J., Osoh, K.A. and Adegoke, T.S., 2020. Phenolic compound extraction from Nigerian Azadirachta indica leaves: Response surface and neuro-fuzzy modelling performance evaluation with Cuckoo search multi-objective optimization. Results in Engineering, 8: 100160. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2020.100160 - Plawgo, M., Kocira, S. and Bohata, A., 2024. Multi-objective optimization of the green extraction conditions of bio-active compounds from a levisticum officinale WDJ Koch: Pareto optimality and compromise solutions for process management. Agricultural Engineering, 28. https://doi.org/10.2478/agriceng-2024-0010 - Rajha, H.N., El Darra, N., Hobaika, Z., Boussetta, N., Vorobiev, E., Maroun, R.G. and Louka, N., 2014. Extraction of total phenolic compounds, flavonoids, anthocyanins and tannins from grape byproducts by response surface methodology. Influence of solid-liquid ratio, particle size, time, temperature and solvent mixtures on the optimization process. Food and Nutrition Sciences, 5: 397-409. https://doi.org/10.4236/fns.2014.54048 - Razavi, S.M., Zahri, S., Zarrini, G., Nazemiyeh, H. and Mohammadi, S., 2009. Biological activity of quercetin - 3 - O - glucoside, a known plant flavonoid. Russian Journal of Bioorganic Chemistry, 35: 376-378. - Shabkhiz, M.A., Eikani, M.H., Sadr, Z.B. and Golmohammad, F., 2016. Superheated water extraction of glycyrrhizic acid from licorice root. Food Chemistry, 210: 396-401. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2016.05.006 - Shang, Z., Liu, C., Qiao, X. and Ye, M., 2022. Chemical analysis of the Chinese herbal medicine licorice (Gan-Cao): An update review. Journal of Ethnopharmacology, 299: 115686. https://doi.org/10.1016/j.jep.2022.115686 - Sharma, R., Singla, R.K., Banerjee, S. and Sharma, R., 2023. Revisiting licorice as a functional food in the management of neurological disorders: Bench to trend. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 155: 105452. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2023.105452 - Singh, N., Kumar, S. and Patle, D.S., 2025. Intensification of extraction of bioactive compounds from pomegranate peel using an ultrasound-microwave assisted extraction approach: Parametric optimization, kinetics and thermodynamics. Separation and Purification Technology, 359: 130681. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2024.130681 - Spigno, G., Tramelli, L. and De Faveri, D.M., 2007. Effects of extraction time, temperature and solvent on concentration and antioxidant activity of grape marc phenolics. Journal of Food Engineering, 81(1): 200-208. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2006.10.021 - Weremfo, A., Abassah‐Oppong, S., Adulley, F., Dabie, K. and Seidu‐Larry, S., 2023. Response surface methodology as a tool to optimize the extraction of bioactive compounds from plant sources. Journal of the Science of Food and Agriculture, 103(1): 26-36. https://doi.org/10.1002/jsfa.12121 - Zhang, Z., Yang, L., Hou, J., Tian, S. and Liu, Y., 2021. Molecular mechanisms underlying the anticancer activities of licorice flavonoids. Journal of Ethnopharmacology, 267: 113635. https://doi.org/10.1016/j.jep.2020.113635 | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 135 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 84 |
||