استخراج کورکومین از زردچوبه با استفاده از اولتراسوند

استخراج کورکومین از زردچوبه با استفاده از اولتراسوند

آذین بینائیان^۱، زهرا خوشدونی فراهانی^۲*

۱- دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده علوم کشاورزی و صنایع غذایی، دانشگاه علوم و تحقیقات، تهران، ایران

۲- دانشجوی دکتری، گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده علوم کشاورزی و صنایع غذایی، دانشگاه علوم و تحقیقات، تهران، ایران

^*نویسنده مسئول: z.farahani69@yahoo.com

چکیده

کورکومین ترکیب زیست فعال اصلی زردچوبه می­باشد که از نظر داروسازی و صنعت غذا بسیار مورد توجه است. پیچیدگی برخی از روش های استخراج و حلالیت کم کورکومین در آب کاربرد آن را به شدت محدود نموده است. بنابراین نیاز به ارائه ی روش های استخراج کاراتر و دوستدار محیط زیست منتهی به بررسی تکنیک های جدید شده است که یکی از آن ها استفاده از امواج اولتراسوند (UAE) برای استخراج بافت های گیاهی می­باشد. به دلیل کارایی بالا، زمان کوتاه، دماهای پایین تر (کاهش آسیب حرارتی) و استفاده کمتر از حلال های آلی (دوستدار محیط زیست) توجه زیادی را به خود جلب کرده است.

واژگان کلیدی: کورکومین”  استخراج” زردچوبه” اولتراسونیک”محیط زیست

۱- مقدمه

استفاده از گیاهان در درمان بیماری ها از دیرباز مورد توجه بوده است. تا به حال بسیاری از گونه های گیاهی مورد بررسی قرار نگرفته اند که این گیاهان می­­توانند به عنوان منابع با ارزش گیاهی و دارویی شناخته و معرفی شوند [٨]. این روز ها مقاومت آنتی بیوتیکی در اثر مصرف بیش از حد و نادرست آنتی بیوتیک ها رخ می­­هد و باعث مشکل در درمان بیماری های عفونی می­شود و از طرف دیگر ساخت و تولید آنتی بیوتیک های جدیدتر هزینه بسیار زیادی دارد. بنابراین تکیه بر گیاهان و مواد مؤثره آن ها در درمان بیماری ها به لحاظ اثرات مفید شناخته شده، دسترسی، کم خطر بودن و عدم عوارض جانبی آنتی بیوتیک های شیمیایی برای انسان بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است [٩].

در بین گیاهان، زردچوبه با نام انگلیسی Turmeric و نام علمی  Curcuma Longa گیاهی از تیره زنجبیلیان دارای خاصیت درمانی مشخص شده است. زردچوبه (Turmeric) از خشک کردن ریزوم گیاه کرکوما لونگا (Curcuma Longa) به دست می­آید و قدمت کاربرد آن به بیشتر از۵٠٠٠ سال می­رسد. کشت آن در کشورهای آسیایی انجام می­شود. کورکومین یا دی فرولوئیل متان (diferuloylmethane) جزء فعال ادویه زردچوبه است که دارای ﻓﺮﻣﻮل ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ (C12 H20 O6)  اﺳﺖ [۴].

حال برای دسترسی و استفاده از این ترکیب مفید باید آن را جداسازی و استخراج نمود. تکنیک های استخراج مختلفی شامل متداول و پیشرفته برای استخراج کورکومین از زردچوبه به کار رفته اند. تکنیک اولتراسوند یکی از روش های استخراج پیشرفته است و معایب روش های مرسوم و متداول مانند زمان طولانی، دمای بالا که سبب آسیب به ترکیب زیست فعال می­شوند و استفاده از مقادیر بالای حلال را نداشته، همچنین سبب افزایش راندمان استخراج کورکومین می­گردد [۱٧]. بنابراین هدف از این مقاله بررسی استخراج کورکومین با کمک امواج اولتراسوند، مکانیسم عمل و مزایای تکنیک اولتراسوند به عنوان یک روش جدید در مقایسه با روش های معمول و مرسوم استخراج کورکومین از زردچوبه است.

۲- کاربرد زردچوبه

همانطور که در بخش قبلی گفته شد زردچوبه (Turmeric) با نام علمی Curcuma Longa گیاهی علفی ازخانواده زنجبیل است. ارتفاع  این گیاه پایا  یک تا یک و نیم متر است. در مناطق شرقی هندوستان و چین می­روید. قسمت مورد استفاده این گیاه دارویی ریزوم یا همان ساقه زیر زمینی آن می­باشد که بسیار با ارزش است. قدمت استفاده غذایی و درمانی این گیاه به بیش از ۵٠٠٠ سال می­رسد. اولین بار توسط بازرگانان عرب به اروپا معرفی شد و در اروپا با نام زعفران هندی شهرت پیدا کرد  و به عنوان ادویه کاری عرضه و مصرف شد [۴].

به غیر از کاربرد رایج و معمول آن به عنوان رنگ و ادویه خوراکی، کاربرد صنعتی امروزی آن در صنایع دارو و رنگ است [۱٠]. مصارف خوراکی آن به صورت همراه با چای و یا شیر داغ در برطرف کردن گلودرد و سرماخوردگی، نرم کننده سیستم تنفسی در افراد مبتلا به سرفه و آسم، مدر، برطرف کننده نفخ و مصرف به صورت موضعی آن جهت رفع درد، کبودی، تورم، بیماری های متنوع پوستی و سینوزیت است. کاربرد آن در طب آیورودا جهت درمان بیماری هایی چون کرم های روده، اسهال، یبوست، سوء هاضمه، بیماری های کبدی، تب،  روماتیسم و بدن درد می­باشد [۴و۱٩]. از دیگر موارد کاربرد آن در درمان بیماری های مغزی مانند آلزایمر و پارکینسون است [٧].

۲- ۱- کورکومین

اغلب گونه های زردچوبه در سراسر مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری جهان، غالباً در کشورهای آسیایی پراکنده شده اند. ترکیبات مسئول رنگ زرد ویژه ی گونه های کورکوما، کورکومینوئیدها می­باشند. کورکومینوئیدهای خاص شامل کورکومین، دمتوکسی کورکومین و بیس دمتوکسی کورکومین می­باشد که در بین آن ها کورکومین جزء زیست فعال اصلی (ماده موثره ریزوم گیاه زردچوبه) می­باشد و مهم ترین کورکومینوئیدی است که بیشترین خواص درمانی زردچوبه را به آن نسبت می­دهند. جزء کورکومین 75% کل کورکومینوئیدها را تشکیل می­دهد، درحالی که دمتوکسی کورکومین حدود 10% تا 20% و بیس دمتوکسی کورکومین معمولاً کمتر از 5% ترکیب را تشکیل می­دهد (شکل۱) [۱٧].

شکل۱- ساختار شیمیایی ترکیبات تشکیل دهنده کورکومینوئید

استخراج کورکومین از زردچوبه در سال ۱٨۵۱ انجام شد. همچنین فرمول مولکولی آن در سال ۱٩۱٠کشف شد. دارای نام شیمیایی diferuloylmethane و فرمول شیمیایی (C12 H20 O6)  می­باشد [۴]. کورکومین در حقیقت همان اولئورزین پالایش شده و عاری از روغن فرار است. مولکول کورکومین از دو کروموفور آریل بوتن ۲- فریلول که به وسیله یک گروه متیلن به هم متصل شده اند تشکیل شده است. همچنین  از یک زنجیر اصلی آلیفاتیک تشکیل شده که گروههای  آریل و غیراشباع

می­توانند در آن جایگزین شوند. فعالیت کورکومین و دمتوکسی کورکومین تقریبا یکسان اما فعالیت بیس دمتوکسی کورکومین از دو ترکیب دیگر کمتر است [۱].

کورکومین ترکیب پلی فنولی با رنگ زرد-نارنجی که به دلیل خواص دارویی قوی به عنوان طلای جامد هندی نامیده می­شود. این ترکیب پراکسیداسیون لیپیدها را مهار کرده و آنیون سوپراکسید، اکسیژن مجزا، اکسید نیتریک و رادیکال های هیدروکسیل را از بین می­برد [۱۱]. کورﮐﻮﻣﯿﻦ ﻣﻰ ﺗﻮاﻧﺪ ﺑﺎ ﺗﻐﯿﯿﺮ ﻣﮑﺎن اﻟﮑﺘﺮون ﻫﺎى اﮐﺴﯿﮋن ﮐﺮﺑﻮﻧﯿﻞ ﮔﺮوه اﻧﻮل ﻣﻮﺟﻮد در ﺳﺎﺧﺘﺎر آن، ﺑﻪ ﻋﻨﻮان دﻫﻨﺪه رادﯾﮑﺎل ﻋﻤﻞ ﮐﻨﺪ و ﻧﻘﺶ ﻣﻬﻤﻰ را در ﺟﺎروب ﮐﺮدن رادﯾﮑﺎل ﻫﺎى آزاد اﯾﻔﺎ ﮐﻨﺪ؛ اﯾﻦ ﻋﻤﻞ ﻣﻰ ﺗﻮاﻧﺪ از ﺑﯿﻤﺎرى ﻫﺎى آﻟﺰاﯾﻤﺮ و ﭘﺎرﮐﯿﻨﺴﻮن ﺟﻠﻮﮔﯿﺮى ﮐﻨﺪ [۵]. کورکومین به جهت ویژگی های آنتی اکسیدانی، ضد التهابی (با مهار عوامل التهاب)، ضد آلرژی، ضد میکروبی (کاهش رشد هلیکوباکتر پیلوری که سبب زخم معده می­شود)، ضد انگلی، ضد سرطانی (بدون آسیب به سلول های سالم بدن مانع تکثیر سلول های سرطانی می­شود) و ضد جهش زایی شناخته شده می­باشد[٣و۱۵]. ﻋﻼوه ﺑﺮ ﻛﻮرﻛﻮﻣﻴﻦ ﺗﺮﻛﻴﺒﺎت ﺷﻴﻤﻴﺎﻳﻲ دیگری از ﺟﻤﻠﻪ زﻳﻨﺠﻴﺒﺮن، آﻟﻔﺎ و ﺑﺘﺎ ﺗﻮرﻣﺮﻳﻦ، روﻏﻦ ﻓﺮار، ﻧﺸﺎﺳﺘﻪ، ﮔﻠﻮﻛﺰ، آراﺑﻴﻨﻮز، ﻓﺮوﻛﺘﻮز در رﻳﺰوم ﮔﻴﺎه زرد ﭼﻮﺑﻪ وﺟﻮد دارد [۶].

کورکومین مولکول هیدروفوب بوده و در موادی مانند روغن، اتانول ،دی متیل سولفوکسید و  استون حل می­شود [۴]. اندازه گیری مقادیر پلاسمای خون و دفع صفراوی نشان داده است که کورکومین به میزان ناچیزی از روده جذب می­شود و مقدار کورکومین که به بیرون بافت های روده می­رسد از نظر فارماکولوژیکی ناچیز می­باشد. این موضوع عدم حلالیت کورکومین در آب در pH فیزیولوژیک، جذب محدود، دسترسی زیستی ضعیف، متابولیسم سریع و دفع آن را نشان می­دهد که مانع بزرگی برای کاربرد عملی این ترکیب می­باشد [۱۱]. گزارشات نشان می­دهد که ترکیبات شیمیایی کشف شده­ی حدود ۴٠ درصد داروها چربی دوست هستند و به دلیل حلالیت ضعیفشان در آب در رسیدن به بازار شکست می­خورند. رفتار انحلال داروها به یکی از پرچالش ترین جنبه ها در زمینه ی ارائه ی فرمولاسیون تبدیل شده است. تولید ترکیبات بر پایه ی زردچوبه با روش های نوین استخراج اولئورزین زردچوبه بسیار پیچیده و زمان بر می باشد و حلال زیادی نیاز دارد به علاوه حلالیت محدودی در محلول های آبی دارد که استفاده از آن را در سیستم های غذایی محدود نموده است [۱۲]. جهت استفاده از این ترکیب با ارزش نیاز به جداسازی و استخراج آن از زردچوبه توسط روش های گوناگونی وجود دارد.

٣- روش های مختلف استخراج

ویژگی های ساختاری کورکومین می­تواند به میزان قابل توجهی تحت تاثیر روش استخراج قرار گیرد. روش های استخراج به دو گروه روش های متداول و روش های مدرن تقسیم می­شوند. روش های استخراج متداول بر پایه ی قدرت استخراج حلال ها شامل استخراج سوکسله، خیساندن و تقطیر آبی می­باشد [۱۶].

استخراج سوکسله اولین بار در سال 1879 برای استخراج لیپید طراحی شد با این حال تبدیل به یک روش معمول و متداول برای استخراج انواع وسیعی از ترکیبات زیست فعال از گیاهان طبیعی با کارایی بالا شد. این روش به عنوان یک تکنیک استخراج

پایه برای ارزیابی کارایی دیگر روش های متداول و غیرمتداول در نظر گرفته می­شود. خیساندن روش سنتی دیگری است که ارزان و متداول بوده و معمولا در ظرف های بسته با مواد گیاهی آسیاب شده انجام می­گیرد. تقطیر آبی روش استخراج سنتی دیگر استفاده شده برای استخراج ترکیبات زیست فعال و روغن های اسانسی می­باشد. این روش به سه نوع مختلف تقسیم می­شود: تقطیر آبی، تقطیر آب و بخار و تقطیر بخار مستقیم. آب داغ و بخار به عنوان حلال های اصلی برای استخراج ترکیبات زیست فعال از بافت های گیاهی استفاده می­شود. این روش مرحله ی جداسازی حلال و عصاره را حذف می­کند زیرا روغن ها و ترکیبات آلی نظیر کورکومین به صورت اتوماتیک جدا می­شوند [۱۶]. معمولاً در تکنیک های متداول استخراج ترکیبات طبیعی از دمای بالا و زمان طولانی استفاده می­گردد و کارایی استخراج ضعیفی نیز دارند. همچنین این تکنیک ها نیاز به استفاده از مقدار زیادی از حلال های آلی دارند که منجر به راندمان کمتر با مصرف بالای انرژی دارد. به علاوه، بسیاری از محصولات طبیعی از نظر حرارتی ناپایدار هستند و ممکن است در زمان استخراج حرارتی تجزیه شوند  [۱٧].

بلوریان و همکاران در سال ۱٣٩٧ به بهینه سازی شرایط استخراج رنگدانه کورکومین از ریزوم زردچوبه با حلال به روش خیساندن با استفاده از تکنیک رویه سطح پاسخ (RSM) پرداختند.  Nabatiو همکاران در سال ۲٠۱۴ وجود کورکومین در عصاره سوکسله زردچوبه را با استفاده از روش های طیف سنجی نظیر HPLC، UV-Vis و Mass نشان دادند  [۲و۱۴].

معایب مربوط به روش های استخراج سنتی محققان را بر آن داشت تا تکنیک های استخراج پیشرفته با کارایی بالای استخراج و تکنولوژی دوستدار محیط زیست را وارد این عرصه نمایند. هدف روش های نوین استخراج استفاده از حلال های آلی فرار کم خطر، به کار بردن مواد شیمیایی تجدید شدنی، طراحی روش هایی برای فرآیندهای صرفه جویی کننده انرژی، جلوگیری از آلودگی و تولید محصولات خالص با مشتقات کمتر می­باشد. حلال های آلی از قبیل هگزان، استون، متانول، ایزوپروپانول، اتیل استات و اتانول برای استخراج اولئورزین ها از زردچوبه استفاده شده­اند [۱۶].

متداول­ترین روش های استخراج پیشرفته شامل استخراج با کمک مایکروویو، استخراج مایع تحت فشار، استخراج سیال فوق بحرانی، استخراج با کمک آنزیم و استخراج با کمک اولتراسوند به عنوان تکنیکی مفید برای بهبود نفوذ حلال و استخراج ترکیبات زیست فعال شناخته شده می­باشند  [۱۶].

در سال های اخیر استخراج ترکیبات گیاهی با استفاده از اولتراسونیک (UAE: ultrasound assisted extraction) به عنوان تکنیک نوین توجه زیادی را به خود جلب نموده است [۱۵].   با توجه به کاربردهای ارزشمند تکنیک اولتراسوند در زمینه استخراج ترکیبات طبیعی و ارزش دسترسی به ترکیب زیست فعال کورکومین جهت کاربردهای گوناگون، در این مقاله به استخراج این ترکیب با استفاده از امواج اولتراسوند و مزایای خاص آن پرداخته  می­شود.

٣- ۱- اولتراسوند

اولتراسوند طیفی از صدا که فراتر از شنوایی انسان و بین ۲۰ کیلوهرتز تا ١۰۰ مگاهرتز است، می­باشد؛ مکانیسم اولتراسوند به دو حالت حرارتی و غیر حرارتی می­باشد. در مکانیسم حرارتی، انرژی صوتی جذب شده تبدیل به حرارت می­شود در حالی که در عمل

غیرحرارتی، جریان های صوتی منجر به کاویتاسیون در زمان عبور از مایع و مواد جامد حاوی مایع می­گردد. انرژی اولتراسوند باعث خروج ترکیبات آلی نظیر کورکومین از پودر زردچوبه می­گردد [۱۶].

تکنیک اولتراسوند برای استخراج متابولیت ها از منابع گیاهی، فلاوونوئیدها از مواد غذایی و ترکیبات زیست فعال از گیاه به کار برده می­شود. مزایای UAE (ultrasound assisted extraction) شامل افزایش سرعت و راندمان استخراج، کاهش زمان استخراج، افزایش فرآیندهای استخراج آبی، فرصت برای استفاده حلال های جایگزین، مقرون به صرفه بودن، از آنجاییکه می­تواند در دماهای پایین تر انجام شود از آسیب حرارتی جلوگیری می­کند و باعث افزایش استخراج ترکیبات حساس به حرارت می­شود  [۱۱و۱۵].

٣- ۲- مراحل استخراج کورکومین با کمک اولتراسوند

مراحل استخراج کورکومین توسطsahne  و همکارانش با روش حمام اولتراسونیک به شرح زیر انجام شد. یک حمام اولتراسونیک با ظرفیت تانک ٨/۰ لیتر برای استخراج کورکومین استفاده شد. قدرت حمام ٩۰ وات با فرکانس ٣٧ کیلو هرتز بود. برای آزمایش استخراج، ۵/۰ گرم از پودر زردچوبه در ١۰میلی­لیتر استون حل شد و در حمام اولتراسونیک غوطه­ور شد. استخراج در زمان­های مختلف از ١۰ تا ۴۰ دقیقه و دماهای ۲۵ تا ۴۰ درجه سانتی­گراد انجام شد. در حین آزمایشات، ارلن مایر حاوی نمونه برای جلوگیری از کاهش حلال با پارا فیلم پوشانده شد. عصاره از میان فیلتر ۴۵/۰ میکرومتر صاف شد و حلال تحت خلاء تبخیر شد. باقی مانده بعنوان اولئورزین توزین شد و الئورزین در ١۰ میلی لیتر متانول برای آنالیز توسط HPLC برای تعیین مقدار کورکومین آن حل شد  [۱۶].

٣- ٣- مکانیسم عمل اولتراسوند در استخراج

انتشار امواج صوتی از میان حلال و پدیده کاویتاسیون حاصل مسئول افزایش استخراج با استفاده از اولتراسوند می­باشد. انفجار حباب های کاویتاسیون ایجاد ریز تلاطم، جریان های سیرکولاسیون مایع با سرعت بالا، برخوردهای بین ذره­ای و آشفتگی در ذرات ریز متخلخل مواد گیاهی منجر به تسریع انتشار گردابی و انتشار درونی می­شود. به علاوه کاویتاسیون باعث برخورد مواد اصلی برپایه ی میکروجت منجر به لایه برداری سطحی و فرسایش می­شود  [۱٧]. در روش اولتراسوند تبدیل میکروکورکومین به نانو کورکومین صورت گرفته و باعث افزایش حلالیت کورکومین در آب شده و  راه حلی برای عدم حلالیت کورکومین و در نتیجه مشکل دسترسی زیستی آن است  [۱۱]. مکانیسم عمل این روش بدین صورت است که بهبود استخراج ترکیبات با حلال به کمک اولتراسوند عمدتاً به دلیل اثرات مکانیکی حفره های آکوستیک ایجاد شده توسط آن می­باشد که انتقال جرم و نفوذ حلال به داخل مواد گیاهی را با تخریب دیواره های سلولی افزایش می­دهد [۱۵]. مرور دقیق کارهای انجام شده در ارتباط با استخراج

محصولات طبیعی با کمک اولتراسوند به تنهایی یا همراه با تکنولوژی های دیگر از قبیل مایکروویو یا استخراج فوق بحرانی مزایای تشدید فرآیند قابل توجهی نشان داده است. استخراج آکریلامید از چیپس های سیب زمینی و مواد غذایی فرآیند شده از قبیل بیسکوئیت و نان با استفاده از ترکیب اولتراسوند و نانوذرات قالب مولکولی نیز گزارش شده است  [۱٧].

۴- مطالعات انجام شده

مطالعاتی در خصوص به کارگیری اولتراسوند در استخراج کورکومین از زردچوبه انجام گرفته است که به شرح آن ها پرداخته می­شود.

در مطالعه انجام شده توسط Kimthet و همکاران در سال 2017 ترکیب Co₂ فوق بحرانی و اولتراسوند برای استخراج کورکومین از زردچوبه استفاده شد. Co₂ فوق بحرانی جایگزین خوبی برای روش های استخراج متداول می­باشد به جهت آنکه Co₂ غیرقابل اشتعال، غیرقابل انفجار، ارزان، بدون بو، بدون رنگ، غیرسمی و حلال تمیزی است. فرآیند استخراج ترکیبی باعث همزدن میکرو و کاویتاسیون حلال در فرآیند استخراج می­گردد که منجر به برخی تغییرات فیزیکی در سیستم استخراج می­شود از قبیل ایجاد شکاف و آسیب دیواره سلولی و افزایش انتشار و اغتشاش بین سطحی حلال. این امر باعث سرعت بیشتر انتقال جرم حلال به داخل مواد شده و در نتیجه حلالیت ماده حل شونده در استخراج افزایش می­یابد. این محققان گزارش کردند که راندمان استخراج و میزان کورکومین به دست آمده با روش ترکیبی (USC-Co₂) در مقایسه با روش Co₂ فوق بحرانی (SC-Co₂) به تنهایی بیشتر و سریع تر بود. آنالیز بررسی های انجام شده با TG، FT-IR و SEM نشان داد که USC-Co₂ قدرت بیشتری برای خارج ساختن مواد حل شونده از ماده در مقایسه با SC-Co2 به تنهایی داشت [۱٣].

در مطالعه انجام شده توسط Shirsath و همکارانش در سال 2017 کورکومین با کمک اولتراسوند از زردچوبه (Curcuma amada) استخراج شد و نتایج با روش متداول استخراج مقایسه شد. اثر پارامترهای عملیاتی از قبیل نوع حلال، زمان استخراج، دمای استخراج، نسبت مواد جامد به حلال، اندازه ذرات و قدرت اولتراسونیک بر راندمان استخراج برای روش     UAE بررسی شد و ماکزیمم راندمان به صورت ٧۲ درصد در مدت یک ساعت تحت شرایط دمای ٣۵ درجه سانتی گراد، نسبت جامد به حلال ۱ به ۲۵، اندازه ذرات ۰٩/۰ میلی متر، قدرت اولتراسونیک ۲۵۰ وات و فرکانس اولتراسوند  kHz ۲۲  با اتانول به عنوان حلال به دست آمد. این راندمان در مقایسه با استخراج بچ که در آن میزان راندمان در مدت ٨ ساعت  ۶۲ درصد  بود، به میزان قابل توجهی بالاتر بود  [۱٧].

Sahneو همکارانش در سال 2016 استخراج کورکومین از زردچوبه را به روش های مختلف بررسی کردند. برای این منظور استخراج با استفاده از مایکروویو، اولتراسوند و آنزیم به عنوان روش های استخراج مدرن برای استخراج کورکومین از پودر زردچوبه استفاده شد و نتایج با نتایج به دست آمده از استخراج سوکسله به عنوان روش مرجع و سنتی مقایسه شد. وجود کورکومین در نمونه های استخراج شده با استفاده از طیف سنجی مرئی-فرابنفش تایید و تعیین مقدار استحصالی کورکومین با HPLC انجام شد. نتایج نشان داد که راندمان استخراج کورکومین با استفاده از روش سوکسله (9/6 %) به میزان قابل توجهی

بالاتر از مقادیر به دست آمده از روش های استخراج با استفاده از مایکروویو (72/3 %)، اولتراسوند (92/3 %) و آنزیم (1/4 %) بوده است [۱۶].

Xu        و همکارانش در سال 2016 روش جدید و آسان برای صنعتی کردن استخراج کورکومین از ریزوم های Curcuma longa با استفاده از تکنولوژی اولتراسونیک همراه با سیستم دو فازی آبی آمونیوم سولفات/ اتانول (ATPS) بررسی کردند. در این مطالعه از آزمایشات تک فاکتوری و روش سطح پاسخ برای تعیین شرایط بهینه از قبیل نسبت مواد–حلال، شدت اولتراسونیک (UI) و زمان اولتراسونیک استفاده شد. شرایط بهینه در نهایت به صورت میزان ماده-حلال ۲٩/٣:١٠٠، شدت اولتراسونیک ۶٣/٣٣ وات بر سانتی متر مربع و زمان اولتراسونیک ١٧ دقیقه تعیین شد. در این شرایط بهینه، راندمان استخراج توانست به ٩١/۴۶ میلی گرم بر گرم برسد [۱٨].

در مطالعه انجام شده توسط Gopal و همکارانش در سال  2015 دو روش مختلف سونیکاسیون استفاده شد، نوع حمام آب و تکنیک سونیکاسیون پروب (با استفاده از متغییرهای مختلف از قبیل زمان سونیکاسیون و فرکانس های سونیکاسیون) برای ارائه ی تکنولوژی استخراج بر پایه ی یک مرحله آبی مستقیماً از زردچوبه به کار برده شد. در مطالعه فوق استخراج موفقیت آمیز (۵۵ درصدی) کورکومین در آب با استفاده از تکنولوژی بر پایه سونیکاسیون با استفاده از پروب سریع یک مرحله ای گزارش شد که این مقدار بیشتر از مقدار استحصالی توسط روش استخراج سنتی بر پایه ی حلال با استفاده از اتانول بود. این محققین گزارش کردند که تبدیل فیزیکی میکروکورکومین به نانو کورکومین با استفاده از اولتراسوند دلیل افزایش حلالیت کورکومین در آب و در نتیجه استخراج موثر آن می­باشد. بنابراین تبدیل کورکومین به ابعاد نانو با استفاده از روش های اولتراسونیکاسیون را به عنوان راه حلی برای عدم حلالیت کورکومین و در نتیجه مشکل دسترسی زیستی به آن پیشنهاد کردند  [۱۱].

بلوریان و همکاران در سال ۱٣٩۲ به بهینه سازی شرایط استخراج کورکومین از ریزوم گیاه زردچوبه به کمک امواج اولتراسوند با استفاده از روش سطح پاسخ پرداختند. به جهت بهینه یابی شرایط استخراج، از ماکزیمم مقدار کورکومین استخراجی (۱٧/۴) استفاده شد. نتایج نشان داد که بیشترین میزان کورکومین را از پودرهای ریزوم زردچوبه را با دمای فرایند ٣۵ درجه سانتی گراد، زمان صوت دهی ٨ دقیقه و توان دستگاه اولتراسوند ۵۵ وات می­توان استخراج نمود. در مقایسه با روش ماسراسیون ، افزایش بازدهی ۵/۱ درصدی در استخراج کورکومین مشاهده شد  [۱].

Rouhani      و همکارانش در سال 2009 بر اساس مطالعات انجام گرفته گزارش کردند که راندمان استخراج کورکومینوئیدها با استفاده از اولتراسوند سه برابر بیشتر از روش های استخراج سنتی می­باشد. در این مطالعه شرایط بهینه سونیکاسیون ٣=pH، مخلوط %٧٠ اتانول:آب و زمان استخراج ١۵ دقیقه گزارش شد   [۱۵].

۵- نتیجه گیری

استخراج مواد گیاهی با استفاده از حلال عموماً نیاز به زمان استخراج طولانی داشته و کارایی پایینی دارند. به علاوه بسیاری از محصولات طبیعی از نظر حرارتی ناپایدار می­باشند و ممکن است در زمان استخراج حرارتی تجزیه شوند. با توجه به اهمیت

اقتصادی متابولیت های گیاهی و افزایش تقاضا، محققان در جست و جوی روش هایی با کارایی بالا برای استخراج هر چه بیشتر این ترکیبات، استفاده کمتر از حلال ها، صرفه جویی در مصرف انرژی و دوستدار محیط زیست بر روی روش های مدرن متمرکز شده اند. استفاده از اولتراسوند بسیار ساده تر و سریع تر و موثرتر از روش های مرسوم استخراج برای استخراج نمودن ترکیبات آلی از ماتریکس گیاهی می­باشد. ترکیب روش اولتراسوند باCo₂  فوق بحرانی قدرت بیشتری را در مقایسه با Co₂ فوق بحرانی به تنهایی نشان داد.

۶- منابع:

۱. بلوریان شادی، خلیلیان صفیه و خلیلیان محمد. بهینه سازی شرایط استخراج کورکومین از ریزوم گیاه زردچوبه (Curcuma longa) به کمک امواج فراصوت با استفاده از روش سطح پاسخ. نشریه فرآوری و نگهداری مواد غذایی. شماره ۲. بهار و تابستان٩۲. صفحات ٨٩- ٧۵.

۲. بلوریان شادی، کامکار آیدا،  نجف نجفی مسعود، محمدی ثانی علی، حسینی فرشته و صابریان حامد. بهینه سازی شرایط استخراج رنگدانه کورکومین از ریزوم زردچوبه با استفاده از تکنیک رویه سطح پاسخ (RSM). نشریه علوم و صنایع غذایی ایران. شماره ٧۴. فروردین ٩٧.‎صفحات ۲٨۱-۲٧٣.

٣. جوادی مرند فرزانه. پایان نامه بررسی اثر ضد توکسوپلاسمایی عصاره های گیاهی مورد، زردچوبه، درمنه کوهی، آویشن شیرازی، سرخارگل و فلفل سیاه در Invitro. پایان نامه کارشناسی ارشد. ٩۴-٩٣.

۴. خسروجردی آرزو،  مشایخی کاظم و زارع مرزونی هادی. کورکومین (مستخرج از زردچوبه) و اثرات درمانی آن، مجله زیست پزشکی جرجانی،  شماره ۲،  پاییز و زمستان ٩۵. صفحات ۲٠-١.

۵. صحنه فوزیه، محمدی مائده السادات، نجف پوردرزی قاسم و مقدم نیا علی اکبر. ﺑﻬﯿﻨﻪ ﺳﺎزى اﺳﺘﺨﺮاج ﮐﻮرﮐﻮﻣﯿﻦ از زردﭼﻮﺑﻪ (کورکوما لونگا) ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﻣﺎﯾﻌﺎت ﯾﻮﻧﻰ ﮐﺮﺑﻤﺎﺗﻰ ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﺣﻼل ﺳﺒﺰ. فصلنامه فناوری های نوین غذایی. شماره ١۶. تابستان ٩۶. صفحات ١۲-١.

۶. فلاح حسینی حسن، زحمتکش محسن و حقیقی مسعود. مروری بر کاربرد گیاه زردچوبه (. Curcuma longa L) در طب سنتی و مدرن.‎ فصلنامه علمی پژوهشی گیاهان دارویی. شماره ٣٣. زمستان ٨٨. صفحات ١۵-١.

٧. قربانی زینب و خادم ابراهیم. ﻛﺎرﺑﺮدﻫﺎی درﻣﺎﻧﻲ زردﭼﻮﺑﻪ و ﻣﺎده ﻣﺆﺛﺮه آن ﻛﻮرﻛﻴﻮﻣﻴﻦ در ﺗﺮﻣﻴﻢ  زﺧﻢ و ﺑﺎزﺳﺎزی  ﭘﻮﺳﺖ از دﻳﺪﮔﺎه ﻃﺐ راﻳﺞ و ﻃﺐ ﺳﻨﺘﻲ اﻳﺮان. فصلنامه گیاهان دارویی. شماره ۶۴. پاییز ٩۶. صفحات ۲١-١۲.

٨. مرتضی سمنانی کتایون، سعیدی مجید، مهدوی محمدرضا و رحیمی فاطمه. ﺑﺮرﺳﯽ و ﻣﻘﺎﯾﺴﻪ اﺛﺮ ﺿﺪ ﻣﯿﮑﺮوﺑﯽ ﻋﺼﺎره ﻫﺎی ﻣﺘﺎﻧﻮﻟﯽ ﭼﻨﺪ ﮔﻮﻧﻪ ﮔﯿﺎه از ﺟﻨﺲ ﻫﺎی Stachys و Phlomis. مجله دانشگاه علوم پزشکی مازندران. شماره ۵٧. فروردین و اردیبهشت ٨۶. صفحات ۶۶-۵٧.

٩. موسوی فاطمه، شیرزادی کرم الله کلثوم، محمودی حسن. بررسی اثر ضدمیکروبی گیاه (توربید) Daphne Oleoides روی باکتری های جدا شده از پلاک دندانی. مجله دانشکده دندانپزشکی مشهد. شماره ۴. زمستان ٩٨. صفحات ۴٠٠-٣٨٧.

10. 10. Aggarwal BB, Sundaram C, Malani N, Ichikawa H. Curcumin: the Indian solid gold. InThe molecular targets and therapeutic uses of curcumin in health and disease 2007 (pp. 1-75). Springer, Boston, MA.
11. 11. Gopal J, Muthu M, Chun SC. One-step, ultrasonication-mobilized, solvent-free extraction/synthesis of nanocurcumin from turmeric. RSC advances. 2015;5(60):48391-8.
12. 12. Hadi B, Sanagi MM, Ibrahim WA, Jamil S, AbdullahiMu’azu M, Aboul-Enein HY. Ultrasonic-assisted extraction of curcumin complexed with methyl-β-cyclodextrin. Food Analytical Methods. 2015 Jul 1;8(6):1373-81.
13. 13. Kimthet C, Wahyudiono, Kanda H, Goto M. Extraction of curcumin from Curcuma longa L. using ultrasound assisted supercritical carbon dioxide. InAIP Conference Proceedings 2017 May 24 (Vol. 1840, No. 1, p. 100001). AIP Publishing LLC.
14. 14. Nabati M, Mahkam M, Heidari H. Isolation and characterization of Curcumin from powdered rhizomes of turmeric plant marketed in Maragheh city of Iran with soxhlet technique. Iran Chem Commun2014; 2: 236-43.
15. 15. Rouhani S, Alizadeh N, Salimi S, Haji-Ghasemi T. Ultrasonic Assisted Extraction of Natural Pigments from Rhizomes of Curcuma Longa L. Progress in Color, Colorants and Coatings. 2009 Aug 1;2(2):103-13.
16. 16. Sahne F, Mohammadi M, Najafpour GD, Moghadamnia AA. Extraction of bioactive compound curcumin from turmeric (Curcuma longa L.) via different routes: A comparative study. Pak. J. Biotechnol. 2016;13(3):173-80.

17.Shirsath SR, Sable SS, Gaikwad SG, Sonawane SH, Saini DR, Gogate PR. Intensification of extraction of curcumin from Curcuma amada using ultrasound assisted approach: Effect of different operating parameters. Ultrasonics sonochemistry. 2017 Sep 1;38:437-45.

18. 18. Xu G, Hao C, Tian S, Gao F, Sun W, Sun R. A method for the preparation of curcumin by ultrasonic-assisted ammonium sulfate/ethanol aqueous two phase extraction. Journal of Chromatography B. 2017 Jan 15;1041:167-74.
19. 19. Zhang JS, Guan J, Yang FQ, Liu HG, Cheng XJ, Li SP. Qualitative and quantitative analysis of four species of Curcuma rhizomes using twice development thin layer chromatography. Journal of pharmaceutical and biomedical analysis. 2008 Nov 4;48(3):1024-8.

Extraction of curcumin from turmeric using ultrasound

Azin Binaeian¹, Zahra Khoshdouni Farahani^2*

• Master’s students, Department of Food Science and Technology, Faculty of Agriculture Science and Food Industry, University of Science and Research, Tehran, Iran
• PhD student, Department of Food Science and Technology, Faculty of Agriculture Science and Food Industry, University of Science and Research, Tehran, Iran

*Corresponding author’s email: z.farahani69@yahoo.com

Abstract

Curcumin is the main bioactive compound of turmeric, which is highly regarded in the pharmaceutical and food industries. the complexity of some extraction methods and the low solubility of Curcumin in water has severely limited its use. Therefore, the need to provide more efficient and environmentally friendly extraction methods has led to the study of new techniques, One of them is the use of ultrasound waves (UAE) for extraction of  Plant tissues, That has attracted a lot of attention due to its high efficiency, short extraction time, lower temperatures (reduction in  thermal damage) and lower use of organic solvents (environmentally friendly).

Keywords: curcumin, extraction, turmeric, ultrasonic, environment