Extraction of antioxidant polyphenols from Moringa oleifera leaves using a biomolecule based low transition temperature mixture

Abstract

M. oleifera is native tree found in the Himalayan, widely known because of itssignificant nutritional and pharmacological properties. In this study, for the first timeM. oleifera tree was cultivated in Greece and was studied for its nutrition value. InM.ο leaves was found high concentration of proteins, amino acids total phenols andflavonols. It is considered a rich source of lipids, ash, minerals, carotenoids, andvitamins C and E. The herbal tea was high in total phenols and flavonols.Subsequently, the extraction of polyphenols from M. oleifera leaves wasinvestigated, using a biomolecule-based low-transition temperature mixture (LTTM).The first step was to optimise LTTM concentration (CLTTM) the molar ratio (Rmol) ofglycerol-to-sodium acetate and to assess the effect of temperature. A maximum yieldin total polyphenols was achieved using a CLTTM = 80% (w/v) and a Rmol = 6 while, ina comparative evaluation using 80% ethanol showed that the LTTM used wassignificantly more efficient in extracting polyphenols and flavonoids, yielding extractswith higher reducing power.These newly synthesized LTTM with optimized composition were used toevaluate the effect of β-cyclodextrin (CD) on the efficiency of polyphenol extractionfrom M. oleifera leaves (MoL). The process developed to assess the simultaneouseffect of CD concentration (CCD), liquid-to-solid ratio (RL/S) and temperature (T).Under optimized conditions (CCD = 1%, RL/S = 40 mL g-1, T = 40 °C), the yield intotal polyphenols (YTP) was 67.18±5.04mg GAE g-1 DW. This value was significantlyhigher than that determined for the extraction performed with LTTM alone or 80%aqueous ethanol. The extraction rate was slowed down in the presence of CD, yet thehigher extraction capacity of the LTTM/CD medium was confirmed but demonstratedthat there was no selective extraction of any particular polyphenol, suggesting that CDacted merely as an extraction booster.Polyphenol-containing extracts from MoL were obtained using LTTM and acombination of LTTM/CD were stored at various temperatures for a period of 18days. The antiradical activity (AAR) displayed a constant decline while, the presenceof HP-β-CD, slow down this progression decline. The use of liquid chromatographydiodearray-mass spectrometry showed that after storage for 18 days at 50 °C, themajor quercetin glycosides occurring in MoL suffered extended degradation.

Το δέντρο M. oleifera είναι ιθαγενές φυτό των Ιμαλαιίων και ευρέως γνωστό λόγω των σημαντικών διατροφικών και φαρμακολογικών ιδιοτήτων του. Σε αυτή τη μελέτη το δέντρο καλλιεργήθηκε για πρώτη φορά στην Ελλάδα και μελετήθηκε ως προς την θρεπτική του αξία. Στα φύλλα του βρέθηκε υψηλή περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες και αμινοξέα καθώς και ολικές φαινόλες και φλαβονόλες. Θεωρείται πλούσια πηγή λιπιδίων, μετάλλων, καροτενοειδών και βιταμινών C και Ε. Στο τσάιβοτάνων βρέθηκαν υψηλά επίπεδα σε ολικές φαινόλες και φλαβονόλες.Στη συνέχεια, διερευνήθηκε η εκχύλιση πολυφαινολών από φύλλα M.oleifera, με τη χρήση ενός μείγματος χαμηλής θερμοκρασίας μετάπτωσης (LTTM).Έγινε βελτιστοποίηση της συγκέντρωσης του (CLTTM), της μοριακή αναλογίας (Rmol) γλυκερόλης προς οξικό νάτριο και εκτίμηση της επίδρασης της θερμοκρασίας.Μέγιστη απόδοση φάνηκε να επιτυγχάνεται με χρήση CLTTM = 80% (β /ο) και Rmol =6 ενώ σε συγκριτική αξιολόγηση με αιθανόλη 80% έδειξε ότι το LTTM ήταν σημαντικά πιο αποτελεσματικό στην εκχύλιση πολυφαινολών και φλαβονοειδών,αποδίδοντας εκχυλίσματα με υψηλότερη αναγωγική ισχύ.Το LTTM με βελτιστοποιημένη σύνθεση χρησιμοποιήθηκε για την αξιολόγηση της επίδρασης της β-κυκλοδεξτρίνης (CD) στην αποτελεσματικότητα της εκχύλισης πολυφαινόλης από τα φύλλα του M. οleifera. Η μέθοδος χρησιμοποιήθηκε για να εκτιμηθεί η ταυτόχρονη επίδραση της συγκέντρωσης CD (CCD), του λόγου υγρού προς στερεό (RL/S) και της θερμοκρασίας (T) (CCD = 1%, RL/S = 40 mL g-1,Τ = 40 °C). Η απόδοση σε ολικές πολυφαινόλες (ΥΤΡ) ήταν 67,18 ± 5,04 mg GAE g-1DW, σημαντικά υψηλότερη από αυτή που πραγματοποιήθηκε με LTTM ή με υδατική αιθανόλη 80%. Ο ρυθμός εκχύλισης επιβραδύνθηκε παρουσία CD, αλλά επιβεβαιώθηκε υψηλότερη ικανότητα εκχύλισης του LTTM/CD υποδηλώνοντας έτσι ότι δεν υπήρχε εκλεκτική εκχύλιση και η CD ενήργησε ως ενισχυτικό εκχύλισης.Τέλος τα εκχυλίσματα που ελήφθησαν με τη χρήση LTTM και ενός συνδυασμού LTTM/CD αποθηκεύτηκαν σε διάφορες θερμοκρασίες για περίοδο 18 ημερών. Η αντιοξειδωτική τους δράση (AAR) παρουσίασε σταθερή μείωση ενώ η παρουσία της ΗΡ-β-CD επιβράδυνε την μείωση αυτή. Η χρήση φασματομετρίας μάζας έδειξε ότι μετά από αποθήκευση επί 18 ημέρες στους 50 °C, οι κύριες γλυκοσίδες κερσετίνης που εμφανίζονται σε MoL υπέστησαν εκτεταμένη αποικοδόμηση.