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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
このプロトコルは、フェノール化合物と天然酸化防止剤を抽出するためのポリオールベースのマイクロ波支援抽出法の利用を詳述しており、すぐに使用できる抽出物の開発に対する実用的で環境的に持続可能なアプローチを表しています。
ポリオールは、植物原料から生理活性化合物を抽出するためのグリーン溶媒として、その安全性と植物生理活性化学物質との不活性な挙動から注目されています。この研究では、グリセリン、プロピレングリコール(PG)、ブチレングリコール(BG)、メチルプロパンジオール(MPD)、イソペンチルジオール(IPD)、ペンチレングリコール、1,2-ヘキサンジオール、ヘキシレングリコール(HG))などのポリオールベースの溶媒を用いたマイクロ波支援抽出法を使用して、コーヒーシルバースキンからフェノール化合物と天然抗酸化物質を持続的に抽出する方法を調査しています。総フェノール含有量(TPC)、総フラボノイド含有量(TFC)、1,1-ジフェニル-2-ピクリルヒドラジルラジカル捕捉アッセイ(DPPH)、2,2′-アジノ-ビス(-3-エチルベンゾチアゾリン-6-スルホン酸)ラジカル捕捉アッセイ(ABTS)、鉄還元酸化防止パワーアッセイ(FRAP)などの抗酸化活性活性などのパラメーターを含む、MAEの生理活性化合物への影響に焦点を当てて、従来型および非従来型の溶媒抽出について比較分析を行いました。最も高い値は、水性 1,2-ヘキサンジオール抽出による TPC(52.0 ± 3.0 mg GAE/g サンプル)、水性 1,2-ヘキサンジオール抽出による TFC(20.0 ± 1.7 mg QE/g サンプル)、DPPH 水性 HG 抽出(13.6 ± 0.3 mg TE/g サンプル)、ABTS 水性ペンチレングリコール抽出(8.2 ± 0.1 mg TE/g サンプル)、FRAP 水性 (21.1 ± 1.3 mg Fe (II) E/g サンプル) で観察されました。この研究は、天然植物成分による環境に優しい抽出技術を推進し、危険な化学物質の使用を最小限に抑えながら時間とエネルギー消費を削減することで持続可能性を促進し、化粧品への応用の可能性を秘めています。
今日、美容業界では環境意識への世界的な傾向があり、メーカーは持続可能な代替品を使用して植物成分を抽出するためのグリーンテクノロジーに焦点を当てるようになりました1。通常、エタノール、メタノール、ヘキサンなどの従来の溶媒は、植物フェノール成分と天然抗酸化物質を抽出するために使用されます2。それにもかかわらず、植物抽出物中の溶媒残留物の存在は、人間の健康に潜在的なリスクをもたらし、特に化粧品への意図された用途に関して、皮膚や眼の炎症を誘発します3。その結果、抽出物からこのような溶媒残留物を除去することは困難であり、このプロセスには時間、エネルギー、および人的資源に多大な投資が必要です4。近年、過熱水、イオン液体、深部共晶溶媒、およびバイオ由来溶媒が、グリーン溶媒抽出の有望なアプローチとして浮上しています5。しかし、水系プロセスでの製品分離により、その使用は依然として制限されています。これらの課題に対処するために、すぐに使用できる抽出物の開発が実行可能な解決策として浮上しています6。
ポリオールは、その優れた極性と環境からの水分を保持する能力があるため、保湿剤として化粧品の配合物によく使用されます7。さらに、グリセリン、プロピレングリコール、ブチレングリコール、メチルプロパンジオール、イソペンチルジオール、ペンチレングリコール、1,2-ヘキサンジオール、ヘキシレングリコールなどのポリオールを植物抽出に利用できます。それらは、植物抽出8に使用するための無毒で、生分解性で、環境にやさしく、非反応性で、安全な溶媒と考えられています。さらに、ポリオールは沸点と極性が高いため、マイクロ波支援抽出(MAE)中に発生する熱に耐えることができます9。これらのポリオールは、米国食品医薬品局(FDA)によって一般に安全(GRAS)化学物質として認められています。エタノールやメタノールなどの従来の溶媒とは異なり、ポリオールは、その潜在的に有害な影響のために抽出物からの厳密な除去を必要とする場合があり、溶媒除去プロセスに関連するエネルギー、時間、およびコストを最小限に抑えるという利点を提供する10。これにより、抽出プロセスが合理化されるだけでなく、抽出方法の全体的な効率と持続可能性も向上します。これまでの研究では、 Camellia sinensis の花10 およびコーヒーパルプ11からの生理活性化合物の抽出において、プロピレングリコールやブチレングリコールなどのポリオールを溶媒として使用しており、植物抽出プロセスにおける持続可能な代替溶媒としての役割に大きな可能性が明らかになっている。したがって、ポリオール-水溶媒システムの継続的な開発と最適化は、グリーンケミストリーと持続可能な産業慣行の大幅な進歩の可能性を秘めています。
一般に、植物に見られる生理活性化合物は二次代謝産物として合成されます。これらの化合物は、テルペンとテルペノイド、アルカロイド、およびフェノール化合物の3つの主要なグループに分類できます12。植物から特定の生理活性化合物を単離するために、さまざまな抽出方法がさまざまな条件下で利用されます。植物材料からの生理活性化合物は、従来の技術または非従来の技術のいずれかを使用して抽出できます。従来の方法には、浸軟、還流抽出、および水蒸留が含まれますが、非従来型の方法は、超音波支援抽出、酵素支援抽出、マイクロ波支援抽出(MAE)、パルス電界支援抽出、超臨界流体抽出、および加圧液体抽出13で構成されます。これらの従来とは異なる方法は、より安全な溶剤と助剤を利用し、エネルギー効率を改善し、生物活性成分の劣化を防ぎ、環境汚染を減らすことにより、安全性を高めるように設計されています14。
さらに、MAEは、植物から生理活性化合物を抽出するための洗練されたグリーンテクノロジーの1つです。従来の抽出手順では、かなりの時間、エネルギー、および高温が必要であり、時間の経過とともに熱に敏感な生理活性化合物を劣化させる可能性があります13。従来の熱抽出とは対照的に、MAEは、サンプル内に局所的な加熱を発生させ、細胞構造を破壊し、物質移動を促進することにより、生理活性化合物の抽出を促進し、それによって化合物抽出の効率を高めます。熱は、植物成分13内の水分子に作用するマイクロ波によって植物細胞内部から伝達される。さらに、MAEは、活性化合物の抽出と分離を改善し、製品の収率を高め、抽出効率を高め、必要な化学物質を減らし、生理活性化合物の破壊を防ぎながら時間とエネルギーを節約するために進歩しました15。
この研究では、さまざまな種類のポリオールを溶媒として使用したマイクロ波支援抽出(MAE)による植物フェノール化合物と天然抗酸化物質の抽出に焦点を当てています。ポリオールベースのMAE抽出物の総フェノール含有量(TPC)、総フラボノイド含有量(TFC)、および抗酸化活性(DPPH、ABTS、FRAP)が決定されます。さらに、ポリオールベースのMAEは、水やエタノールなどの従来の溶媒を使用してMAEと比較されます。この研究は、化粧品業界での潜在的な用途のために、有害化学物質への依存を減らし、処理時間を短縮し、原材料生産におけるエネルギー消費を最小限に抑えることにより、持続可能性を促進し、天然成分の環境的に持続可能な抽出技術の開発に貢献することが期待されています。
本試験で使用した試薬および装置の詳細は、 材料表に記載されています。
1. 実験の準備
2.抽出プロセス
3. フェノール化合物の定量
4.抗酸化活性の測定
5. 統計分析
総フェノール含有量、総フラボノイド含有量、DPPH、FRAP、およびABTS抗酸化アッセイに対するポリオール溶媒および従来型溶媒の影響
溶媒の極性は、植物からの生理活性物質の抽出効率を改善するために、標的活性分子の極性と一致するべきである22。各種溶媒(水、エタノール、グリセリン、プロピレングリコール、ブチレングリコール、メチルプロパンジオール、イソペンチルジオール、ペンチレングリコール、1,2-ヘキサンジオール、ヘキシレングリコール)を用いて、MAEコーヒーシルバースキン抽出物の生理活性や抗酸化活性への影響を評価しました。
ポリオール溶媒と従来型溶媒が総フェノール含有量に及ぼす影響
異なる溶媒を用いた各抽出物の総フェノール含有量を分析しました。フェノール含有量が最も高かったのは、水性 1,2-ヘキサンジオールを含むサンプル(52.0 ± 3.0 mg GAE/g サンプル)で得られ、TPC が最も低かったのは水抽出サンプル(31.4 ± 4.3 mg GAE/g サンプル)で明らかになり、これらの値は他のすべての条件の値と有意に異なっていました。ペンチレングリコール水溶液を含むサンプルは 2 番目に高い TPC 値を示し、次いでブチレングリコール水溶液、メチルプロパンジオール、およびその他の溶媒系サンプルを示しました(図 11A)。従来の溶媒(水および水系エタノール系)とポリオール系溶媒との比較では、TPC値に大きな差が見られます(p < 0.05)。
ポリオール溶媒と従来型溶媒が総フラボノイド含有量に及ぼす影響
異なる溶媒を使用した各抽出の総フラボノイド含有量を分析しました。フラボノイド含有量が最も高かったのは、水性-1,2-ヘキサンジオール水溶液(20.0 ± 1.7 mg QE/g サンプル)のサンプルで得られ、他のすべての抽出物と有意な差が見られました。イソペンチジオール水溶液を含むサンプルは、最も低いTFC値(8.8 ± 0.7 mg QE/gサンプル)を示し、これはメチルプロパンジオール水溶液およびエタノール水抽出物と有意差がありませんでした。さらに、2番目に高いTFC値は、ペンチレングリコール水溶液を含むサンプルで見られ、次いでヘキシレングリコール水溶液、プロピレングリコール水溶液、ブチレングリコール水溶液、グリセリン水グリセリンがそれに続きました(図11B)。
ポリオール溶媒および従来型溶媒が抗酸化アッセイに及ぼす影響
ポリオールと従来の溶媒を使用した抽出物の抗酸化活性は、DPPH、ABTS、およびFRAPアッセイを使用して評価されました。DPPH アッセイの最高値は、ヘキシレングリコール水溶液を含むサンプル(13.6 ± 0.3 mg TE/g サンプル)で測定され、エタノール水溶液を含むサンプル(4.5 ± 0.2 mg GAE/g サンプル)で最も低い値を測定し、これらの値は他の抽出物と有意に異なりました(p < 0.05)。2番目に高いDPPH値は、水性-1,2-ヘキサンジオールを含むサンプルで観察され、次いでペンチレングリコール水溶液、水性メチルプロパンジオール、およびその他の溶媒系で観察されました(図11C)。
ABTS 値の最高値は、ペンチレングリコール水溶液を含むサンプル(8.2 ± 0.1 mg TE/g サンプル)で測定され、最も低い ABTS 値は水を含むサンプル(5.6 ± 0.04 mg GAE/g サンプル)で測定され、これらの値は他の抽出物と有意に異なりました(p < 0.05)。2番目に高いABTS値は、ブチレングリコール水溶液と1,2-ヘキサンジオール水溶液で検出され、次いでグリセリン水溶液、メチルプロパンジオール水溶液、およびその他の溶媒系のサンプルが検出されました(図11D)。
最も高い FRAP 値は、ヘキシレングリコール水溶液を含むサンプル(21.1 ± 1.3 mg Fe (II) E/g サンプル)、水抽出サンプルで最も低い (11.5 ± 0.2 Fe (II) E/g サンプル) で観察され、これらの値は残りの溶媒で有意に異なりました (p < 0.05)。さらに、2番目に高いFRAP値は、ペンチレングリコール水溶液を含むサンプルで見られ、次いでブチレングリコール水溶液、グリセリン水系、およびその他の溶媒系でした(図11E)。
サンプルの抗酸化活性を従来の溶媒(水およびエタノール水)と比較すると、ポリオールを含むサンプルは、すべての抗酸化アッセイ(DDPPH、ABTS、FRAP)で有意に高い抗酸化活性を示しました(p < 0.05)。

図1:実験容器とMAEチャンバーでの反応。 (A)抽出前に、テフロン容器の白い層間容器にサンプルと溶媒を添加します。(B)各容器は、抽出を開始する前にマイクロ波チャンバー内に置かれます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図2:反応容器を閉じるための特別なツール。 テフロン容器にサンプルと溶媒を加えた後、容器の上部に蓋をして容器ホルダーに入れ、工具でしっかりと固定します。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図3:抽出方法(A)抽出方法、方法セクションを入力して作成。(B)SK eTアクセサリーはMAEプロセスに適用されます。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図4:攪拌速度とドアロック機能の設定(A)各容器内のマグネチックスターラーバーは、攪拌速度を選択することで作動させることができます。(B)ドアロック機能により温度が制限され、抽出後にチャンバーを開くことができます。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図5:抽出条件の設定。 (A)テーブルアイコンを入力し、時間、温度、マイクロ波電力などの抽出条件を設定します。(B)スターラーボタンを開き、ブロワー速度を選択します。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図6:冷却時間の設定。 冷却時間を適用してMAEチャンバー内の温度を下げます。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図7:抽出プロセスの開始 (A)抽出用に作成したメソッドの保存(B)再生アイコンをクリックして、抽出プロセスを開始します。(C)抽出を開始する容器の数を選択します。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図8:MAEを使用して抽出した後の最終抽出物の写真。 遠心分離後の上清の入手。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図9:抽出物のTPC、TFC、DPPH捕捉活性、ABTS捕捉活性、およびFRAPアッセイを測定するための96ウェルプレート。 (A)没食子酸標準プレートのTPCを、濃度2.5〜75μg/mLおよびサンプル抽出物から決定します。(B)2.5〜50μg/mLの濃度からケルセチン標準プレートのTFCを決定し、サンプル抽出物を測定するためのTFCアッセイ。(C)0.25〜12.5μg / mLの濃度からTrolox標準プレートのDPPH捕捉活性を測定し、サンプル抽出物のDPPH捕捉活性検出プレート。(D)0.25-5 μg/mL の濃度とサンプル抽出物の ABTS 掃気活性検出プレートからの Trolox 標準プレートの ABTS 掃気活性の測定。(E)0.25〜10μg/ mLの濃度からのFeSO4標準プレートのFRAPアッセイとサンプル抽出物のFRAPアッセイ検出プレートの決定。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図 10:TPC、TFC、DPPH スカベンジング活性、ABTS スカベンジング活性、および FRAP アッセイの標準検量線。 (A)没食子酸標準試料の濃度と A765 での吸光度によってプロットされた TPC を決定するための標準曲線。(B)A510におけるケルセチン標準試料と吸光度の濃度によってプロットされたTFCを決定するための標準曲線。(C)DPPH捕捉活性を決定するための標準曲線(Trolox標準の濃度と阻害率によってプロット)。(D)ABTS 掃気活性を決定するための標準曲線を、Trolox 標準の濃度と % 阻害によってプロットしたものです。(E)A593における硫酸第一鉄標準試料の濃度と吸光度によってプロットされた、FRAPアッセイを測定するための標準曲線。 この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。

図11:コーヒーシルバースキンのMAEにおけるTPC、TFC、DPPH清掃活性、ABTS清掃活性、およびFRAPアッセイに対する溶媒タイプの影響。(B)総フラボノイド含有量に対する溶媒の種類の影響。(C)DPPH掃気活性に対する溶剤の種類の影響。(D)ABTSスカベンジング活性に対する溶剤タイプの影響。(E)FRAPアッセイに対する溶媒の種類の影響。値は、平均 ± SD (n = 3) として示されます。上付き文字が異なる値は、統計的に有意な差を表します (p < 0.05)。この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。
表1:没食子酸標準曲線の調製。 96ウェルプレートに2.5-75 μg/mLの標準濃度範囲を調製します。B = ブランク、1-7 = 96 ウェルプレート上のウェル数。 この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。
表2:没食子酸標準の最終濃度計算。 2.5-75 μg/mLの標準濃度範囲を調製します。没食子酸の最終濃度(μg/mL)は、それに応じて計算されます。最終濃度(μg / mL)=(初期濃度(mg / mL)×初期容量(μL)/最終容量(μL))×(1000μg / 1mg)。 この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。
表3:ケルセチン標準曲線の調製。 96ウェルプレートで2.5-50 μg/mLの標準濃度範囲を調製します。B = ブランク、1-7 = 96 ウェルプレート上のウェル数。 この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。
表4:ケルセチン標準の最終濃度計算表。 2.5-50 μg/mLの標準濃度範囲を調製します。それに応じて、ケルセチンの最終濃度(μg/mL)が計算されます。最終濃度(μg/mL)=(初期濃度(mg/mL)×初期容量(μL)/最終容量(μL))×(1000μg/1mg)。 この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。
表5:0.25〜12.5μg/ mLの濃度範囲でのTrolox標準曲線調製。 96ウェルプレートで0.25〜12.5μg/mLの標準濃度範囲を調製します。B = ブランク、C = コントロール、1-7 = 96 ウェルプレート上のウェル数。 この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。
表6:DPPHアッセイのTrolox標準液の最終濃度計算。 Troloxの最終濃度(μg/mL)を含む0.25-12.5μg/mLの標準濃度範囲を調製します。最終濃度(μg/mL)=(初期濃度(mg/mL)×初期容量(μL)/最終容量(μL))×(1000μg/1mg)。 この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。
表7:0.25-5 μg/mLの濃度範囲でのTrolox標準曲線調製。 96ウェルプレートに0.25-5 μg/mLのストック標準濃度範囲を調製します。B = ブランク、C = コントロール、1-7 = 96 ウェルプレート上のウェル数。 この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。
表8:ABTSアッセイのTrolox標準の最終濃度計算。 Troloxの最終濃度(μg/mL)を含む0.25-5μg/mLの標準濃度範囲を調製します。最終濃度(μg/mL)=(初期濃度(mg/mL)×初期容量(μL)/最終容量(μL))×(1000μg/1mg)。 この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。
表9:FeSO4標準の最終濃度計算表。FeSO4の最終濃度(μg/mL)を含む、2.5-100 μg/mLの標準濃度範囲の調製。最終濃度(μg/mL)=(初期濃度(mg/mL)×初期容量(μL)/最終容量(μL))×(1000μg/1mg)。この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。
表10:FeSO4 標準曲線の準備。 96ウェルプレートに0.25-10 μg/mLの標準濃度範囲を調製します。B = 空白。 この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。
著者は何も開示していません。
このプロトコルは、フェノール化合物と天然酸化防止剤を抽出するためのポリオールベースのマイクロ波支援抽出法の利用を詳述しており、すぐに使用できる抽出物の開発に対する実用的で環境的に持続可能なアプローチを表しています。
この研究は、メーファールアン大学から資金提供を受けました。著者らは、コーヒーシルバースキンサンプルの取得に関して研究者と地元の農家とのつながりを促進してくれたメーファールアン大学の紅茶コーヒー研究所に感謝したいと思います。
| 1,2-ヘキサンジオール | Chanjao Longevity Co., Ltd. | ||
| 2,2 -アジノビス 3 エチルベンゾチアゾリン-6-スルホン酸 ジアンモニウム塩 (ABTS) | シグマ | A1888 | |
| 2,2-ジフェニル-1-ピクリルヒドラジル (DPPH) | シグマ | D9132 | |
| 2,4,6-トリ (2-ピリジル)-s-トリアジン (TPTZ) | シグマ | 93285 | |
| 2-デジタル天びん | オーハウス | ||
| 4-デジタル天びん | デンバー | SI-234 | |
| 6-ヒドロキシ-2,5,7,8 テトラメチルクロマン-2-カルボン酸 (Trolox) | Sigma | 238813 | |
| 96ウェルプレート | SPL ライフサイエンス | ||
| 無水エタノール | RCI Labscan | 64175 | |
| 酢酸 | RCI Labscan | 64197 | |
| 塩化アルミニウム | Loba Chemie | 898 | |
| 自動ピペット | Labnet | Biopett | |
| Butylene glycol | Chanjao Longevity Co., Ltd. | ||
| Ethos X advanced microwave extraction | Milestone Srl, Sorisole, Italy | ||
| 硫酸第一鉄 | Ajex Finechem | 3850 | |
| Folin-Ciocalteu's reagent | Loba Chemie | 3870 | |
| Freezer SF | Sanyo | C697(GYN) | |
| 没食子酸 | Sigma 398225 | ||
| Grinder | OUハードウェアプロダクツ株式会社 | ||
| キシレングリコール | Chanjao長寿株式会社 | ||
| 塩酸(37%) | RCI Labscan | AR1107 | |
| 塩化鉄(III) | Loba Chemie | 3820 | |
| Isopentyldiol | Chanjao Longevity Co., Ltd. | ||
| メタノール | RCI Labscan | 67561 | |
| メチルプロパンジオール | Chanjao Longevity Co., Ltd. (チャンジャオ・ロングエビティ・カンパニー・リミテッド) | ||
| ペンチレングリコール | Chanjao Longevity Co., Ltd. | ||
| 過硫酸カリウム | Loba Chemie | 5420 | |
| プロピレングリコール | Chanjao Longevity Co., Ltd. | ||
| ケルセチン | シグマ | Q4951 | |
| 冷蔵遠心分離機 | Hettich | ||
| 酸ナトリウム | Loba Chemie | 5758 | |
| ナトリウム | Loba Chemie5810 | ||
| 酸化ナトリウム | RCI Labscan | AR1325 | |
| 硝酸ナトリウム | Loba Chemie5954 | ||
| SPECTROstar Nano マイクロプレートリーダー | BMG- LABTECH | ||
| SPSS ソフトウェア | IBM SPSS Statistics 20 | ||
| トレイドライヤー | France Etuves | XUE343 |