DOI: https://doi.org/10.3389/fchem.2026.1765834
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41660586
تاريخ النشر: 2026-01-22
المؤلف: Nidal Zrikam وآخرون
الموضوع الرئيسي: المركبات النباتية والأنشطة المضادة للأكسدة
نظرة عامة
تبحث الدراسة في استخراج المركبات النشطة بيولوجيًا من مخلفات الطماطم في منطقة أغادير، باستخدام مفاعل عالي الضغط ودرجة الحرارة (HPTR) كتقنية جديدة للاستخراج. هذه الدراسة هي الأولى التي تطبق HPTR لاستعادة الأحماض الفينولية والفلافونويدات من سيقان وأوراق الطماطم، باستخدام نهج تحسين متعدد المتغيرات لتقييم تأثيرات درجة الحرارة والضغط ووقت الاستخراج ونسبة المذيب على كفاءة الاستخراج. تم تحديد ظروف الاستخراج المثلى لتكون 160 درجة مئوية، 10 بار، و70%-100% إيثانول، مما أدى إلى الحصول على أقصى نسبة 31.2% من السيقان و53.9% من الأوراق. تم تحقيق أعلى تركيزات من المركبات الفينولية (1240.89 ملغ GA/g extract) والفلافونويدات (59.32 ملغ QE/g extract) تحت هذه الظروف.
كما قامت الدراسة بتقييم الأنشطة البيولوجية للاستخراجات، كاشفة عن خصائص مضادة للأكسدة ملحوظة مع معدلات تثبيط جذر DPPH تتراوح بين 70%-85% ونشاط FRAP يصل إلى 261.8 ملغ تروكس/g extract. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت الاستخراجات إمكانيات ملحوظة ضد الإيلاستاز، مع معدلات تثبيط تتجاوز 90%. أشارت تحليل باريتو إلى أن درجة الحرارة وقطبية المذيب كانت عوامل حاسمة تؤثر على كفاءة الاستخراج. تشير النتائج إلى أن HPTR لا يعزز فقط العائد والانتقائية للمركبات النشطة بيولوجيًا، بل يقدم أيضًا طريقة صديقة للبيئة وقابلة للتوسع لتقدير نفايات معالجة الطماطم، مما يساهم في ممارسات مستدامة ضمن اقتصاد دائري حيوي.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على النفايات الكبيرة الناتجة عن القطاع الزراعي، مشيرة بشكل خاص إلى أن بعض الصناعات تنتج حوالي 1.3 مليار طن من النفايات سنويًا. من بين هذه، يتم التأكيد على زراعة الطماطم (Solanum lycopersicum) بسبب معدلات إنتاجها العالية والنفايات الكبيرة الناتجة خلال مراحل المعالجة وما بعد الحصاد، والتي يمكن أن تصل إلى 50%. تعتبر المنتجات الثانوية للطماطم، الغنية بالمواد العضوية والمركبات النشطة بيولوجيًا مثل البوليفينولات والفلافونويدات، موردًا غير مستغل مع تطبيقات محتملة عبر قطاعات مختلفة، بما في ذلك علوم وتكنولوجيا الغذاء.
تناقش الورقة طرق الاستخراج المختلفة لاستعادة هذه الجزيئات النشطة بيولوجيًا القيمة من نفايات الطماطم الزراعية الصناعية، بما في ذلك التقنيات التقليدية مثل استخراج سوكسليت والنهج المبتكرة مثل الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية والاستخراج عالي الحرارة والضغط العالي (HPTR). تتأثر كفاءة هذه الطرق بعوامل مثل نوع المذيب ووقت الاستخراج ودرجة الحرارة. ومن الجدير بالذكر أن HPTR يتم تسليط الضوء عليه لقدرته على تعزيز عائد الاستخراج وجودة المركبات الفينولية والفلافونويدات، على الرغم من أنه لم يتم التحقق منه بعد بالنسبة لكتلة الطماطم. تهدف الدراسة الحالية إلى التحقيق في استخراج الجزيئات النشطة بيولوجيًا من مخلفات الطماطم باستخدام HPTR، مقارنة فعاليتها بالطرق التقليدية وتقييم ملفاتها الكيميائية النباتية وأنشطتها المضادة للأكسدة.
طرق
في هذا القسم، تقيم الدراسة فعالية ثلاث طرق للاستخراج—سوكسيليت، الموجات فوق الصوتية، والنقع—على الخصائص الكيميائية النباتية لاستخراجات الطماطم، مع التركيز على المحتوى الكلي للفينولات (TPC) والمحتوى الكلي للفلافونويدات (TFC). تشير النتائج إلى أن استخراج سوكسليت يعطي أعلى TPC (قريب من 100 ملغ GA/gE) ولكنه يحتوي على مستويات TFC أقل بسبب التحلل الحراري المحتمل للمركبات الحساسة. يوفر استخراج الموجات فوق الصوتية بديلاً متوازنًا، محققًا عوائد معتدلة ويحافظ على المزيد من الفلافونويدات مقارنة بسوكسليت، بينما يؤدي النقع إلى أدنى عوائد للاستخراج وتركيزات المركبات النشطة بيولوجيًا. ومن الجدير بالذكر أن النشاط المضاد للأكسدة، الذي تم تقييمه عبر اختبارات DPPH وFRAP، يرتبط ارتباطًا قويًا بـ TPC وTFC، حيث يظهر سوكسليت أعلى قدرة مضادة للأكسدة.
تستكشف الدراسة أيضًا نشاط الاستخراجات ضد الإيلاستاز، كاشفة أن استخراج سوكسليت يتفوق بشكل كبير على الطرق الأخرى في تثبيط هذا الإنزيم، الذي يرتبط بخصائص مضادة للشيخوخة. تؤكد النتائج على أهمية ظروف الاستخراج، وخاصة درجة الحرارة وقطبية المذيب، في تعظيم العائد والنشاط البيولوجي للاستخراجات. بالإضافة إلى ذلك، يتم تسليط الضوء على تقنيات الاستخراج عالي الضغط ودرجة الحرارة (HPTR) كبدائل متفوقة، مما يؤدي إلى الحصول على TPC وTFC عالية مع الحفاظ على النشاط البيولوجي، وبالتالي تقديم نهج مستدام لاستعادة المواد الكيميائية النباتية القيمة من نفايات الطماطم.
النتائج
تكشف نتائج التحليل الفيزيائي الكيميائي والبيوكيميائي لنفايات الطماطم (الأوراق والسيقان) من منطقة أغادير عن اختلافات ملحوظة بين المصفوفتين. تم قياس درجة الحموضة في الأوراق عند 6.10 ± 0.07، مما يشير إلى طبيعة أقل حموضة مقارنة بالسيقان، التي كانت لها درجة حموضة 5.65 ± 0.07. علاوة على ذلك، أظهرت الأوراق موصلية كهربائية أعلى تبلغ 590.57 ± 278.90 ميكروسيمنز/سم، مما يشير إلى تركيز أكبر من المحاليل الأيونية، بما في ذلك الأملاح المعدنية. كما أظهرت الأوراق محتوى مائي عالي يبلغ 85%، إلى جانب مستويات كبيرة من النيتروجين (3.961%)، والبروتينات (24%)، والسكريات الكلية (17.011 ملغ/g MF). ومن الجدير بالذكر أن مستويات الكلوروفيل أ في الأوراق كانت في المتوسط 16.881 ± 4.08، والتي قد تتأثر بعدم كفاية التسميد، كما تشير الدراسات السابقة (بيريز إسبينوزا، 2005).
في المقابل، وُجد أن سيقان الطماطم تحتوي على محتوى مائي مرتفع جدًا يبلغ 90% وكانت أغنى في البروتين والنيتروجين مقارنة بالأوراق. تسلط هذه النتائج الضوء على الملفات البيوكيميائية المتميزة لأوراق وسيقان الطماطم، مما يشير إلى إمكانية استخدامها في تطبيقات متنوعة، بما في ذلك السياقات الزراعية والتغذوية. هناك حاجة إلى تقييم إضافي لاستخراجات السيقان التي تم الحصول عليها باستخدام المعالجة الحرارية عالية الضغط (HPTR) لاستكشاف خصائصها الوظيفية.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم معالجة وتصنيف مخلفات الطماطم الزراعية الصناعية لتقييم إمكانياتها كمصدر للمركبات النشطة بيولوجيًا. تتكون المخلفات من الأوراق والسيقان، ومرت بسلسلة من خطوات التحضير بما في ذلك التجفيف، والسحق، والغربلة. كشفت التحليلات الفيزيائية الكيميائية عن خصائص رئيسية مثل درجة الحموضة، ومحتوى الرطوبة، ومستويات النيتروجين، بينما ركز التصنيف البيوكيميائي على السكريات الكلية، والأصباغ الضوئية، ومحتوى المركبات الكيميائية النباتية. ومن الجدير بالذكر أن المحتوى الكلي للبوليفينول (TPC) والمحتوى الكلي للفلافونويدات (TFC) تأثرا بشكل كبير بمعلمات الاستخراج، وخاصة درجة الحرارة وتركيز الإيثانول. تم تحقيق أعلى TPC (1240.89 ± 53.62 ملغ GA/gE) تحت ظروف مثلى تبلغ 160 درجة مئوية، و30 دقيقة، و10 بار ضغط، و30% إيثانول.
استخدمت الدراسة تقنيات استخراج متنوعة، بما في ذلك الاستخراج الحراري عالي الضغط (HPTR)، والنقع البارد، وسوكسليت، والاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية، لتحسين العائد واستعادة المركبات الكيميائية النباتية. أشارت النتائج إلى أن HPTR حقق أعلى كفاءة للاستخراج، مع عوائد تتراوح من 3.02% إلى 31.2% اعتمادًا على الظروف. أظهرت الأنشطة المضادة للأكسدة للاستخراجات، التي تم تقييمها من خلال اختبارات DPPH وFRAP، ارتباطًا قويًا مع TPC وTFC، مما يبرز إمكانيات الاستخراجات لتطبيقات في صناعات الغذاء والأدوية. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية تحسين معلمات الاستخراج لتعظيم استعادة المركبات النشطة بيولوجيًا القيمة من نفايات الطماطم، مما يساهم في ممارسات مستدامة في القطاعات الزراعية الصناعية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fchem.2026.1765834
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41660586
Publication Date: 2026-01-22
Author(s): Nidal Zrikam et al.
Primary Topic: Phytochemicals and Antioxidant Activities
Overview
The research investigates the extraction of bioactive compounds from tomato residues in the Agadir region, utilizing a high-pressure-temperature reactor (HPTR) as a novel extraction technology. This study is the first to apply HPTR for recovering phenolic acids and flavonoids from tomato stems and leaves, employing a multivariate optimization approach to evaluate the effects of temperature, pressure, extraction time, and solvent ratio on extraction efficiency. The optimal extraction conditions were determined to be 160 °C, 10 bar, and 70%-100% ethanol, yielding a maximum of 31.2% from stems and 53.9% from leaves. The highest concentrations of phenolic compounds (1240.89 mg GA/g extract) and flavonoids (59.32 mg QE/g extract) were achieved under these conditions.
The study further assessed the biological activities of the extracts, revealing significant antioxidant properties with DPPH radical inhibition rates between 70%-85% and FRAP activity reaching 261.8 mg trolox/g extract. Additionally, the extracts exhibited notable anti-elastase potential, with inhibition rates exceeding 90%. Pareto analysis indicated that temperature and solvent polarity were critical factors influencing extraction efficiency. The findings suggest that HPTR not only enhances the yield and selectivity of bioactive compounds but also presents an environmentally friendly and scalable method for valorizing tomato processing waste, contributing to sustainable practices within a circular bioeconomy.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significant waste generated by the agricultural sector, particularly noting that certain industries produce approximately 1.3 billion tons of waste annually. Among these, tomato (Solanum lycopersicum) cultivation is emphasized due to its high production rates and the substantial waste generated during processing and post-harvest stages, which can reach up to 50%. Tomato by-products, rich in organic matter and bioactive compounds such as polyphenols and flavonoids, present an underutilized resource with potential applications across various sectors, including food science and technology.
The paper discusses various extraction methods for recovering these valuable bioactive molecules from tomato agro-industrial waste, including conventional techniques like Soxhlet extraction and innovative approaches such as ultrasound-assisted extraction and high-temperature, high-pressure extraction (HPTR). The efficiency of these methods is influenced by factors such as solvent type, extraction time, and temperature. Notably, HPTR is highlighted for its ability to enhance the extraction yield and quality of phenolic compounds and flavonoids, although it has not yet been validated for tomato biomass. The current study aims to investigate the extraction of bioactive molecules from tomato residues using HPTR, comparing its effectiveness with traditional methods and assessing the resulting phytochemical profiles and antioxidant activities.
Methods
In this section, the study evaluates the efficacy of three extraction methods—Soxhlet, ultrasound, and maceration—on the phytochemical properties of tomato extracts, focusing on total phenolic content (TPC) and total flavonoid content (TFC). The results indicate that Soxhlet extraction yields the highest TPC (close to 100 mg GA/gE) but has lower TFC levels due to potential thermal degradation of sensitive compounds. Ultrasound extraction offers a balanced alternative, achieving moderate yields and preserving more flavonoids compared to Soxhlet, while maceration results in the lowest extraction yields and bioactive compound concentrations. Notably, antioxidant activity, assessed via DPPH and FRAP tests, correlates strongly with TPC and TFC, with Soxhlet exhibiting the highest antioxidant capacity.
The study further explores the anti-elastase activity of the extracts, revealing that Soxhlet extraction significantly outperforms the other methods in inhibiting this enzyme, which is linked to anti-aging properties. The findings emphasize the importance of extraction conditions, particularly temperature and solvent polarity, in maximizing the yield and bioactivity of the extracts. Additionally, high-pressure and high-temperature extraction (HPTR) techniques are highlighted as superior alternatives, yielding high TPC and TFC while maintaining biological activity, thus presenting a sustainable approach for recovering valuable phytochemicals from tomato waste.
Results
The results of the physicochemical and biochemical characterization of tomato waste (leaves and stems) from the Agadir region reveal notable differences between the two matrices. The pH of the leaves was measured at 6.10 ± 0.07, indicating a less acidic nature compared to the stems, which had a pH of 5.65 ± 0.07. Furthermore, the leaves exhibited a higher electrical conductivity of 590.57 ± 278.90 µS/cm, suggesting a greater concentration of ionic solutes, including mineral salts. The leaves also demonstrated a high-water content of 85%, alongside significant levels of nitrogen (3.961%), proteins (24%), and total sugars (17.011 mg/g MF). Notably, chlorophyll a levels in the leaves averaged 16.881 ± 4.08, which may be influenced by insufficient fertilization, as indicated by previous studies (Perezespinosa, 2005).
In contrast, the tomato stems were found to possess a very high-water content of 90% and were richer in protein and nitrogen compared to the leaves. These findings highlight the distinct biochemical profiles of tomato leaves and stems, suggesting their potential utility in various applications, including agricultural and nutritional contexts. Further evaluation of stem extracts obtained using High-Pressure Thermal Treatment (HPTR) is warranted to explore their functional properties.
Discussion
In this study, agro-industrial tomato residues were processed and characterized to evaluate their potential as a source of bioactive compounds. The residues, consisting of leaves and stems, underwent a series of preparation steps including drying, crushing, and sieving. Physicochemical analyses revealed key properties such as pH, moisture content, and nitrogen levels, while biochemical characterization focused on total sugars, photosynthetic pigments, and phytochemical content. Notably, the total polyphenol content (TPC) and total flavonoid content (TFC) were significantly influenced by extraction parameters, particularly temperature and ethanol concentration. The highest TPC (1240.89 ± 53.62 mg GA/gE) was achieved under optimal conditions of 160 °C, 30 minutes, 10 bars pressure, and 30% ethanol.
The study employed various extraction techniques, including high-pressure thermal extraction (HPTR), cold maceration, Soxhlet, and ultrasound-assisted extraction, to optimize yield and phytochemical recovery. Results indicated that HPTR yielded the highest extraction efficiency, with yields ranging from 3.02% to 31.2% depending on the conditions. The antioxidant activities of the extracts, assessed through DPPH and FRAP assays, demonstrated a strong correlation with TPC and TFC, highlighting the extracts’ potential for applications in food and pharmaceutical industries. Overall, the findings underscore the importance of optimizing extraction parameters to maximize the recovery of valuable bioactive compounds from tomato waste, contributing to sustainable practices in agro-industrial sectors.