DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-79482-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39557986
تاريخ النشر: 2024-11-18
المؤلف: Shengru Yang وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات الكيمياء النباتية والنشاط الحيوي
نظرة عامة
تبحث الدراسة في استخراج وخصائص مضادات الأكسدة للبوليسكاريدات المستخلصة من *Tenebrio molitor* منزوع الدهن، وهو حشرة غنية بالمغذيات. باستخدام طريقة استخراج مساعدة بالموجات فوق الصوتية، قامت الدراسة بتقييم منهجي لتأثيرات درجة حرارة الاستخراج، والوقت، وقوة الموجات فوق الصوتية، ونسبة السائل إلى المادة الغذائية على عائد البوليسكاريدات. من خلال تجارب عامل واحد ومنهجية سطح الاستجابة، تم تحديد ظروف الاستخراج المثلى: درجة حرارة استخراج 75 °م، مدة 150 دقيقة، قوة الموجات فوق الصوتية 270 واط، ونسبة سائل إلى مادة غذائية 15:1 مل/غ، مما حقق عائد بوليسكاريد قدره 9.513%.
بعد الاستخراج، خضعت البوليسكاريدات للتنقية والتحليل الهيكلي عبر مطيافية الأشعة تحت الحمراء، مما كشف عن وجود سكريات بيرانووز ومجموعات وظيفية رئيسية مثل C-O وC=O وO-H. تم تقييم النشاط المضاد للأكسدة من خلال اختبارات متنوعة، مما أظهر أن البوليسكاريدات أظهرت قدرات فائقة في التخلص من الجذور الحرة مقارنة بفيتامين C، مع قيم IC50 تبلغ 0.9625 ملغ/مل لـ DPPH•، و9.1909 ملغ/مل لـ OH•، و235.69 ملغ/مل لـ ABTS•. تم تسجيل أقصى قدرة على تقليل Fe³⁺ عند امتصاص قدره 0.38899 عند تركيز 1.6 ملغ/مل. تسلط هذه النتائج الضوء على إمكانيات بوليسكاريدات T. molitor كمكونات وظيفية في الغذاء، ومنتجات الصحة، والأدوية، مما يوفر رؤى قيمة لاستغلال موارد T. molitor.
طرق
في هذه الدراسة، تم تفصيل المواد والطرق المستخدمة لاستخراج البوليسكاريدات من *Tenebrio molitor* (T. molitor). تم الحصول على عينات الحشرات من شركة Aijia Pet Aquarium Supplies Co., Ltd.، بينما تم الحصول على مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية، بما في ذلك 2,2′-Azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) و1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl، من موردين موثوقين في الصين. كانت جميع المواد الكيميائية المستخدمة من الدرجة التحليلية، مما يضمن موثوقية النتائج التجريبية.
لعملية الاستخراج، تم استخدام منهجية سطح الاستجابة، باستخدام تصميم Box-Behnken (BBD) لتقييم تأثيرات ثلاثة متغيرات مستقلة: درجة حرارة الاستخراج (A)، ووقت الاستخراج (B)، وقوة الموجات فوق الصوتية (C). تم اختيار هذه العوامل بناءً على تجارب عامل واحد أولية، مع عائد بوليسكاريدات T. molitor كمتغير استجابة. تم إجراء تحسين لهذه المعلمات الاستخراجية بشكل منهجي، كما هو موضح في الجدول المرافق 1.
نتائج
في تحليل نتائج تجربة سطح الاستجابة، تحدد الدراسة العلاقات الرئيسية بين المتغيرات المستقلة ومتغير الاستجابة. تشير النتائج إلى أن الظروف المثلى لمتغير الاستجابة تتحقق عند مستويات محددة من المتغيرات المستقلة، والتي تم تحديدها من خلال استكشاف منهجي لسطح الاستجابة.
تم تقييم الأهمية الإحصائية باستخدام ANOVA، مما كشف أن بعض العوامل كان لها تأثير كبير على الاستجابة، بينما وُجد أن عوامل أخرى كانت أقل تأثيرًا. تشير النتائج إلى أن النموذج المطور يتنبأ بدقة بالاستجابة تحت ظروف متغيرة، مما يثبت صحة التصميم التجريبي والمنهجية المستخدمة في الدراسة. بشكل عام، تسهم هذه النتائج في فهم أعمق للآليات الأساسية التي تحكم النظام قيد التحقيق.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في الظروف المثلى للاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية للبوليسكاريدات من *Tenebrio molitor* منزوع الدهن، جنبًا إلى جنب مع أنشطتها المضادة للأكسدة والتوصيف الهيكلي الأولي. تم تحديد معلمات الاستخراج المثلى من خلال تجارب عامل واحد وتحليل سطح الاستجابة، مما أسفر عن أقصى عائد للبوليسكاريد قدره 9.513% عند درجة حرارة استخراج 73 °م، ووقت استخراج 150 دقيقة، وقوة الموجات فوق الصوتية 270 واط، ونسبة سائل إلى مادة غذائية 15:1 مل/غ. تسلط الدراسة الضوء على التأثير الكبير لدرجة حرارة الاستخراج وقوة الموجات فوق الصوتية على عائد البوليسكاريد، مع تأكيد النتائج من خلال أبحاث سابقة تشير إلى تحسين كفاءة الاستخراج من خلال الطرق بالموجات فوق الصوتية.
تم تقييم الأنشطة المضادة للأكسدة للبوليسكاريدات المستخلصة باستخدام اختبارات متنوعة، بما في ذلك DPPH، والتخلص من الجذور الحرة الهيدروكسيلية، والتخلص من الجذور الحرة ABTS، وقدرة تقليل أيونات الحديد. أظهرت النتائج قدرات ملحوظة في التخلص، خاصة بالنسبة لجذور DPPH والهيدروكسيل، مع قيم IC50 تبلغ 0.9625 ملغ/مل و9.1909 ملغ/مل، على التوالي. تشير هذه النتائج إلى أن البوليسكاريدات تمتلك خصائص مضادة للأكسدة كبيرة، مما يجعلها مرشحًا واعدًا للاستخدام في المنتجات الغذائية والصحية. ومع ذلك، تعترف الدراسة بالقيود، مثل الاعتماد على التقييمات في المختبر والحاجة إلى مزيد من التنقية والتحليل الهيكلي لفهم العلاقة بين هيكل البوليسكاريد وأنشطته الوظيفية بشكل أفضل.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-79482-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39557986
Publication Date: 2024-11-18
Author(s): Shengru Yang et al.
Primary Topic: Phytochemistry and Bioactivity Studies
Overview
The research investigates the extraction and antioxidant properties of polysaccharides derived from defatted Tenebrio molitor, a nutrient-rich insect. Utilizing an ultrasound-assisted extraction method, the study systematically evaluated the effects of extraction temperature, time, ultrasound power, and liquid-to-feed ratio on the yield of polysaccharides. Through single-factor experiments and response surface methodology, optimal extraction conditions were identified: an extraction temperature of 75 °C, a duration of 150 minutes, ultrasound power of 270 W, and a liquid-to-feed ratio of 15:1 mL/g, achieving a polysaccharide yield of 9.513%.
Following extraction, the polysaccharides underwent purification and structural analysis via infrared spectroscopy, revealing the presence of pyranose sugars and key functional groups such as C-O, C=O, and O-H. Antioxidant activity was assessed through various assays, demonstrating that the polysaccharides exhibited superior radical scavenging abilities compared to Vitamin C, with IC50 values of 0.9625 mg/mL for DPPH•, 9.1909 mg/mL for OH•, and 235.69 mg/mL for ABTS•. The maximum Fe³⁺ reducing power was recorded at an absorbance of 0.38899 at a concentration of 1.6 mg/mL. These findings highlight the potential of T. molitor polysaccharides as functional ingredients in food, health products, and pharmaceuticals, offering valuable insights for the utilization of T. molitor resources.
Methods
In this study, the materials and methods utilized for the extraction of polysaccharides from *Tenebrio molitor* (T. molitor) are detailed. The insect specimens were sourced from Aijia Pet Aquarium Supplies Co., Ltd., while various chemical reagents, including 2,2′-Azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) and 1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl, were procured from reputable suppliers in China. All reagents used were of analytical grade, ensuring the reliability of the experimental results.
For the extraction process, a response surface methodology was employed, specifically utilizing a Box-Behnken Design (BBD) to assess the effects of three independent variables: extraction temperature (A), extraction time (B), and ultrasonic power (C). These factors were selected based on preliminary single-factor experiments, with the yield of T. molitor polysaccharides serving as the response variable. The optimization of these extraction parameters was systematically conducted, as outlined in the accompanying Table 1.
Results
In the analysis of the response surface experiment results, the study identifies key relationships between the independent variables and the response variable. The findings indicate that the optimal conditions for the response variable are achieved at specific levels of the independent variables, which were determined through a systematic exploration of the response surface.
Statistical significance was assessed using ANOVA, revealing that certain factors had a substantial impact on the response, while others were found to be less influential. The results suggest that the developed model accurately predicts the response under varying conditions, thereby validating the experimental design and methodology employed in the study. Overall, these findings contribute to a deeper understanding of the underlying mechanisms governing the system under investigation.
Discussion
In this study, the optimal conditions for the ultrasonic-assisted extraction of polysaccharides from defatted *Tenebrio molitor* were investigated, along with their antioxidant activities and preliminary structural characterization. The optimal extraction parameters were determined through single-factor experiments and response surface analysis, yielding a maximum polysaccharide yield of 9.513% at an extraction temperature of 73 °C, an extraction time of 150 minutes, an ultrasonic power of 270 W, and a liquid-to-feed ratio of 15:1 mL/g. The study highlights the significant influence of extraction temperature and ultrasonic power on polysaccharide yield, with findings corroborated by previous research indicating enhanced extraction efficiency through ultrasonic methods.
The antioxidant activities of the extracted polysaccharides were evaluated using various assays, including DPPH, hydroxyl radical scavenging, ABTS radical scavenging, and ferric ion reducing power. The results demonstrated notable scavenging abilities, particularly for DPPH and hydroxyl radicals, with IC50 values of 0.9625 mg/mL and 9.1909 mg/mL, respectively. These findings suggest that the polysaccharides possess significant antioxidant properties, making them a promising candidate for applications in food and health products. However, the study acknowledges limitations, such as the reliance on in vitro assessments and the need for further purification and structural analysis to better understand the relationship between the polysaccharide structure and its functional activities.