DOI: https://doi.org/10.3390/foods13091350
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38731721
تاريخ النشر: 2024-04-27
المؤلف: Shweta Gautam وآخرون
الموضوع الرئيسي: المركبات النشطة بيولوجياً وعوامل مضادة للورم
نظرة عامة
تتناول المراجعة الشيكوين، وهو صبغة نافتوكينونية مشتقة من جذور نباتات عائلة البوراجيناسيا، مع تسليط الضوء على خصائصه الطبية ومضادات الأكسدة والمضادة للميكروبات. على الرغم من الأبحاث الواسعة حول الشيكوين، لا يزال هناك فجوة كبيرة في تطبيقه داخل صناعة الغذاء وتطوير تقنيات الاستخراج. تفصل المراجعة المنهجيات التقليدية والجديدة للاستخراج المستخدمة على مدار الخمسة عشر عامًا الماضية، مع التركيز على تقنيات مثل الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE) وتعديلاته مع السوائل الأيونية، التي تقدم مزايا من حيث تقليل وقت الاستخراج ودرجة الحرارة واستخدام المذيبات مقارنة بالطرق التقليدية مثل استخراج سوكسليت.
بالإضافة إلى ذلك، تستكشف المراجعة إمكانية تعزيز إنتاج الشيكوين من خلال تقنيات زراعة الخلايا في المختبر، بما في ذلك استخدام المحفزات الفطرية وبيئات النمو المتقدمة. وتؤكد على ملاءمة الشيكوين للتطبيقات الغذائية بسبب سميته المنخفضة ونشاطه القوي كمضاد للأكسدة. ومع ذلك، تحدد الحاجة الملحة لمزيد من الأبحاث حول تقنيات الاستخراج الخضراء وإدماج الشيكوين في تركيبات الغذاء، بهدف سد الفجوة الموجودة في الأدبيات وتوسيع تطبيقاته العملية للمستهلكين.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على أهمية الشيكوين ومشتقاته، وهي أصباغ نافتوكينونية من عائلة البوراجيناسيا، المعروفة بخصائصها المضادة للبكتيريا ومضادات الأكسدة القوية. لقد جذبت هذه المركبات الانتباه لإمكاناتها في علاج حالات صحية متنوعة، بما في ذلك السرطان وشفاء الجروح. تؤكد الورقة على التنوع داخل عائلة البوراجيناسيا، مشيرة إلى عدة أجناس مثل إكيوم، ألكانا، وأرنيبيا التي تم دراستها لمحتواها من الشيكوين، مما يسهم في فهم أعمق لأدوارها البيئية والدوائية.
بالإضافة إلى ذلك، تتناول المقدمة الطبيعة المزدوجة لبعض أنواع البوراجيناسيا، حيث يتم التعرف على بعض النباتات لفوائدها العلاجية، بينما تشكل أخرى، مثل نبات البوراج وCynoglossum، مخاطر سامة بسبب وجود القلويدات البيروليزيدينية المسرطنة. تهدف المراجعة إلى استكشاف الخصائص الطبية لهذه النباتات، مع التركيز بشكل خاص على دور الشيكوين في إدارة الحمى وتطبيقاته في حفظ الطعام وتقنيات التعبئة الذكية. تهدف الورقة إلى تقديم رؤى محدثة حول منهجيات الاستخراج والاتجاهات المحيطة بالشيكوين، مما يضع أساسًا للتقدم المستقبلي في تكنولوجيا الغذاء وعلم الأدوية.
الطرق
تناقش هذه القسم طرق الاستخراج المختلفة للشيكوين ومشتقاته، والتي تصنف كنافتوكينونات. على مدار العقدين الماضيين، تم توثيق العديد من المنهجيات، مع التركيز على تحسين ظروف الاستخراج لمنع التحلل بسبب الأكسدة، والحرارة، والتحلل الضوئي. تشير النتائج الرئيسية إلى أن الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE) هو الطريقة الأكثر كفاءة، خاصة عندما يتم إجراؤه عند درجات حرارة أقل من 60 درجة مئوية، مع الإبلاغ عن ظروف الاستخراج المثلى عند 35 درجة مئوية في الميثانول و85% إيثانول. بالمقابل، ينتج استخراج CO₂ فوق الحرج نتائج أعلى عند درجات حرارة مرتفعة، تحديدًا 80 درجة مئوية، بسبب تحسين الانتشار.
لقد أظهرت الأساليب المبتكرة، مثل دمج السوائل الأيونية (ILs) في UAE، وعدًا في تعزيز كفاءة الاستخراج مع تقليل استهلاك المذيبات والوقت. حققت طريقة UAE المعدلة مع ILs الاستخراج في 5 دقائق فقط، مقارنة بـ 30 دقيقة لـ UAE التقليدي و300 دقيقة لاستخراج سوكسليت، دون اختلافات كبيرة في العائد. بالإضافة إلى ذلك، تم استكشاف إدخال المواد السطحية أثناء الاستخراج، مما يظهر تحسين العوائد من خلال الاستفادة من تأثيرات التركيز الميكلي الحرجة (CMC). تم استخدام تقنيات الطباعة الجزيئية أيضًا لعزل الشيكوين بشكل انتقائي، محققة معدلات استرداد تصل إلى 72% من الخلطات المعقدة. بشكل عام، تبرز الأبحاث أهمية تحسين طرق الاستخراج لتعزيز العائد والكفاءة مع تقليل مخاطر التحلل.
المناقشة
تسلط المناقشة الضوء على الإمكانيات الطبية لكل من المكونات الهوائية والجذرية لعائلة البوراجيناسيا، مع التركيز بشكل خاص على الخصائص العلاجية للشيكوين، وهو صبغة نافتوكينونية توجد بشكل رئيسي في الجذور. بينما تم توثيق الاستخدامات التقليدية للأجزاء الهوائية، مثل الأوراق والزهور، عبر ثقافات مختلفة لعلاج الأمراض التي تتراوح من آلام الروماتيزم إلى مشاكل التنفس، فقد حظي الجذر باهتمام علمي واسع بسبب خصائصه المضادة للسرطان. لقد أظهر الشيكوين فعالية ضد أنواع متعددة من السرطان من خلال تثبيط المسارات الجليكولية وتحفيز موت الخلايا المبرمج من خلال آليات خلوية متنوعة. علاوة على ذلك، تشير الدراسات إلى أن الشيكوين يظهر سمية منخفضة، مع ملاحظات حول اختلافات في السمية بناءً على طريقة الإعطاء.
بالإضافة إلى ذلك، تؤكد الأبحاث على التطبيقات المحتملة للشيكوين في صناعة الغذاء بسبب خصائصه المضادة للبكتيريا ومضادات الأكسدة. لقد أظهرت التحقيقات فعاليته ضد مسببات الأمراض المنقولة بالغذاء، مما يشير إلى جدواه كمادة حافظة طبيعية. كما تؤكد المراجعة على الحاجة إلى طرق استخراج مبتكرة، مثل الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE) وتقنيات الإنتاج في الموقع، لتعزيز عائد الشيكوين مع تقليل الأثر البيئي. على الرغم من النتائج الواعدة، لا تزال هناك فجوة كبيرة في الأدبيات بشأن تقنيات الاستخراج المستدامة والتطبيق الأوسع للشيكوين في تركيبات الغذاء، مما يشير إلى الحاجة لمزيد من الأبحاث في هذه المجالات.
DOI: https://doi.org/10.3390/foods13091350
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38731721
Publication Date: 2024-04-27
Author(s): Shweta Gautam et al.
Primary Topic: Bioactive Compounds and Antitumor Agents
Overview
The review discusses shikonin, a naphthoquinone pigment derived from the roots of Boraginaceae plants, highlighting its medicinal, antioxidant, and antimicrobial properties. Despite extensive research on shikonin, there remains a significant gap in its application within the food industry and the development of extraction technologies. The review details the traditional and novel extraction methodologies employed over the past fifteen years, emphasizing techniques such as ultrasound-assisted extraction (UAE) and its modifications with ionic liquids, which offer advantages in terms of reduced extraction time, temperature, and solvent use compared to conventional methods like Soxhlet extraction.
Additionally, the review explores the potential of enhancing shikonin production through in vitro cell culture techniques, including the use of fungal elicitors and advanced growth environments. It underscores the suitability of shikonin for food applications due to its low toxicity and strong antioxidant activity. However, it identifies a critical need for further research on green extraction technologies and the incorporation of shikonin into food formulations, aiming to bridge the existing literature gap and expand its practical applications for consumers.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significance of shikonin and its derivatives, which are naphthoquinone pigments from the Boraginaceae family, known for their potent antibacterial and antioxidant properties. These compounds have garnered attention for their potential in treating various health conditions, including cancer and wound healing. The paper emphasizes the diversity within the Boraginaceae family, noting several genera such as Echium, Alkanna, and Arnebia that have been studied for their shikonin content, contributing to a deeper understanding of their ecological and pharmacological roles.
Additionally, the introduction addresses the dual nature of some Boraginaceae species, where certain plants are recognized for their therapeutic benefits, while others, such as the borage plant and Cynoglossum, pose toxicity risks due to the presence of carcinogenic pyrrolizidine alkaloids. The review aims to explore the medicinal properties of these plants, particularly focusing on shikonin’s role in managing fevers and its applications in food preservation and intelligent packaging technologies. The paper intends to provide updated insights into extraction methodologies and the trends surrounding shikonin, setting a foundation for future advancements in food technology and pharmacology.
Methods
The section discusses various extraction methods for shikonin and its derivatives, which are classified as naphthoquinones. Over the past two decades, numerous methodologies have been documented, with a focus on optimizing extraction conditions to prevent degradation due to oxidative, thermal, and photodegradation. Key findings indicate that ultrasound-assisted extraction (UAE) is the most efficient method, particularly when conducted at temperatures below 60°C, with optimal extraction conditions reported at 35°C in methanol and 85% ethanol. In contrast, supercritical CO₂ extraction yields higher results at elevated temperatures, specifically 80°C, due to improved diffusivity.
Innovative approaches, such as the incorporation of ionic liquids (ILs) in UAE, have shown promise in enhancing extraction efficiency while reducing solvent consumption and time. A modified UAE method with ILs achieved extraction in just 5 minutes, compared to 30 minutes for conventional UAE and 300 minutes for Soxhlet extraction, without significant differences in yield. Additionally, the introduction of surfactants during extraction has been explored, demonstrating improved yields by leveraging critical micellar concentration (CMC) effects. Molecular imprinting techniques have also been utilized to selectively isolate shikonin, achieving recovery rates of up to 72% from complex mixtures. Overall, the research highlights the importance of optimizing extraction methods to enhance yield and efficiency while mitigating degradation risks.
Discussion
The discussion highlights the medicinal potential of both aerial and root components of the Boraginaceae family, particularly focusing on the therapeutic properties of shikonin, a naphthoquinone pigment predominantly found in the roots. While traditional uses of aerial parts, such as leaves and flowers, have been documented across various cultures for ailments ranging from rheumatic pain to respiratory issues, the root has garnered extensive scientific attention for its anticancer properties. Shikonin has demonstrated efficacy against multiple cancer types by inhibiting glycolytic pathways and inducing apoptosis through various cellular mechanisms. Furthermore, studies indicate that shikonin exhibits minimal toxicity, with variations in toxicity observed based on the mode of administration.
Additionally, the research underscores the potential applications of shikonin in the food industry due to its antibacterial and antioxidant properties. Investigations have shown its effectiveness against foodborne pathogens, suggesting its viability as a natural preservative. The review also emphasizes the need for innovative extraction methods, such as ultrasound-assisted extraction (UAE) and in situ production techniques, to enhance shikonin yield while minimizing environmental impact. Despite the promising findings, there remains a significant gap in literature regarding sustainable extraction technologies and the broader application of shikonin in food formulations, indicating a need for further research in these areas.