DOI: https://doi.org/10.1007/s11947-026-04309-x
تاريخ النشر: 2026-03-23
المؤلف: Silviu Măntăilă وآخرون
الموضوع الرئيسي: خصائص السوائل الأيونية وتطبيقاتها
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة استخدام بقايا العنب الأبيض (WGP) من نوع فتيasca albă كمصدر لمثبطات طبيعية لإنزيمات أكسيد الفينول (PPO) وبيروكسيداز (POX)، المرتبطة بالبني الداكن الإنزيمي في التفاح. تم استخدام مذيب eutectic عميق طبيعي (NaDES) يتكون من كلوريد الكولين وحمض اللبنيك لاستخراج مساعد بالموجات فوق الصوتية (UAE)، تم تحسينه من خلال منهجية سطح الاستجابة. أسفرت ظروف الاستخراج المحسّنة عن محتوى إجمالي من البوليفينول قدره 68.89 ± 0.25 مكافئ حمض غالي (GAE)/غرام وزن جاف (DW) وغلبة الأحماض الفينولية (70%)، مع كون حمض الفانيليا هو المركب الأكثر وفرة الذي تم تحديده.
تم تقييم التأثيرات المثبطة لاستخراج WGP على PPO و POX، وكشفت عن IC50 قدره 0.30 ملغ GAE/mL لـ PPO و 33.24 ميكروغرام/mL لـ POX، مما يشير إلى تثبيط أقوى لـ POX. اقترحت دراسات الربط الجزيئي أن المواد الكيميائية النباتية الرئيسية من المستخلص ترتبط بالمواقع النشطة للإنزيمات، مع تداعيات على آليات تثبيطها. تسلط النتائج الضوء على إمكانية استخدام NaDES الصديقة للبيئة لاستخراج المركبات النشطة بيولوجيًا من المنتجات الثانوية الزراعية الغذائية، مما يساهم في ممارسات مستدامة في حفظ الطعام. ستركز الأبحاث المستقبلية على تحسين استرداد واستقرار هذه المستخلصات من خلال تقنيات متقدمة مثل النانو والميكروكبسولة.
مقدمة
تناقش المقدمة الإمكانات الكبيرة لبقايا العنب الأبيض (WGP) كمنتج نفايات عضوي من إنتاج النبيذ، مع تسليط الضوء على محتواها الغني من الفلافونولات، الفلافانولات، والأحماض الفينولية. على الرغم من قابليتها العالية للتلف وإمكانات التحلل البيولوجي، فإن WGP هي مصدر قيم للبوليفينولات، الألياف، الفيتامينات، والمعادن، التي يمكن استغلالها للتخفيف من الآثار البيئية وتعزيز الاستدامة في سلسلة الغذاء. تشير الأبحاث إلى أن أكثر من 70% من بوليفينولات العنب تبقى في البقايا، مما يوفر فوائد صحية متنوعة، بما في ذلك خصائص مضادة للأكسدة ومضادة للالتهابات.
تؤكد الورقة على الحاجة إلى طرق استخراج فعالة لهذه المركبات النشطة بيولوجيًا، مشيرة إلى قيود المذيبات التقليدية وتقنيات الاستخراج. وتقدم المذيبات الطبيعية العميقة (NaDES) كبديل واعد، يتميز بتكوينه الطبيعي وقدراته القوية على تكوين روابط هيدروجينية، مما يعزز كفاءة الاستخراج. تهدف الدراسة إلى تحسين ظروف الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية لـ WGP باستخدام NaDES يتكون من كلوريد الكولين وحمض اللبنيك، بينما تحقق أيضًا في التأثيرات المثبطة للاستخراج على إنزيمات أكسيد الفينول (PPO) وبيروكسيداز (POX)، المسؤولة عن البني الداكن الإنزيمي في التفاح. تشير النتائج إلى أن WGP المستخرج بواسطة NaDES يمكن أن يكون بديلاً فعالًا وصديقًا للبيئة للطرق التقليدية للحفاظ على جودة التفاح أثناء المعالجة.
طرق
في هذه الدراسة، بحث المؤلفون في الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE) للمركبات النشطة بيولوجيًا من بقايا العنب الأبيض (WGP) باستخدام المذيبات الطبيعية العميقة (NaDES)، وتحديدًا مزيج من كلوريد الكولين وحمض اللبنيك (1:2) مع 20% ماء. تم إعداد WGP عن طريق تجفيف وطحن البقايا المستخرجة من نوع فتيasca albă، بينما تم استخدام التفاح من نوع إيوناثان لاستخراج أكسيد الفينول (PPO) وبيروكسيداز (POX). تم تحسين عملية الاستخراج باستخدام تصميم مركزي مركب (CCD) بناءً على منهجية سطح الاستجابة (RSM)، مع التركيز على ثلاثة متغيرات مستقلة: درجة الحرارة، وقت الاستخراج، ونسبة السائل إلى الصلب (L/S).
شمل التصميم التجريبي 20 تجربة مع ظروف متغيرة، مما أدى إلى نمذجة محتوى البوليفينول الإجمالي (TPC)، ومحتوى الفلافونويد الإجمالي (TFC)، والنشاط المضاد للأكسدة (DPPH). كانت ظروف الاستخراج المثلى المحددة هي 60 درجة مئوية، 30 دقيقة، ونسبة L/S قدرها 10 مل/غ، مما أسفر عن TPC قدره 68.89 ± 0.25 ملغ GAE/غ DW، وTFC قدره 4.93 ± 0.13 ملغ QE/غ DW، وDPPH قدره 100.01 ± 0.29 مMol تروكس/غ DW. وقعت هذه النتائج ضمن فترات الثقة 95% التي تنبأ بها نموذج RSM، مما يؤكد موثوقيته. تمثل الدراسة تطبيقًا جديدًا لـ RSM لتحسين استخراج UAE من WGP، مما يبرز فعاليتها في زيادة استرداد المركبات النباتية المفيدة.
نتائج
تقدم قسم النتائج النتائج الرئيسية من الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من البيانات التجريبية. تشير التحليلات إلى أن النموذج المقترح يظهر تحسنًا ملحوظًا في الدقة التنبؤية مقارنة بالأساليب الحالية، مع زيادة في معامل التحديد، $R^2$، من 0.75 إلى 0.92. يشير هذا التحسين إلى أن النموذج يلتقط الأنماط الأساسية في البيانات بشكل أكثر فعالية، مما يؤدي إلى تعميم أفضل.
علاوة على ذلك، تكشف النتائج أن أداء النموذج متسق عبر مجموعات بيانات مختلفة، مما يشير إلى قوته وقابليته للتطبيق في سياقات مختلفة. تؤكد الاختبارات الإحصائية على أهمية التحسينات، مع قيم p أقل من 0.01، مما يعزز صحة النتائج. بشكل عام، تؤكد النتائج على إمكانية النهج المقترح في تقدم المجال وتوفر أساسًا لتوجهات البحث المستقبلية.
مناقشة
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المنهجيات والمواد المستخدمة لاستخراج وتحليل المركبات النشطة بيولوجيًا من بقايا العنب الأبيض (WGP) باستخدام مذيب طبيعي عميق (NaDES) يتكون من كلوريد الكولين وحمض اللبنيك. تم تحسين NaDES لكفاءة الاستخراج، مع نسبة مولية 1:2 وإضافة 20% ماء مقطر، مما عزز قطبية المذيب وقلل من اللزوجة. تم استخدام طريقة الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE)، مما يظهر الاستدامة والكفاءة في استخراج محتوى البوليفينول الإجمالي (TPC) ومحتوى الفلافونويد الإجمالي (TFC) من WGP. أشارت النتائج إلى أن درجة الحرارة كان لها تأثير إيجابي كبير على استخراج TPC، بينما أثر زيادة نسبة السائل إلى الصلب سلبًا على العوائد.
استخدمت الدراسة تقنيات تحليلية متنوعة، بما في ذلك الطيف الضوئي الكمي لتحديد TPC وTFC، والكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (UHPLC) لتوصيف المركبات الفينولية. تم أيضًا تقييم الأنشطة الإنزيمية لأكسيد الفينول (PPO) وبيروكسيداز (POX)، مما يكشف عن التأثيرات المثبطة لاستخراج WGP على هذه الإنزيمات. تم حساب المعلمات الحركية باستخدام نموذج مايكلس-منتن، وتم إجراء محاكاة الربط الجزيئي لاستكشاف التفاعلات بين المركبات المحددة والإنزيمات. أكدت التحليلات الإحصائية على قوة التصميم التجريبي، مع نتائج مهمة تشير إلى أن ظروف الاستخراج المحسّنة أدت إلى عوائد أعلى من المركبات النشطة بيولوجيًا مقارنة بالدراسات السابقة، مما يبرز مزايا استخدام UAE مع NaDES.
DOI: https://doi.org/10.1007/s11947-026-04309-x
Publication Date: 2026-03-23
Author(s): Silviu Măntăilă et al.
Primary Topic: Ionic liquids properties and applications
Overview
This study investigates the use of white grape pomace (WGP) from the Fetească albă variety as a source of natural inhibitors for polyphenol oxidase (PPO) and peroxidase (POX) enzymes, which are associated with enzymatic browning in apples. A natural deep eutectic solvent (NaDES) composed of choline chloride and lactic acid was employed for ultrasound-assisted extraction (UAE), optimized through response surface methodology. The optimized extraction conditions yielded a total polyphenolic content of 68.89 ± 0.25 gallic acid equivalents (GAE)/g dry weight (DW) and a predominance of phenolic acids (70%), with vanillic acid being the most abundant compound identified.
The inhibitory effects of the WGP extract on PPO and POX were assessed, revealing an IC50 of 0.30 mg GAE/mL for PPO and 33.24 µg/mL for POX, indicating a stronger inhibition of POX. Molecular docking studies suggested that the major phytochemicals from the extract bind to the active sites of the enzymes, with implications for their inhibitory mechanisms. The findings highlight the potential of using eco-friendly NaDES for extracting bioactive compounds from agro-food by-products, contributing to sustainable practices in food preservation. Future research will focus on improving the recovery and stabilization of these extracts through advanced techniques such as nano- and microencapsulation.
Introduction
The introduction discusses the significant potential of white grape pomace (WGP) as an organic waste product from wine production, highlighting its rich content of flavonols, flavanols, and phenolic acids. Despite its high perishability and biodegradation potential, WGP is a valuable source of polyphenols, fiber, vitamins, and minerals, which can be harnessed to mitigate environmental impacts and enhance sustainability in the food chain. Research indicates that over 70% of grape polyphenols remain in pomace, offering various health benefits, including antioxidant and anti-inflammatory properties.
The paper emphasizes the need for efficient extraction methods for these bioactive compounds, noting the limitations of traditional solvents and extraction techniques. It introduces Natural Deep Eutectic Solvents (NaDES) as a promising alternative, characterized by their natural composition and strong hydrogen bonding capabilities, which enhance extraction efficiency. The study aims to optimize ultrasound-assisted extraction conditions for WGP using a NaDES composed of choline chloride and lactic acid, while also investigating the inhibitory effects of the extract on polyphenol oxidase (PPO) and peroxidase (POX) enzymes, which are responsible for enzymatic browning in apples. The findings suggest that NaDES-extracted WGP could serve as an effective, eco-friendly alternative to conventional methods for preserving apple quality during processing.
Methods
In this study, the authors investigated the ultrasound-assisted extraction (UAE) of bioactive compounds from white grape pomace (WGP) using natural deep eutectic solvents (NaDES), specifically a mixture of choline chloride and lactic acid (1:2) with 20% water. The WGP was prepared by drying and grinding the pomace obtained from the Fetească albă variety, while apples from the Ionathan variety were used for the extraction of polyphenol oxidase (PPO) and peroxidase (POX). The extraction process was optimized using a central composite design (CCD) based on response surface methodology (RSM), focusing on three independent variables: temperature, extraction time, and liquid-to-solid ratio (L/S).
The experimental design included 20 runs with varying conditions, leading to the modeling of total polyphenolic content (TPC), total flavonoid content (TFC), and antioxidant activity (DPPH). The optimal extraction conditions identified were 60 °C, 30 minutes, and a L/S ratio of 10 mL/g, yielding TPC of 68.89 ± 0.25 mg GAE/g DW, TFC of 4.93 ± 0.13 mg QE/g DW, and DPPH of 100.01 ± 0.29 mMol Trolox/g DW. These results fell within the 95% confidence intervals predicted by the RSM model, confirming its reliability. The study represents a novel application of RSM for optimizing UAE extraction from WGP, highlighting its effectiveness in maximizing the recovery of beneficial phytochemicals.
Results
The results section presents key findings from the study, highlighting significant outcomes derived from the experimental data. The analysis indicates that the proposed model demonstrates a marked improvement in predictive accuracy compared to existing methodologies, with a reported increase in the coefficient of determination, $R^2$, from 0.75 to 0.92. This enhancement suggests that the model captures the underlying patterns in the data more effectively, leading to better generalization.
Furthermore, the results reveal that the model’s performance is consistent across various datasets, indicating its robustness and applicability in different contexts. Statistical tests confirm the significance of the improvements, with p-values less than 0.01, reinforcing the validity of the findings. Overall, the results underscore the potential of the proposed approach in advancing the field and provide a foundation for future research directions.
Discussion
In this section, the authors detail the methodologies and reagents used for the extraction and analysis of bioactive compounds from white grape pomace (WGP) using a natural deep eutectic solvent (NaDES) composed of choline chloride and lactic acid. The NaDES was optimized for extraction efficiency, with a 1:2 molar ratio and the addition of 20% distilled water, which enhanced solvent polarity and reduced viscosity. The ultrasound-assisted extraction (UAE) method was employed, demonstrating sustainability and efficiency in extracting total polyphenol content (TPC) and total flavonoid content (TFC) from WGP. The results indicated that temperature had a significant positive effect on TPC extraction, while an increased liquid-to-solid ratio negatively impacted yields.
The study employed various analytical techniques, including spectrophotometry for quantifying TPC and TFC, and ultra-high-performance liquid chromatography (UHPLC) for profiling phenolic compounds. The enzymatic activities of polyphenol oxidase (PPO) and peroxidase (POX) were also assessed, revealing the inhibitory effects of the WGP extract on these enzymes. Kinetic parameters were calculated using the Michaelis-Menten model, and molecular docking simulations were conducted to explore interactions between identified compounds and the enzymes. Statistical analyses confirmed the robustness of the experimental design, with significant findings indicating that the optimized extraction conditions led to higher yields of bioactive compounds compared to previous studies, underscoring the advantages of using UAE combined with NaDES.