หัวข้อวิจัย สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ เสถียรภาพเเละประยชน์ในการเป็นเครื่องดื่มสุขภาพ
ของสารเเต่งสีจากธรรมชาติจากดอกดาหลา Etlingera elatior
คณะนักวิจัย ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.วัชรี สีห์ชำนาญธุรกิจ
ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.จุฑา ทาคาฮาชิ ยูปันคิ
นางสาวกรวรรณ ซากรี
หน่วยงานที่รับผิดชอบ บัณฑิตวิทยาลัยสหวิทยาการผลิตภัณฑ์เสริมอาหารและอาหารสุขภาพ
ปีที่ได้รับงบประมาณ 2558
สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ เสถียรภาพเเละประยชน์ในการเป็นเครื่องดื่มสุขภาพ
ของสารเเต่งสีจากธรรมชาติจากดอกดาหลา Etlingera elatior
คณะนักวิจัย ผศ.ดร.วัชรี สีห์ชำนาญธุรกิจ1
ผศ.ดร.จุฑา ทาคาฮาชิ ยูปันคิ2
นางสาวกรวรรณ ซากรี1
บทคัดย่อ
จากสารสกัดดอกดาหลาทั้งสีแดงและชมพู เมื่อวิเคราะห์ค่า Total phenolic acid, flavonoid และ anthocyanin contents พบว่าระบบตัวทำละลาย 70%EtOH เป็นระบบตัวทำละลายที่มีประสิทธิภาพในการสกัดสารประกอบ anthocyanin ได้มากที่สุดคือ 262.79 ± 98.43 mg L-1 g-1 dry extract และเมื่อผ่านคอลัมภ์ ion exchange column chromatography ด้วยเรซิน Amberlite XAD 7 เพื่อแยกสารประกอบ เกลือ, carbohydrate, protein และ organic acid อื่นๆ จะได้สารประกอบผสมระหว่าง phenolic acids, flavonoids และ anthocyanins (crude anthocyanin-containing extract) ซึ่งยืนยันผลด้วยการวิเคราะห์ ด้วย UV-vis Spectrophotometer พบแบรนด์ของสารประกอบ Phenolic acids ในช่วงความยาวคลื่น280-320 nm, flavonoids ในช่วงความยาวคลื่น 320-400 nm และ anthocyanins ในช่วงความยาวคลื่น400-550 กm. จากการศึกษาความคงตัวของการเก็บรักษาในตัวกลางที่มี pH ต่างๆกันคือ 2.59, 3.47, 4.54, 5.02, 6.0 และ 7.73 ซึ่งแต่ละ PH ให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 35, 45, 50, 60, 75, 85°C ผลการทดลอง พบว่า crude anthocyanin-containing extract มีความคงตัวในการเก็บรักษาในตัวกลาง pH 2 และ 3.47 และในตัวกลางบัฟเฟอร์ pH 3.47 สารสกัด anthocyanin มีปริมาณ anthocyanin สูงสุดที่อุณหภูมิห้อง (11.13 ± 1.59 mg C3G L-1 g-1 dry extract และระยะเวลาครึ่งชีวิต (Half life day) ที่อุณหภูมิ 35, 80 และ 121°C เท่ากับ 46.2, 19.8 และ 0.85 นาที ตามลำดับ และพลังงานกระตุ้น Activation energy เท่ากับ 0.507×103, 0.581×103 และ 0.647×103 KJ/mol ตามลำดับ ดังนั้นจึงสรุปได้ว่า เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ทำให้ปริมาณ anthocyanin ลดลง อายุครึ่งชีวิตก็จะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และปริมาณ anthocyanin จะแปรผกผันกับพลังงานกระตุ้น ที่อุณหภูมิ 121 °C สารประกอบ anthocyanin พร้อมจะแตกให้สารประกอบโมลกุลเล็กๆ หรือ polymerization product การเสื่อมสลายของสารประกอบ anthocyanin เป็นไปตามสมการของจลศาสตร์ first order kinetic จากการเปลี่ยนแปลงสีของสารสกัดหยาบ anthocyanin ในตัวกลางบัฟเฟอร์ pH 3.47 ที่อุณหภูมิ 4 และ 31°C ในขวดใส (clear bottle) และขวดสีชา (amber bottle) ระหว่างการเก็บรักษาเป็นเวลา 42 วัน (6 สัปดาห์) พบว่าที่อุณหภูมิ 4°C การดูดกลืนแสงของสารประกอบ anthocyanin หายไป อาจเป็นเพราะที่อุณหภูมิต่ำ การเคลื่อนที่ของอนุภาคต่างๆ ที่อุณหภูมิต่ำเกิดได้ช้าอุณหภูมิที่ต่ำมีผลต่อโครงสร้าง anthocyanin จึงทำให้ไม่เห็นแบรนด์ของ anthocyanin เมื่อติดตามด้วยตัวตรวจวัด UV เพราะฉะนั้น อุณหภูมิมีผลต่อการเปลี่ยนแปลงสีของสารสกัด anthocyanin มากกว่าแสง และอุณหภูมิห้อง จากสัปดาห์ที่ 1 ถึง 6 ค่า L* มีการเปลี่ยนแปลงจากสว่างจากมากไปน้อย สีมีการเปลี่ยนแปลงจากสีเขียว-เหลืองไปเป็นส้ม-น้ำตาล ค่า chroma value มีแนวโน้มความเข้มของสีเข้มขึ้น และค่า Hue angle ลดลง จากสัปดาห์ที่ 1 ถึง 3 ปริมาณ Total anthocyanin contents มีปริมาณสูงขึ้น อาจเนื่องจากการเกิด co-pigmentation สำหรับค่าการวัดสีในขวดใสและขวดสีชาที่อุณหภูมิห้อง พบว่าในขวดสีชา ค่า L*, chroma value และ Hue angle มีค่าเปลี่ยนแปลงน้อยกว่าขวดใส สัปดาห์ที่ 6 อุณหภูมิ 4°C สารละลายสกัด anthocyanin มีค่าความสว่างมากกว่าที่อุณหภูมิห้อง นั่นแสดงว่าสารสกัดมีสีจางลงกว่าที่อุณหภูมิห้องยิ่งอุณหภูมิต่ำลงสารสกัดยิ่งสลายตัว ค่า a* และ b* ของสารละลายจะมีแนวโน้มไปทางสีเหลือง ค่า Chroma values มีแนวโน้มเข้มขึ้น ส่วน Hue angle มีเฉดสีไปในทางสีเหลือง เมื่อเปรียบเทียบเสถียรภาพของ anthocyanin ระหว่าง 2 อุณหภูมิ (4 °C กับ 31 °C) พบว่าที่สัปดาห์ที่ 3 อุณหภูมิ 4°C เก็บในขวดใส ค่า Total anthocyanin content มากกว่า (3.10±1.09) ที่ 4 °C ที่เก็บในขวดสีชา (2.26±0.76) ค่าโทนของสี (colour tonality, CT) จากสัปดาห์ที่ 1-6 สารละลายมีสีน้ำตาล-เหลือง และมีการเปลี่ยนแปลงที่น้อยลง และค่าดัชนีของแสงช่วง visible (visible index, V) มีแนวโน้มสูงขึ้น แสดงว่าเห็นชัดขึ้น ระยะเวลาการเก็บรักษานาน ทำให้ anthocyanin เกิดการสลายตัว สอดคล้องกับค่า โทนสีจางลง CT จากสัปดาห์ที่ 1-6 มีค่าน้อยลง แต่ค่าดัชนีของการเกิด browning (browning index, B1) คงที่ อาจเนื่องจากในตอนต้นกระบวนการได้ทำการแยกสารประกอบcarbohydrate และ protein ออกด้วยเทคนิ ion exchange column chromatography จากการศึกษาคุณสมบัติ antioxidant activity ด้วย DPPH• scavenging และ antioxidant capacity ABTS•+ assayในช่วงระยะเวลาก็บรักษานาน 42 วัน คุณสมบัติ antioxidant activity มีค่าลดลง กล่าวคือค่า %inhibition ของ DPPH scavenging radical assay มีค่าลดลงหรือเปลี่ยนแปลงน้อยกว่าค่า %inhibition of antioxidant capacity ABTS•+ assay ในทุกสภาวะ จะเห็นได้ว่านอกจากในสารสกัด anthocyanin แล้วสารละลายยังประกอบด้วยสารประกอบ phenolics และ flavonoids ซึ่งสารประกอบทั้ง 2 ต่างก็เป็นสารที่มีศักยภาพสูงในการแสดงคุณสมบัติการต้านอนุมูลอิสระ จากการบ่งชี้ชนิดของสารประกอบ polyphenol ในสารสกัด anthocyanin ของช่อดอกดาหลาสีชมพูด้วยเทคนิค Liquid Chromatography-Mass Spectrometer (LC-ESIQTOF-MS) พบสารประกอบ phenolic acids ที่แตกจากโครงสร้างของสารประกอบ anthocyanin glycosides 9 ชนิดได้แก่ feruloyl-quinic acid (m/z369.12), chlorogenic acid (m/z353.15), coumaroyl quinic acid (m/z337), quinic acid (191.18), syringic acid (m/z197), proto-catechuic acid (m/z 153.02), ellagic acid (m/z301), dihydroxybenzoic acid pentoside (m/z285.06) และ rosmarinic acid (m/z359.08) สารประกอบ flavonoid aglycone 3 ชนิดได้แก่ methylgalangin (m/z285.04), myricetin (m/z316.94), isorhamnetin (m/z318.92) และ flavonoids 1 ชนิดได้แก่ quercetin 3-O-rhamnoside (m/z447.16) สำหรับสารประกอบ anthocyanin glycosidesชนิดได้แก่ petunidin 3-O-glucoside-arabinoside (m/z 611.31), petunidin 3O0-rutinoside (m/z618.21), petunidin 3-O-glucoside (m/z 479), petunidin 3-0-galactoside (m/z 479),peonidin 3-O-arabinoside (m/z433.11), peonidin 3-O-rhamnoside (m/z447.87), peonidin 3-O-rutinoside (m/z610.47), Delphinidin 3-O-rhamnoside (m/z 449.31) และ Delphinidin 3-0-(6″-acetyl)-glucoside (m/z 507.34)
Abstract
Pink and red inflorescence of Etlingera elatior (E. elatior) crude extract were determined total phenolic, flavonoids and anthocyanin contents. The result showed that 70%EtOH solvent gave largest total anthocyanins content of 262.74°C 98.43 mg L-1 g-1 dry extract. After the crude extract was passed through Amberlite XAD7 ion exchange column chromatography to separate salts, carbohydrates, proteins and small organic acids, the eluted crude extract was confirmed by UV-vis Spectrophotometer. The result showed that phenolic acid was at the wavelength 280-320 nm, 320-400 nm (flavonoids) and 400-550 nm (anthocyanins). The experiment of storage stability in various media buffer (pH 2.59, 3.47, 4.54, 5.02, 6.0 and 7.73) under different treated temperature (35, 45, 50, 60, 75, 85°C) was investigated. The result indicated that crude anthocyanin was stable at the media buffer pH 2.59 and 3.47. Then, due to most largest content of total anthocyanin at pH 3.47, it was chosen for further analysis (11.13±1.59 mg C3G L-1 g-1 dry extract). The kinetic degradation of anthocyanin was studied at 35, 80 and 121°C. The stored anthocyanin was degraded to follow as first order degradation on the half life days of 46.2, 19.8 and 0.85 mins., respectively. The activation energies were also 0.507×103, 0.581×103 and 0.647×103 KJ/mol, respectively. It concluded that total anthocyanin contents were decreased with increasing in temperature and decreasing in half life with increasing in temperature. The change in color property of crude anthocyanin solution at pH3.47 was studied at temperature 4 and 31°C in light and amber condition during 42 days of storage periods. It found that crude anthocyanin curve did not appear at 4°C. It meant that lower temperature affected the movement of the molecular structures for each species was slightly difficult, it made the mobility of molecules was slowed down. Then, the characteristics of anthocyanin band were disappeared. It concluded that temperature effect was influenced to the color change of anthocyanin solution more than light effect. At room temperature during 1-6 weeks, L* values changed from brightness to slightly darkness. The color changed from green-yellowish orange-brownish color. The intensity of chromacity was increased and hue value to decreased. It mean the stability of anthocyanin extract had affected the color property. On the comparison of light and non-light effect at room temperature (31°C), the result was showed that L* values, chromacity and hue angle of non-light condition changed less than those of light condition. Total anthocyanin content had higher L* value than that at room temperature for 6 weeks at 4°C. It showed that the molecular of anthocyanin was degraded at 4°C. The color of solution became pale. The a* and b* value was tended to yellowish color The intensity of chrome values was increased and shading color of hue angle become yellowish For 3 week crude anthocyanin extract in clear botte (light factor) at 4°C, total anthocyanin contents (3.10±1.09 mg/L) had higher content than that kept in amber bottle (2.26±0.76 mg/L). For 1-week to 6-week at room temperature and 4°C, the change of colour tonality (CT) had less, so the solution became yellow brownish but visible index tended to increased. It concluded that storage of anthocyanin solution for lone time caused by the degradation of anthocyanin molecules, which corresponded with colour tonality value was slower decreased. In contrast to the browning index, it was constant because the contaminant cause by the browning reaction were separated by ion exchange column chromatography out from the crude anthocyanin solution. According to the study of DPPH• scavenging waa antioxidant capacity ABTS•+ assay during 1-6 weeks, the change in %inhibition of DPPH scavenging radical was less than that of %inhibition of antioxidant apacity ABTS•+ assay. It meant that the anthocyanin solution donated H or electron transfer to free radical species, which followed by the mechanism of DPPH scavenging radical assay. Moreover, the anthocyanin solution contained both phenolic acids and flavonoids, which these were potential antioxidative substances. For the identification in molecular structures of bioactive substances on pink inflorescence of E. elatior by using LC-ESI-TOFMS, it found that nine phenolic acids which fragmented from the anthocyanin glycosides, including feruloyl-quinic acid (m/z369.12), chlorogenic acid (m/z353.15), coumaroyl quinic acid (m/2337), quinic acid (191.18), syringic acid (n/z197), proto-catechuic acid (m/z 153.02), ellagic acid (m/z301), dihydroxybenzoic acid pentoside (m/z285.06) and rosmarinic acid (m/z359.08), Consequenty, three favenoid aglycone included methylgalangin (m/z285.04) myricetin (m/z316.94), isorhamnetin (m/z318.92) and one flavanone glycoside, including quercetin 3-o-rhamnoside (m/z447.16), Furthermore, nine anthocyanin glycosides included petunidin 3-O-glucoside-arabinoside (m/z 611.31), petunidin 3O0-rutinoside (m/z618.21), petunidin 3-O-glucoside (m/z 479), petunidin 3-0-galactoside (m/z 479),peonidin 3-O-arabinoside (m/z433.11), peonidin 3-O-rhamnoside (m/z447.87), peonidin 3-O-rutinoside (m/z610.47), Delphinidin 3-O-rhamnoside (m/z 449.31) และ Delphinidin 3-0-(6″-acetyl)-glucoside (m/z 507.34)
1บัณฑิตวิทยาลัยสหวิทยาการผลิตภัณฑ์เสริมอาหารและอาหารสุขภาพ
2คณะอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์