応答曲面法を用いたRheum ribesからのフェノール性抗酸化物質の遺伝子型のスクリーニングと超音波抽出の最適化

Screening genotypes and optimizing ultrasonic extraction of phenolic antioxidants from Rheum ribes using response surface methodology.

抄録

ルバーブ(Rheum ribes L.)の花と茎には、有効な抗酸化物質が含まれていることが知られており、伝統医学では止瀉作用が期待されている。本研究は、応答曲面法（RSM）を用いて、ルバーブの様々な遺伝子型の植物化学的および抗酸化活性をスクリーニングし、抽出パラメーターを最適化するために実施された。その結果、様々な遺伝子型（G1～G13）間で、花と茎の多様性が高いことがわかった。R.ribesの花における総フェノール含量（TPC）は、9.80～81.53mg GAEg DWの値を示し、有意に変動した。茎では、TPCは2.87～16.33mgGAEg DWであった。同様に、花の総フラボノイド含量（TFC）は0.33～1.32mgQug DWであったが、茎では0.05～0.38mg Qu g DWであった。抗酸化活性はμmol Feg DWで示され、花では7.42～59.87、茎では0.14～15.99であった。階層的クラスター分析（HCA）により、収集した遺伝子型の間に5つの異なるクラスターが同定された。その後、分散分析と主成分分析（PCA）を行った結果、テヘランからラバサンまでのG8（G8F）の花が最も高い総フェノール含量（TPC）、総フラボノイド含量（TFC）、抗酸化活性（FRAP）を示した。これらの知見から、本研究ではさらなる最適化のためにG8Fを選択した。抽出温度（30～80℃）、抽出時間（5～15分）、エタノール濃度（25～75％、エタノール対水、v/v）などの最適な抽出条件を決定するために、RSMをBox-Behnken計画（BBD）に基づいて設計した。測定した反応は、総フェノール含量（TPC）、総フラボノイド含量（TFC）、総アントシアニン含量（TAC）、2,2-ジフェニル-1-ピクリルヒドラジル（DPPH）消去作用、Ferric reducing/antioxidant power（FRAP）アッセイであった。すべての反応または望ましい指標に対する最適な抽出条件は、X：80℃、X：15分、X：53.14％であり、その結果、TPC（99.32mg GAE.g DW）、TFC（3.00mg Qu.g DW）、TAC（1.12mgシアニジン-3-グルコシド（Cy-g）g DW）、FRAP（110.22μmol Fe/g DW）、DPPHsc（88.20％）が得られた。R値（0.91-0.99）は、RSMモデルが許容範囲内であることを示した。

The flowers and stems of Rhubarb (Rheum ribes L.) are known to contain effective antioxidant compounds that have potential antidiarrheal properties in traditional medicine. This study was conducted to screen various genotypes of Rhubarb for their phytochemical and antioxidant activity and optimize the extraction parameters using the response surface methodology (RSM). The study found high diversity among the different genotypes (G1-G13) in terms of their flowers and stems. The total phenolic content (TPC) in the flowers of R. ribes varied significantly, showing values between 9.80 and 81.53 mg GAE g DW. In the stems, TPC ranged from 2.87 to 16.33 mg GAE g DW. Similarly, the total flavonoid content (TFC) in the flowers ranged from 0.33 to 1.32 mg Qu g DW, while in the stems, it was between 0.05 and 0.38 mg Qu g DW. The antioxidant activity, indicated as µmol Fe g DW, varied from 7.42 to 59.87 in the flowers and from 0.14 to 15.99 in the stems. Hierarchical cluster analysis (HCA) identified five distinct clusters among the collected genotypes. Subsequent analysis of variance and principal components analysis (PCA) revealed that the flowers of G8 (G8F) from Tehran to Lavasan exhibited the highest total phenolic content (TPC), total flavonoid content (TFC), and antioxidant activity (FRAP). Given these findings, G8F was chosen for further optimization in the study. The RSM was designed based on a Box-Behnken design (BBD) to determine the optimal extraction conditions, including extraction temperature (30-80 °C), extraction time (5-15 min), and ethanol concentration (25-75%, ethanol to water, v/v). The responses measured were total phenolic content (TPC), total flavonoid content (TFC), total anthocyanin content (TAC), 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) scavenging, and Ferric reducing/antioxidant power (FRAP) assays. The optimal extraction conditions for all responses or desirability indices were X: 80 °C, X: 15 min, and X: 53.14%, which resulted in TPC (99.32 mg GAE.g DW), TFC (3.00 mg Qu.g DW), TAC (1.12 mg cyanidin-3-glucoside (Cy-g) g DW), FRAP (110.22 µmol Fe/g DW), and DPPHsc (88.20%). The R values (0.91-0.99) indicated that the RSM models were acceptable.