پایان نامه ارشد درباره ترکیبات، بیوسنتز، روش‌های

پرهیدرو فنانترن می‌باشند. معمولاً گروه‌های متیل در کربن‌های 10و13 وجود دارند و در کربن 17 زنجیر جانبی الکیلی ممکن است وجود داشته باشد. تنوع در استروئیدها ناشی از تعداد گروه‌های متیل افزایشی، پیکربندی زنجیر جانبی و گروه‌های عاملی متصل به حلقه‌هاست [13 و 14].
1-1-7- اسانس‌ها
اسانس‌ها، ترکیبات کم و بیش فرار با بوی ویژه هستند که با روش‌های تقطیر با آب، بخارآب، آب ‌و بخارآب، تقطیر خشک و غیره از گیاه خام به استثنای مرکبات (استخراج اسانس با روش‌های مکانیکی) بدست می‌آیند [16]. این گروه از مواد مؤثر گیاهی، از نظر ترکیب شیمیایی همگن نیستند. بلکه به صورت مخلوطی از ترکیبات مختلف می‌باشند. اسانس‌ها براساس مبدأ بیوسنتز و ساختار شیمیایی قابل تقسیم‌بندی هستند.
1-1-7-1- شیمی اسانس‌ها
ترکیبات اسانسی ‌برمبنای ساختار شیمیایی به صورت زیر طبقه‌بندی می‌شوند [15 و 17]. در شکل (1-1) نمونه ساختارهایی از ترکیبات اسانسی مذکور آورده شده است.
1- n-آلکان‌ها: تترادکان در اسانس گل‌نرگس
2- اسیدهای آزاد: ترانس-سینامیک اسید در اسانس دارچین
3- الکل‌های آزاد: ایزوآمیل‌الکل در اسانس بابونه
4- آلدهیدی: بنزآلدهید در اسانس بادام تلخ
5- کتونی: لیمونن در اسانس زیره
6- استری: متیل‌سالیسیلات در اسانس گیاه همیشه‌سبز
7- فنیل پروپانوئیدی: آنتول در اسانس شوید
8- لاکتونی: سیکلوپنتا دکانولید در اسانس ریشه گل‌پر
9- فتالیدی: سدانولید در اسانس کرفس
10- هیدروکربن‌های نیتروژن‌دار: متیلN-متیل آنترانیلات در اسانس ماندارین
11- هیدروکربن‌دار گوگردی: 4-مرکاپتو-4-متیل-پنتانون در اسانس انگور فرنگی‌
سیاه
12- هیدروکربن‌های گوگردی‌نیتروژن‌دار: آلیل ایزوسیانات در اسانس خردل
13- اتری: سافرول در اسانس ساسافراس
14- فنلی: تیمول در اسانس آویشن
15- پراکسیدی: آسکاریدول در اسانس کنوپودیوم
16- ترپن‌ها: ترپن‌ها یا ایزوپرنوئیدها، از بزرگترین دسته‌ ترکیبات طبیعی هستند که از اتصال دو یا بیشتر مولکول ایزوپرن (C5 H8) ساخته می شوند. ایزوپرن به عنوان همی‌ترپن‌ محسوب می‌شود. مونوترپن‌ها از دو واحد ایزوپرن به هم‌چسبیده تشکیل می‌شوند. سزکوئی‌ترپن‌ها شامل سه واحد ایزوپرن هستند. ترکیباتی که از چهار واحد ایزوپرن ساخته شده‌اند؛ دی‌ترپن نامیده می‌شوند. در ادامه تقسیم‌بندی مفصل‌تری از ترپن‌ها ارائه می‌شود.
شکل1-1: ساختار ترکیبات اسانسی
1-1-7-2- بیوسنتز اسانس‌ها
ترکیبات اسانسی براساس مبدأ بیوسنتز عمدتاً به دو دسته: ترپنی و فنیل‌پروپانوئیدی تقسیم بندی می شوند که از مسیرهای بیوسنتزی ذیل منتج می‌شوند:
مسیرهای موالوناتی و غیرموالوناتی
ترپن‌ها از لحاظ زیست‌زادی از ایزوپرنیل‌دی‌فسفات (IPP)‌ و دی‌متیل‌آلیل‌دی‌فسفات (DMAPP) به وجود می‌آیند. این دو قسمت ساده 5 کربنه به عنوان پیش‌سازهای معمول برای بیوسنتز ترپن‌ها هستند. آنها از سه واحد استیل‌کوآنزیمA از طریق مسیر موالونیک‌اسید (MVA) بیوسنتز می‌شوند. چندین سال پیش، وجود مسیر دومی که منجر به IPP و DMAPP می‌شود، شامل 1-دئوکسی-D-گزیلولوز-5-فسفات (DXP) و C2-متیل-D-اریتریتول-4-فسفات (MEP) کشف شد.این مسیر غیر‌موالوناتی یا دئوکسی‌گزیلولوز با تراکم گلیسرآلدهیدفسفات و پیروات شروع می‌شود که به تولید DXP می‌انجامد (شکل1-2). IPPو DMAPP به ژرانیل‌پیروفسفات (GPP) منجر می‌شود که پیش‌ساز آغازی مونوترپن‌هاست. تشکیل نریل‌پیروفسفات (NPP) ازGPP طیف گسترده‌ای از ساختارهای غیرحلقوی، حلقوی، دوحلقه‌ای یا سه‌حلقه‌ای را پدید می‌آورد. واکنش‌هایی مثل نوآرایی، اکسایش، کاهش و آبدار شدن از طریق آنزیم سیکلاز ترپن‌های مختلف به تشکیل مشتقات ترپنی متنوع منجر می‌شود. تراکمGPP و IPP به تشکیل فارنسیل‌پیروفسفات (FPP) می‌انجامد که پیش‌ساز آغازی سزکوئی‌ترپنوئیدهاست. همچنین FPP و IPP به تشکیل دی‌ترپنوئیدها منجر می‌شوند. مسیر غیرموالوناتی در بیشتر باکتری‌ها و همه موجودات زنده فتوتروپیک وجود دارد. در گیاهان عالی و بیشتر جلبک‌ها، هر دو مسیر بیوسنتز به‌طور مستقل عمل می‌کند. مسیر موالوناتی در سیتوپلاسم واقع شده و مسئول بیوسنتز بیشتر سزکوئی‌ترپنوئیدهاست. در مقابل، مسیر غیرموالوناتی به کلروپلاست محدود می‌شود و مونوترپن‌ها و دی‌ترپن‌ها از این مسیر بیوسنتز می‌شوند [17].
شکل 1-2: مسیرهای بیوسنتز پیش‌سازهای ترپنوئیدها
مسیر شیکمیک‌اسید
فنیل‌پروپانوئیدها از مسیر شیکمیک‌اسید بیوسنتز می‌شوند.این مسیر سبب تولید آمینو‌اسید فنیل‌آلانین می‌شوند و سپس بر اثر فعالیت آنزیم فنیل‌آلانین آمونیالیاز (PAL) به ترانس-سینامیک‌اسید تبدیل می‌شود. که با اثر فعالیت آنزیم‌های مختلف مثل هیدرولاز، اتیل‌ترانسفراز، اکسیدو رداکتاز و لیگاز طیف وسیعی از فنیل‌پروپانوئیدها بیوسنتز می‌شوند (شکل1-3). فنیل‌پروپانوئیدها شامل یک یا بیشترC3-C6 است که واحد C6 حضور حلقه بنزن را نشان می‌دهد. فنیل‌پروپانوئیدهای ساده، از اجزای اسانس‌های طبیعی هستند. روش طبقه‌بندی پذیرفته‌شده‌ای برای این دسته از ترکیبات وجود ندارد. فنیل‌پروپانوئیدهای مهم از این قرارند: آنتول، متیل‌چاویکول، اوژنول، سینامیک‌آلدهید و وانیلین [17].
شکل 1-3: مسیر بیوسنتز شیکمیک اسید در فنیل‌پروپانوئیدها
1-1-7-3- کاربردهای اسانس‌های طبیعی
امروزه اسانس‌های طبیعی دارای مصارف مختلفی در صنایع شیمیایی، عطرسازی، غذایی، تهیه و ساخت فرآورده‌های آرایشی- بهداشتی و دارویی می‌باشند و تحقیقات بیانگر فعالیت‌های ضدحشره، ضدمیکروبی، ضد اکسیدانی آنهاست.
مهمترین مصرف گیاهان اسانس‌دار و مواد اسانسی حاصل از آنها برای معطرسازی می‌باشد. در صنایع عطرسازی، اسانس‌ها جزء اصلی مواد اولیه عطرها محسوب می‌شوند. مانند فنیل‌اتیل‌الکل که یکی از مواد اصلی عطرها بوده و در صنعت تهیه عطر مصنوعی استفاده می‌شود.
از کاربرد این مواد در صنایع غذایی می‌توان به خوشبوکننده‌ها و طعم‌دهنده‌های محصولات غذایی اشاره کرد. انواع مختلف ادویه‌ها در این دسته قرار می‌گیرند. علاوه‌براین اسانس‌ها به عنوان ضد ‌اکسیدان در فرآورده‌های غذایی کاربرد دارند به‌طور مثال؛ اسانس‌های میخک و آویشن حاوی اوژنول و تیمول در فرآورده‌های غذایی مثل کره به عنوان ضد اکسیدان مصرف می‌شوند. تیمول اثر ضد هیدرولیتیکی داشته و از هیدرولیز آنزیمی جلوگیری می‌کند. همچنین از اسانس‌ها در تهیه محصولات آرایشی- بهداشتی، دهان‌شویه‌ها، خمیردندان و فرمولاسیون شامپوهای طبی استفاده می‌شود [15].
1-2- عصاره‌های گیاهی
عصاره‌ها فراورده هایی هستند که از گیاهان با حلال های مناسب مانند الکل اتیلیک، آب، اتیلن گلیکول اتر وباروش های متفاوت به دست می آیند. درصورتی که کلیه مواد موجود در گیاه عصاره گیری شده و عصاره حاوی تمام ترکیب های موجود در گیاه باشد، عصاره تام نامیده می شود ودر صورتی که شرایط استخراج (نوع حلال، روش استخراج ودستگاه) به نحوی انتخاب شود که قسمتی از موادگیاه استخراج شود، عصاره دارای برخی خواص گیاه می‌باشد. هم چنین در صورتی که گیاه طی تجزیه به دو یا چند قسمت تقسیم شود و یا قسمتی از مواد مورد نظر آنها استخراج گردد، عصاره غیرتام می نامند [18] .
1-2-1- استخراج عصاره گیاهی
با توجه به اینکه منابع گیاهی، مجموعه پیچده‌ای از متابولیت‌ها هستند؛ روش استخراج ایده‌ال باید قابلیت استخراج کامل متابولیت‌های گیاهی را داشته و سریع، ساده و تکرارپذیر باشد. انتخاب روش استخراج به ماهیت منبع گیاهی و ترکیبات استخراجی بستگی دارد [7]. در اینجا به چند مورد از روش‌های مورد استفاده در جداسازی عصاره‌های گیاهی اشاره می‌شود:
1-خیساندن1
2-نفوذ-تراوش2
3-استخراج گرم‌ومداوم3
4-استخراج با حلال تحت فشار4
5-استخراج با حلال و امواج فراصوت5
6-استخراج با سیال فوق‌بحرانی6
7-فرایند فیتونیک7
8-استخراج جریان مخالف8
ازآنجایی که در این پژوهش از روش استخراج گرم ‌و مداوم (سوکسله) استفاده شده است؛ به توضیح آن می‌پردازیم.
1-2-1-1- استخراج گرم ‌و مداوم (سوکسله)
این روش در استخراج متابولیت‌های گیاهی به علت راحتی آن به طور گسترده استفاده می‌شود و در استخراج مقیاس‌های کوچک و بزرگ کاربرد دارد. پودر گیاهی در یک بسته سلولزی (کارتوش9) در محفظه استخراج قرار می‌گیرد که بر روی فلاسک جمع‌آوری کننده حلال حاوی متابولیت واقع می‌شود و خنک‌کننده در بالای کارتوش قرارداده می‌شود. و حلال مناسبی به فلاسک افزوده و حرارت زیر آن تنظیم می‌شود. وقتی که سطح معینی از حلال در تیمبل جمع می‌شود؛ حلال به سمت محفظه پایین فلاسک مکیده می‌شود (شکل1-4).
مزیت عمده این روش، مداوم بودن فرایند استخراج است. ازآن‌جایی‌که حلال حاوی متابولیت به داخل فلاسک تخلیه می‌شود؛ حلال تازه بازتولیدی ناشی از مبرد، فرایند استخراج از مواد در کارتوش را به طور پیوسته ادامه می‌دهد.
این روش در مقیاس با خیساندن و پرکولاسیون به زمان و حلال مصرفی کمتری نیاز دارد. عیب عمده استخراج سوکسله این است که عصاره به طور مستقیم در نقطه جوش حلال حرارت می‌بیند که در این حالت امکان آسیب به ترکیبات حساس به گرما وجود دارد و ممکن است؛ شروعی برای تشکیل متابولیت‌های مصنوعی باشد [19].
شکل1-4 : دستگاه سوکسله
1-2-2- استخراج اسانس‌های طبیعی
مواد معطر موجود در گیاهان که بیشترین قسمت آن را اسانس‌ تشکیل می‌دهد، مخلوطی از ترکیبات متنوع است که جداسازی و شناسایی این مواد تلفیقی ازسه عنصر: هنر، شیمی و روش‌های تجزیه دستگاهی است. امروزه برای جداسازی ترکیبات اسانس‌های طبیعی از روش‌های مختلفی استفاده می‌گردد که بر حسب عواملی نظیر نوع گیاه، محل قرارگیری اسانس در اندام‌های گیاهی، نوع مواد و ترکیبات تشکیل دهنده و سرانجام درجه خلوص مواد نهایی روش مناسب انتخاب می‌شود [15]. در اینجا، به روش‌های متنوع اسانس‌گیری اشاره می‌شود [17،16 و 20].
روش‌های تقطیر: تقطیر با آب10، تقطیر با آب‌وبخارآب11، تقطیر با بخارمستقیم12، تقطیر با امواج میکرو ویو13، تقطیرواستخراج‌همزمان14
روش‌های فشاری: فشاری‌اسفنجی15، فشاری‌با پیاله‌مخصوص16، فشاری‌ماشینی (اسفوماتریسی17، پلاتریسی18 و فرایند براون19)
روش‌های استخراج ‌با حلال: خواباندن در میان چربی20، خیساندن، سیال‌فوق‌بحرانی
روش‌های استخراج ‌با امواج ‌فراصوت، استخراج با امواج‌میکرو ویو (MHG21، 22SFME)
روش‌های نمونه‌برداری و استخراج در مقیاس میکرو (SPME23، DHS24، 25SHS، VHS26، SBSE27)
ازآنجایی که برای استخراج ترکیبات فرار در این پژوهش از روش SDE استفاده شده است؛ به توضیح آن می‌پردازیم.
1-2-2-1- تقطیر همزمان با استخراج حلال آلی (SDE)
یکی از روش‌های خاص برای جدا سازی مواد فرار از گیاهان، موادغذایی و دیگر تولیدات کشاورزی روش تقطیر با بخار و حلال است . دراین روش استخراج به طور مکرر با آب وحلال آلی دنبال می گردد. این روش (دو گردش به طور همزمان) توسط نیکرسون28 و لیکنز29 (1964) طراحی ومورد تأیید قرار گرفته است (شکل1-5). مزیت این روش به غلظت خیلی از ترکیب های کم در حد ppb30 در مایعات بوده است که با یک گردش دریک ساعت صورت گرفت و البته دراین آزمایش مقدار خیلی کمی از حلال به کاربرده شد.
ویلیامز31 (1969) روش تجزیه مشابهی را با دستگاه پیچیده تری طراحی و ساخته است . دراین روش برای سرد کردن بخارسطح مبرد بیشتر از دیگر روش‌ها با بخار درتماس است البته حلال استخراجی در مرحله بعد جدا می گردد . ماده در روش استخراج وتقطیر به طور همزمان در مرحله مایع تغلیظ شده و دائماً به بالن‌های مربوطه‌شان که بین قسمت مشترک تشکیل دو مرحله در لوله جداکننده (مرکز لول