Extraction of functional flavoring agent from tomato pomace by enzyme- assisted ultrasonic extraction

Abstract

This research was aimed to extract the functional flavor enhancer from tomato pomace using enzyme-ultrasonic assisted extraction (enz + UAE) for enhancing umami taste (tasty) combined with antioxidant activity. The optimal condition of tomato extract was determined through statistical analysis using Response Surface Methodology (RSM), focusing on parameters as enzyme content and extraction time, which were treated as independent variables. Key criterial evaluated included yield, protein content, glutamic amino acid content, total phenolic compounds, total flavonoid content, antioxidant activity (DPPH•, ABTS•+, hydroxyl, superoxide and FRAP) and sensory analysis score. The optimum condition was investigated to be 15% of bromelain concentration and extraction time for 30 min by ultrasound. Under these combination condition, high scores achieved for all criteria, with antioxidant activities measured as 70.18% (DPPH•), 84.82% (ABTS•+), 97.38% (hydroxyl radical), 21.94% (superoxide radical) and 0.154 mM Fe2+/mg (FRAP). The umami and overall acceptance scores were 3.4 and 3.3, respectively. The glutamic acid was detected 37,656,63 mg/100g. Additionally, the extraction process reduced the predominant tomato odorant. The hexanal and 2-isobutylthiazol which were defined by GC-MS. gallic acid, chlorogenic acid, caffeic acid, p-coumaric acid, syringic acid, ferulic acid, 2-hydroxycinnamic acid, rutin and naringin were main phenolic compounds found, with concentrations of 540.63, 28.56, 232.02, 375.41, 26.92, 7.68, 65.85 and 5247.86 mg/100g, respectively. In cytology experiments, the tomato extracted had non-toxicity in normal cell (Vero cell) at maximum concentration of 31.25 µg/mL and IC50 of 220.7 µg/mL. The tomato extracted exhibited anti-inflammatory activity in macrophage cell (RAW264.7) by suppressing NO released as 22.64 µmol/L at 100 µg/mL. The treatment demonstrated a significant efficacy, leading to a 30% reduction in NO levels in cells treated by lipopolysaccharide (LPS). It also served as an anti-inflammatory cytokine, responding directly to Interleukin-6 (IL-6) with 799.06 pg/mL, whereas it did not affect tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha). Results confirmed that the tomato extract acted to anti-inflammatory without toxicity. The extract, derived from the optimal condition, was formulated as a flavor enhancer for Tom-Yam powder. The 30% tomato extract achieving high score in umami and overall acceptance. There for, the tomato extract passing the enzyme ultrasonic assisted extraction process may be developed as functional flavoring agent, providing desirable taste and health benefits.

งานวิจัยนี้ศึกษาการสกัดสารเสริมรสจากกากมะเขือเทศโดยใช้เอนไซม์ร่วมกับเทคนิคคลื่นเสียงความถี่สูง (ultrasound assisted extraction, UAE) เพื่อใช้เป็นสารเสริมรสอูมามิ (รสอร่อย) และหน้าที่เชิงสุขภาพในด้านความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระ โดยศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการสกัด แปรค่าปริมาณเอนไซม์ และระยะเวลาในการสกัดที่มีผลต่อปริมาณผลได้ (yield) ปริมาณโปรตีน ปริมาณกรดกลูตามิก ปริมาณฟีนอลิกทั้งหมด ปริมาณฟลาโวนอยด์ทั้งหมด ฤทธิ์การต้านอนมูลอิสระ DPPH•, ABTS•+, hydroxyl, superoxide และ FRAP และการยอมรับด้านประสาทสัมผัสด้านรสชาติ วิเคราะห์สภาวะที่เหมาะสมด้วยวิธีทางสถิติ response surface methodology (RSM) พบว่าสภาวะที่เหมาะสมในการสกัดสารเสริมรสจากกากมะเขือเทศโดยใช้เอนไซม์ร่วมกับเทคนิค UAE คือ ปริมาณโบรมิเลนร้อยละ 15 เวลา ร่วมกับการสกัดด้วย UAE 30 นาที มีประสิทธิภาพในการต้านอนุมูลอิสระ DPPH•, ABTS•+, hydroxyl, superoxide และ FRAP สูง เท่ากับร้อยละ 70.18, 84.82, 97.38, 21.94 และ 0.154 mM Fe2+/mg ตามลำดับ มีคะแนนด้านรสอูมามิสูง และการยอมรับโดยรวมอยู่ในเกณฑ์สูง มีค่าเท่ากับ 3.4 และ 3.3 ตามลำดับ พบปริมาณกรดกลูตามิกเท่ากับ 37,656.63 mg/100g นอกจากนี้พบว่าสารสกัดเสริมรสจากมะเขือเทศมีกลิ่นรสที่เป็นลักษณะของมะเขือเทศ ได้แก่ hexanal และ 2-isobutylthiazole เจือจางลง พบสาร gallic acid, chlorogenic acid, caffeic acid, p-coumaric acid, syringic acid, ferulic acid, 2-hydroxycinnamic acid, rutin และ naringin เป็นองค์ประกอบหลักในกลุ่มของสารประกอบฟีนอลิกและฟลาโวนอยด์ ซึ่งพบในปริมาณเท่ากับ 540.63, 28.56, 232.02, 375.41, 26.92, 7.68, 65.85 และ 5247.86 mg/100g ตามลำดับ เมื่อนำสารสกัดเสริมรสจากมะเขือเทศนี้ไปทดสอบในระดับเซลล์พบว่า ไม่พบความเป็นพิษต่อเซลล์ปกติ (Vero cell) ที่ความเข้มข้นสูงสุดเท่ากับ 31.25 µg/mL โดยมีค่าความเป็นต่อเซลล์ IC50 เท่ากับ 220.7 µg/mL มีความสามารถในการต้านการอักเสบในเซลล์เม็ดเลือดขาวแมคโครฟาจ (RAW264.7) ได้ ยับยั้งการเกิดไนตริกออกไซด์ (NO) 22.64 µmol/L ที่ความเข้มข้น 100 µg/mL ซึ่งยับยั้งการเกิด NO ได้ประมาณร้อยละ 30 เมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์ที่ถูกกระตุ้นให้เกิดการอักเสบอย่างเดียวด้วย lipopolysaccharide (LPS) มีความสามารถในการยับยั้งการหลั่งไซโตไคน์ (cytokine) ชนิด Interleukin-6 (IL-6) ได้เท่ากับ 799.06 pg/mL แต่ไม่มีผลต่อการหลั่งไซโตไคน์ tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha) ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสารเสริมรสจากมะเขือเทศมีการออกฤทธิ์ในการลดการอักเสบภายในเซลล์ได้โดยไม่ก่อให้เกิดความเป็นพิษต่อเซลล์ จากนั้นสารเสริมรสที่สกัดได้จากสภาวะที่เหมาะสมไปประยุกต์ใช้เป็นสารเสริมรสรสชาติต้มยำ โดยแปรค่าอัตราส่วนในสูตรผงปรุงรส ทดสอบการยอมรับด้านประสาทสัมผัสด้านรสชาติด้วยผู้ทดสอบกึ่งฝึกฝน พบว่าอัตราส่วนร้อยละ 30 เป็นระดับความเข้มข้นที่เหมาะสมในสูตรผงปรุงรส เนื่องจากให้คะแนนด้านรสชาติอูมามิและการยอมรับโดยรวมที่สูง และไม่เข้มข้นมากเกินระดับการรับได้ของผู้ทดสอบ จากการศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าสารเสริมรสที่สกัดได้จากกากมะเขือเทศด้วยวิธีการใช้เอนไซม์ร่วมกับคลื่นเสียงความถี่สูง สามารถพัฒนาต่อยอดไปเป็นสารปรุงรสเชิงหน้าที่ สำหรับผู้บริโภคที่ต้องการเสริมรสชาติอร่อยจากสารสกัดจากธรรมชาติ และให้ประโยชน์แก่ร่างกาย ในด้านฤทธิ์การต้านอนุมูลอิสระ และการต้านการอักเสบ