Practical methods for lignans quantification

• Main Author: Nemes, Simona
• Other Authors: G S Vijaya Raghavan (Supervisor2)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2012
• Subjects: Agriculture - Food Science and Technology
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=110432

An optimized microwave-assisted extraction (MAE) method is proposed, in conjunction with high performance liquid chromatography (HPLC) analysis, for the general quantification of lignans in flaxseed materials and other plant foods. The method involves hydrolyzing 0.5 – 1.6 g samples with 50 ml of 0.5 M NaOH at 156 W (power level estimated using calorimetric calibration) for 3 min, using intermittent microwave power application (30 s on/off). The final temperature of the extracts is 67°C. The MAE method extracts the lignan from the plant matrix completely, accurately (97.5 % recovery), efficiently (yields 21.4 and 26.6 % higher than those obtained with reference methods), and precisely (coefficients of variation < 4.03 % for repeated determinations). An enzymatic hydrolysis (EH) method, complementary to the MAE method, was developed for the general determination of lignan aglycones in plant samples. The EH method involves hydrolyzing microwave-assisted extracts containing 100 mg sample in 3 ml of sodium acetate buffer (0.01 M, pH 5), with crude solutions of β-glucuronidase using ≥ 40 U of enzyme/mg sample (depending on the hydrolysing capacity of various batches of enzyme) by incubation at 37°C for 48 h. The lignan glucosides are hydrolysed in proportion of 95.6 %. The EH method is recommended for building databases of lignan contents in foods, useful for nutritionists and medical researchers who seek to assess the effects of dietary lignan intake on human health. Artificial neural network (ANN) and partial least squares (PLS) regression models, which are complementary to the MAE method, were calibrated for the general quantification of lignans in a variety of flaxseed materials. The lignan values predicted with the ANN and PLS models were in the range of ± 0.67 to 4.85 % of the reference lignan values. Using the ANN and PLS models requires measuring the UV-Vis light absorption of microwave-assisted flaxseed extracts at 289, 298, 343, and 765 nm, following the Folin-Ciocalteu's assay; the models are useful to the flaxseed processing industry for rapidly and accurately determining the lignan contents of various flaxseed raw materials. A non-automated, affordable and accurate solid phase extraction (SPE) method was developed for purifying microwave-assisted flaxseed extracts. The method requires the preparation of extracts prior to SPE by adjusting the pH of extracts in two stages, 1st to pH 3 with sulphuric acid for removing the water soluble proteins and carbohydrates by precipitation, and 2nd to pH 5 with sodium hydroxide for improving the retention of lignan by the packed SPE phase in order to reduce the lignan losses in the wash-water eluate. Microwave-assisted extracts from 0.6 and 1.5 g defatted flaxseed meal can be purified by SPE in order to recover in the 10, 20 and 30 % ethanol pooled eluates 71.2 % and 60.6 %, respectively, of the amount of lignan subjected to purification. SPE purified extracts can be used for further experiments, such as testing the antioxidant activity and the stability of the lignan extracts during various storage conditions. === Une méthode optimisée d'extraction assistée par micro-ondes (EAMO), en conjonction avec l'analyse par chromatographie liquide de haute performance, est proposée pour la quantification de lignanes, de façon généralisée, dans des échantillons des graines de lin et des aliments d'origine végétale. La méthode nécessite l'hydrolyse des échantillons de 0.5 - 1.6 g avec 50 ml de NaOH 0.5 M en appliquant 156 W (niveau de puissance estimé par calibration calorimétrique) de façon intermittente (30 s marche/arrêt) pour 3 min. La température finale des extraits était de 67°C. La méthode EAMO extrait les lignanes des matrices végétales complètement, avec exactitude (récupération de 97.5 %), avec efficacité (rendements de 21.4 et 26.6 % plus hauts que ceux obtenus avec des méthodes conventionnelles), et avec précision (coefficients de variation pour analyses répétées < 4.03 %).Une méthode d'hydrolyse enzymatique (HE), complémentaire pour la méthode EAMO, a été développée pour la quantification généralisée des lignanes aglycones dans des échantillons végétaux. La méthode HE nécessite l'hydrolyse des extraits, obtenus par EAMO, qui contient 100 mg d'échantillons dans 3 ml de solution tampon d'acétate de sodium (0.01 M, pH 5), avec des solutions d'enzyme β-glucuronidase en concentrations de ≥ 40 U d'enzyme/mg échantillon dépendant de la capacité d'hydrolyse des différents lots d'enzymes), par incubation a 37°C pour 48 h. Les lignanes glucosides sont hydrolysés en proportion de 95.6 %. La méthode HE est recommandée pour construire des bases des données des contenus en lignanes des aliments, qui sont utiles aux chercheurs en santé et nutrition qui cherchent à évaluer les effets des apports nutritionnels des lignanes sur la santé humaine. Des modèles de réseaux de neurones artificiels (RNA) et de régression par les moindres carrés partiels (MCP), qui sont complémentaires pour la méthode EAMO, ont été calibrés pour la quantification généralisée des lignanes dans une variété d'échantillons de graines de lin. Les valeurs des lignanes estimées avec les modèles RNA et MCP ont été dans des écarts de ± 0.67 jusqu'à 4.85 % des valeurs de référence des lignanes. L'utilisation de modèles RNA et MCP nécessite d'effectuer des tests de Folin-Ciocalteu afin de mesurer l'absorption de la lumière UV-Vis des extraits a 289, 298, 343, et 765 nm. Ces modèles sont utiles aux industries de transformations des graines de lin pour quantifier avec rapidité et précision les niveaux de lignanes dans les différentes sources de matières premières à base de graines de lin.Une méthode non-automatisée, abordable et précise d'extraction sur phase solide (EPS) a été développée afin de purifier des extraits de graines de lin produits par EAMO. La méthode nécessite la préparation des extraits avant la EPS par ajustement du pH à deux reprises; premièrement au pH 3 avec de l'acide sulfurique pour enlever, par précipitation, les protéines et les hydrates de carbone qui sont solubles dans l'eau; et, deuxièmement au pH 5 avec de l'hydroxyde de soude pour améliorer la rétention des lignanes en phase solide par l'entonnoir EPS afin de réduire les pertes de lignanes dans l'eau de lavage. Des extraits produits par EAMO à partir de 0.6 et 1.5 g de farine de graines de lin dégraissée peuvent être purifiés par EPS afin de récupérer 71.2 et 60.6 %, respectivement, de la quantité des lignanes utilisée pour la purification, dans les liquides d'élution des10, 20 et 30 % d'éthanol mis en commun. Des extraits purifiés par EPS peuvent être utilisés pour tester la capacité antioxydante et la stabilité des extraits des lignanes durant leur entreposage dans des conditions variées.