Analysis of bioactive compounds and biological activity in Thai Zingiberaceae and the effect of processing

Abstract

Zingiberaceae in Thailand is found to be the most abundant in the northeastern region and the utilization of the foods, spices, folk medicines, perfume, dye and ornamental plant. This study investigated the bioactive compounds and biological effects of 10 species of Zingiberaceae in the northeastern region in Thailand and selected the plants to study the effects of two processing methods of wine fermentation and dehydration (freeze, hot air and sun dryings). The study found that all 10 species of Thai Zingiberaceae were found bioactive compounds especially total phenolic content and total flavonoid content, which were found to be the highest in turmeric were 202 mg GAE / g and 6.6 mg RE / g, respectively. The chemical composition of the Thai Zinigberaceae was found high levels of p-hydroxybenzoic acid and kaempferol which possess medicinal properties. The highest levels of curcumin, vitamin C were observed in turmeric and ginger, respectively. The highest biological activities, namely antioxidant activities (assessed by DPPH and FRAP assays) and antiglycation activity were found in turmeric. In addition, turmeric provided the most ability to inhibit gram-positive bacteria at a concentration of 100 mg/g crud extract. The results suggested that turmeric was the most potential plant so it was subsequently selected for further study. Two processes; fermentation and dehydration were investigated. The fermentation of turmeric wine was found to be unsuitable method because it resulted in decreases of the total of bioactive compounds, especially curcumin by 3.5 times from the initial amount. In addition, that process could not improve the bitterness taste and the intense aroma of turmeric. For dehydration methods, it was found that freeze drying provided higher the content of bioactive compounds including the antioxidant activity (DPPH, ABTS and FRAP) than hot-air and sun drying. The contents of bioactive compounds and biological activity were decreased by the thermal drying process (hot air drying and sun drying). Curcumin, which is the major compounds in turmeric, might be altered to vanillin via the thermal processes . However, the sun drying also involved with PPO enzyme, resulting in lowering the bioactive content and biological activity. However, the cost of freeze-drying is more expensive than hot air and sun dryings. Hence, the optimization of method for practical application of product development is needed for further studies.

พืชวงศ์ขิงในประเทศไทยพบจำนวนมากที่สุดในภาคตะวันออกเฉียงเหนือและมีการใช้ประโยชน์จากพืชวงศ์ขิงหลากหลายทั้งรับประทานเป็นอาหาร เป็นเครื่องเทศ เป็นยาสมุนไพร เป็นน้ำหอม เป็นสีย้อม และเป็นไม้ดอกไม้ประดับ งานวิจัยนี้มีจุดประสงค์เพื่อศึกษาสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพและฤทธิ์ทางชีวภาพของพืชวงศ์ขิงของไทยจำนวน 10 ชนิด ในเขตภาคตะวันออกเฉียงเหนือและเลือกพืชที่มีศักยภาพเพื่อศึกษาผลของการแปรรูป 2 วิธี ทำเครื่องดื่มด้วยการหมักไวน์และการทำแห้ง (การทำแห้งแบบแช่เยือกแข็ง การอบแห้งด้วยลมร้อน และการตากแดด) จากการศึกษาพบว่าพืชวงศ์ขิงไทยทั้ง 10 ชนิดพบสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ โดยเฉพาะสารประกอบฟีนอลิกและฟลาโวนอยด์ทั้งหมดโดยพบสูงที่สุดในขมิ้นชัน (turmeric) 202 mg GAE/gและ 6.6 mg RE/g ตามลำดับ และเมื่อวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีของพืชวงค์ขิงไทย พบกรดพาราไฮดรอกซีเบนโซอิกและแคมเฟอรอลในปริมาณสูง ซึ่งเป็นสารที่เป็นประโยชน์ทางยา นอกจากนี้ยังพบ สารเคอร์คูมิน จิงเจอรอลในขมิ้นชันปริมาณสูงสุด ส่วนวิตามินซีพบในขิงน้อย (ginger) สูงสุด ส่วนฤทธิ์ทางชีวภาพประกอบด้วยฤทธิ์ในการต้านอนุมูลอิสระ DPPH และความสามารถต้านอนุมูลอิสระด้วยวิธี FRAP และฤทธิ์การต้านไกลเคชั่นพบสูงในขมิ้นชัน นอกจากนี้ขมิ้นชันยังความสามารถยับยั้งเชื้อแบคทีเรียแกรมบวกได้ดีที่สุดความเข้มข้น 100 มิลลิกรัมต่อกรัม จากการศึกษาขั้นต้นจึงได้เลือกพืชที่มีศักยภาพสูงสุดคือขมิ้นเพื่อศึกษาผลของการแปรรูปขมิ้น 2 วิธี ได้แก่ การหมัก และการทำแห้ง ซึ่งการแปรรูปโดยการหมักเพื่อทำเครื่องดื่มไวน์ขมิ้นชัน พบว่าเป็นวิธีการแปรรูปที่ไม่เหมาะสมเนื่องจากทำให้ปริมาณสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพโดยเฉพาะสารเคอร์คูมินมีปริมาณลดลง 3.5 เท่าของปริมาณสารเริ่มต้น รวมทั้งยังคงรสชาติที่ขมและกลิ่นของขมิ้นรุนแรงไม่เหมาะต่อการพัฒนาเป็นเครื่องดื่ม ส่วนวิธีการทำแห้งด้วยขมิ้นพบว่าการทำแห้งแบบเยือกแข็งยังคงมีปริมาณสารออกฤทธิ์ รวมถึงฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ (DPPH ABTS และ FRAP) และฤทธิ์ต้านไกลเคชั่นได้สูงสุด ส่วนกระบวนการทำแห้งด้วยความร้อน (อบลมร้อน ตากแดด) จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสารโดยเฉพาะสารเคอร์คูมินที่เป็นองค์ประกอบหลักในขมิ้นชันจะเกิดการเปลี่ยนเป็นสารวานิลลินทำให้ปริมาณสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพและฤทธิ์ทางชีวภาพลดลง แต่กระบวนการตากแดดจะมีปัจจัยของเอนไซม์ Polyphenol oxidase (PPO) ร่วมด้วยทำให้ปริมาณสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพและฤทธิ์ทางชีวภาพต่ำสุด อย่างไรก็ตามกระบวนการทำแห้งด้วยวิธีการทำแห้งแบบเยือกแข็งจะมีต้นทุนสูงกว่าการทำแห้งด้วยวิธีอบลมร้อน และตากแดด ทั้งนี้การเลือกเพื่อนำไปใช้ประโยชน์หรือเพื่อไปต่อยอดในการพัฒนาเป็นผลิตภัณฑ์อื่นขึ้นตามความเหมาะสมของการใช้ประโยชน์หรือผลิตภัณฑ์นั้น ๆ