Effects of plasma treatment and organic elicitors on isothiocyanates and bioactivities in microgreens of Thai local vegetables

Abstract

This work aims to study the effects of plasma treatment and organic elicitors on physiological, isothiocyanate content and antioxidant capacity of Thai local vegetable microgreens. The plasma treatment was applied by cooperating with power level of 19 kV for 5 min on mustard green seeds (Brassica juncea (L.) Czern. et Coss) and 21 kV for 5 min on Thai rat-tailed radish microgreen seeds (Raphanus sativus var. caudatus), germinated on the vermiculite at 25°C with 12 h light/12 h dark cycle for 7 days. They were sprayed with 20 mL of 10 mM CaCl2, 176 mM sucrose, 160 mM NaCl or distilled (DI) water (control) once a day. The results showed that plasma treated with organic elicitors and individual organic elicitors have no effecton % seed germination and length of mustard green microgreens and Thai rat-tailed radish microgreens. Plasma treatment increased the length of mustard green microgreens by 1.36 times whereas the length of Thai rat-tailed radish microgreens treated with sodium chloride and calcium chloride has been increased by 1.07 and 1.08 times compared with mustard green microgreens. Total isothiocyanate contents (Total ITCs) of Thai rat-tailed radish microgreens treated with plasma cooperated with distilled water or calcium chloride were increased by 3.31 times compared with the control whereas ITCs of Thai rat-tailed radish microgreens treated with plasma cooperated with distilled water or calcium chloride were increased by 1.18 and 1.25 times compared with the control, respectively. Total ITCs derivatives consisted of allylisothiocyanate (AITC) and 3-butinylisothiocyanate in mustard green microgreens whereas raphasatin and 3-butinylisothiocyanate derivatives were found in Thai rat-tailed radish microgreens based on GC-MS analyses. The results of the bioactive compounds and antioxidant capacity found that using plasma cooperated with sucrose could induce the total phenolic content (TPC) and total flavonoid content (TFC) of mustard green microgreens by 1.82 and 47.3 times compared with the control whereas plasma cooperated with distilled water and calcium chloride could increase TPC and TFC by 1.82 and 2.23 times compared with the control, respectively. The antioxidant activity using DPPH and FRAP assays was increased in mustard green microgreens treated with plasma cooperated with DI waterby 1.16 and 2.03 times and increased in Thai rat-tailed radish microgreensby 1.42 and 1.29 times compared with the control respectively. Moreover, %cytotoxicity of mustard green microgreens and Thai rat-tailed radish microgreens extracts on the breast adenocarcinoma MCF-7 and hepatocellular carcinoma HepG2 was higher than the control and indicated that extracts could inhibit cells availability and colony formation, and induced apoptosis. The mustard green microgreens and Thai rat-tailed radish microgreens extracts also inhibited the gene expression of matrixmetalloproteinase 2 (MMP 2) and matrixmetalloproteinase 9 (MMP 9) which affected cell migration. This study indicated that microgreens treated with plasma cooperated with organics elicitors can be used for enhancing the physiological, total isothiocyanate content and its bioactive compounds to produce functional foods for human health benefits.

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลของเทคโนโลยีพลาสมาเย็นและสารกระตุ้นอินทรีย์ต่อเปอร์เซ็นต์การงอกของเมล็ด ความสูง น้ำหนักสดและปริมาณสารไอโซโอไซยาเนท รวมทั้งความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระของไมโครกรีนที่ได้รับพลาสมา 19 kV เป็นเวลา 5 นาที บนเมล็ดพันธุ์ผักกาดเขียวน้อย (Brassica juncea (L.) Czern. et Coss) และผักขี้หูด (Raphanus sativus var. caudatus) 21 kV เป็นเวลา 5 นาที ที่ปลูกบนเวอร์มิคูไรท์ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส ให้แสง 12 ชั่วโมง และมืด 12 ชั่วโมง เป็นเวลา 7 วัน ฉีดพ่นด้วยสารกระตุ้นอินทรีย์ที่แตกต่างกันคือ น้ำตาลซูโครส 176 มิลลิโมลาร์ โซเดียมคลอไรด์ 160 มิลลิโมลาร์ แคลเซียมคลอไรด์ 10 มิลลิโมลาร์ และน้ำกลั่น (ชุดควบคุม) ปริมาตร 20 มิลลิลิตร ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าการให้พลาสมาเย็นร่วมกับสารกระตุ้นอินทรีย์และการให้สารกระตุ้นอินทรีย์ไม่มีผลต่อการงอกของเมล็ดพันธุ์และความยาวของผักกาดเขียวน้อยและผักขี้หูด ส่วนน้ำหนักสดพบว่าการให้พลาสมาเย็นส่งผลต่อการเพิ่มความยาวของลำต้นผักกาดเขียวน้อยโดยเพิ่มขึ้นจากชุดควบคุม 1.36 เท่า ส่วนผักขี้หูดพบว่าการให้โซเดียมคลอไรด์ส่งผลต่อการเพิ่มความยาวของลำต้นโดยเพิ่มขึ้นจากชุดควบคุม 1.07 และ 1.08 เท่า ตามลำดับ นอกจากนั้นยังพบว่าการให้พลาสมาเย็นร่วมกับน้ำกลั่นส่งผลให้ปริมาณสารไอโซไธโอไซยาเนททั้งหมดเพิ่มขึ้นจากชุดควบคุม 3.31 เท่าของผักกาดเขียวน้อย ส่วนผักขี้หูดพบว่าการให้พลาสมาเย็นร่วมกับน้ำกลั่นและแคลเซียมคลอไรด์ส่งผลให้ปริมาณสารไอโซไธโอไซยาเนททั้งหมดเพิ่มขึ้นจากชุดควบคุม 1.18 และ 1.25 เท่า ตามลำดับ ซึ่งในผักกาดเขียวน้อยพบชนิดของสารไอโซไธโอไซยาเนทชนิดอัลลีลไอโซไธโอไซยาเนทและ 3 บิวทีนิวไอโซไธโอไซยาเนท ส่วนผักขี้หูดพบราฟาซาตินและ3 บิวทีนิวไอโซไธโอไซยาเนท ส่วนปริมาณสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพและกิจกรรมการต้านอนุมูลอิสระพบว่าการให้พลาสมาเย็นร่วมกับซูโครสสามารถเหนี่ยวนำให้ปริมาณสารประกอบฟีนอลิกและสารประกอบฟลาโวนอยด์เพิ่มขึ้นได้ในผักกาดเขียวน้อยจากชุดควบคุม 1.82 และ 47.3 เท่า ตามลำดับ ส่วนผักขี้หูดพบว่าการให้พลาสมาเย็นร่วมกับน้ำกลั่นและแคลเซียมคลอไรด์สามารถเหนี่ยวนำให้ปริมาณสารประกอบฟีนอลิกและสารประกอบฟลาโวนอยด์เพิ่มขึ้นจากชุดควบคุม 1.18 และ 2.23 เท่า ตามลำดับ ส่วนกิจกรรมการต้านอนุมูลอิสระพบว่าการให้พลาสมาเย็นร่วมกับน้ำกลั่นส่งผลทำให้กิจกรรมการต้านอนุมูลอิสระวิธี DPPH และวิธี FRAP สูงขึ้นในผักกาดเขียวน้อยจากชุดควบคุม 1.16 และ 2.03 เท่าและผัดขี้หูดสูงขึ้นจากชุดควบคุม 1.42 และ 1.29 เท่า ตามลำดับ นอกจากนี้ยังพบว่าสารสกัดหยาบผักกาดเขียวน้อยและผักขี้หูดมีความเป็นพิษต่อเซลล์มะเร็งเต้านม MCF-7 และเซลล์มะเร็งตับ HepG2 และยังสามารถยับยั้งการมีชีวิตรอดและการแบ่งตัวเพิ่มจำนวนโคโลนี นอกจากนั้นยังพบว่าสารสกัดผักกาดเขียวน้อยและผักขี้หูดมีผลทำให้เกิดการเสื่อมสภาพ การกระจายตัวแยกชิ้นส่วนและแตกหักของดีเอ็นเออย่างชัดเจน ซึ่งเป็นจุดเด่นของการเกิดอะพอพโทซิสในเซลล์มะเร็ง และสารสกัดผักกาดเขียวน้อยและผักขี้หูดมีกิจกรรมในการยับยั้งการแสดงออกของโปรตีน matrixmetalloproteinase 2 (MMP 2) และ matrixmetalloproteinase 9 (MMP 9) ซึ่งมีผลต่อการแพร่กระจายย้ายถิ่นฐานของเซลล์มะเร็งเต้านม MCF-7 และเซลล์มะเร็งตับ HepG2 อีกด้วย การศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าการใช้พลาสมาร่วมกับสารกระตุ้นอินทรีย์สามารถนำมาใช้เพื่อช่วยเพิ่มการเจริญเติบโตของไมโครกรีน ช่วยเพิ่มสารไอโซไธโอไซทั้งหมดและสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพต่างๆ ซึ่งสารเหล่านี้มีประโยชน์และช่วยส่งเสริมสุขภาพได้