دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان مجله پژوهش در متابولیت‌های گیاهی 3041-9638 4 1 2026 05 22 Effect of Sample Preparation Conditions on the Efficiency of Cold Plasma Pretreatment in the Extraction of Bioactive Compounds from Marjoram (Origanum vulgare) تأثیر شرایط آماده‌سازی نمونه بر کارایی پیش‌تیمار پلاسمای سرد در استخراج ترکیبات زیست‌فعال از مرزنجوش (Origanum vulgare) 49 61 245877 10.22034/jrpsm.2026.565335.1103 FA سعیده محتشمی استادیار گروه علوم و مهندسی باغبانی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه جهرم، جهرم، ایران 0000-0001-6744-9716 محسن دلوی اصفهان گروه علوم و مهندسی صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه جهرم، جهرم، ایران 0000-0002-9140-331X Journal Article 2025 12 24 Background and Objectives: Marjoram (Origanum vulgare) is an important medicinal plant belonging to the Lamiaceae family, widely cultivated in Mediterranean regions and Iran. The aerial parts of this plant are rich in essential oils and valuable phenolic compounds and, due to the presence of thymol, it has been extensively used in traditional medicine. Efficient and selective extraction of volatile and non-volatile compounds from plant matrices is often associated with limitations such as thermal degradation of chemical constituents, prolonged extraction time, high consumption of organic solvents, and the risk of degradation of sensitive biomolecules. Therefore, the development of green and non-thermal extraction approaches aimed at enhancing extraction efficiency while preserving bioactivity is of great importance for the food and pharmaceutical industries. Cold plasma pretreatment has recently emerged as a promising technique for improving the extraction of bioactive compounds from medicinal plants, and several studies have reported its effectiveness. The present study was conducted to investigate the effect of different sample preparation conditions during the cold plasma pretreatment stage on the extraction of bioactive constituents from the aerial parts of marjoram. Cold plasma, as a novel technology, has demonstrated a significant potential to enhance the extraction process through the generation of reactive oxygen and nitrogen species and the induction of microstructural modifications in the cell wall and cellular matrix, leading to increased tissue permeability and facilitating solvent penetration and the release of secondary plant metabolites. Methodology: This study was conducted in a completely randomized design with four treatments and three replications. The treatments included dried powdered samples without solvent, dried unpowdered samples without solvent, powdered samples with solvent that were subjected to plasma pretreatment before extraction, and a control sample without plasma pretreatment. In this research, a dielectric barrier discharge (DBD) cold plasma system manufactured in Iran (Kavoshyaran Company, Enhanced Tech-18A model) was used. After treatment application, extraction was carried out using 70% methanol at a ratio of 5:1 (solvent volume to sample weight) by the maceration method. The antioxidant activity of the samples was evaluated using the free radical scavenging assay based on DPPH. Total phenolic content was determined using the Folin–Ciocalteu reagent, and the results were expressed as milligrams of gallic acid equivalent per gram of dry sample weight. The amounts of flavones, flavonols, and total flavonoids were determined by the colorimetric method using aluminum chloride reagent, with quercetin used as the standard. Total tannin content was determined using the colorimetric method based on vanillin–hydrochloric acid reagent, and the results were reported as milligrams of catechin equivalent per gram of dry sample weight. Total carbohydrate content was measured by the colorimetric method using anthrone reagent, with pure glucose as the standard. The data obtained from the measurement of different traits were analyzed using JMP software, and mean comparisons were performed using Tukey’s test. Results: The results indicated that sample preparation conditions had a significant effect on most phytochemical attributes. The powdered samples treated with solvent exhibited the highest antioxidant activity (79.21%) and the greatest contents of flavones and flavonols (0.81 mg quercetin equivalents g⁻¹ dry weight), total phenolics (93.36 mg gallic acid equivalents g⁻¹ dry weight), and total flavonoids (10.37 mg quercetin equivalents g⁻¹ dry weight). In contrast, the lowest values for most compounds were observed in powdered samples without solvent. The addition of solvent increased antioxidant activity by 34.94% and total phenolic content by 26.37%. The highest tannin content (6.80 mg catechin equivalents g⁻¹ dry weight) was recorded in powdered samples without solvent, whereas the lowest value (3.41 mg catechin equivalents g⁻¹ dry weight) was observed in non-powdered samples without solvent, with no significant difference compared to the control and powdered samples with solvent. Unlike other measured traits, powdering the samples without solvent led to a 99.41% increase in tannin content. These findings suggest that powdering the samples in the presence of solvent during cold plasma pretreatment enhances the release and extraction of most secondary metabolites, while tannins respond differently. Conclusion: The findings of this study demonstrated that cold plasma pretreatment combined with powdered sample preparation in the presence of solvent is the most effective approach for extracting secondary metabolites from marjoram extracts, including phenolic compounds, flavonoids, tannins, and total carbohydrates. This strategy can be considered a green and efficient method for producing plant extracts with high bioactivity. However, further optimization of plasma and extraction parameters, as well as evaluation of extract quality and stability, is required to facilitate industrial-scale applications. Overall, the results highlight that appropriate selection of sample preparation conditions in plasma-based processes plays a crucial role in determining the composition and quality of marjoram extracts. سابقه و هدف: مرزنجوش (Origanum vulgare) یکی از گیاهان دارویی مهم مربوط به خانواده نعنائیان است که در مناطق مدیترانه‌ای و ایران کشت می‌شود. پیکره رویشی این گیاه حاوی اسانس‌ و ترکیبات فنلی ارزشمند بوده و به دلیل وجود تیمول، کاربرد گسترده‌ای در طب سنتی دارد. استخراج کارآمد و انتخابی ترکیبات فرّار و غیرفرّار از ماتریکس‌های گیاهی همواره با محدودیت‌هایی نظیر تغییر در ترکیب شیمیایی بر اثر حرارت، طولانی بودن فرآیند استخراج، مصرف بالای حلال‌های آلی و احتمال تخریب بیومولکول‌های حساس مواجه است؛ ازاین‌رو توسعه روش‌های سبز و غیرگرمایی با هدف افزایش کارایی استخراج و حفظ فعالیت زیستی ترکیبات، برای صنایع غذایی و دارویی از اهمیت بالایی برخوردار است. پیش‌تیمار پلاسمای سرد به‌عنوان روشی نوظهور در بهبود استخراج ترکیبات زیست‌فعال گیاهان دارویی مطرح می‌باشد و برخی محققین تحقیقاتی را در این زمینه انجام داده‌اند. پژوهش حاضر به‌منظور بررسی تاثیر حالت‌های مختلف آماده‌سازی نمونه در مرحله پیش‌تیمار پلاسما بر استخراج مواد مؤثره از پیکره رویشی مرزنجوش انجام شد. پلاسمای سرد به‌عنوان یک فناوری نوین، توانایی قابل‌توجهی در بهبود فرآیند استخراج ترکیبات زیست‌فعال از گیاهان دارویی نشان داده است؛ به‌طوری‌که از طریق تولید گونه‌های فعال اکسیژن و نیتروژن و القای تغییرات میکروساختاری در دیواره و ماتریکس سلولی، نفوذپذیری بافت افزایش یافته و در نتیجه، نفوذ حلال و آزادسازی متابولیت‌های ثانویه گیاهی با سرعت و کارایی بیشتری انجام می‌گیرد. مواد و روشها: این مطالعه در قالب طرح کاملاً تصادفی با چهار تیمار و سه تکرار اجرا شد. تیمارها شامل نمونه خشک پودر شده بدون حلال، نمونه خشک پودر نشده بدون حلال، نمونه پودر شده با حلال که قبل از عصاره‌گیری در معرض پیش‌تیمار پلاسما قرار گردند و یک نمونه شاهد که بدون پیش‌تیمار پلاسما بود. در این تحقیق از دستگاه پلاسمای سرد تخلیه دی‌الکتریک (DBD) ساخت کشور ایران (شرکت کاوش یاران، مدل Enhanced Tech-18A) استفاده شد. پس از اعمال تیمارها، عصاره‌گیری با استفاده از متانول ۷۰ درصد با نسبت پنج به یک (حجمی-وزنی حلال به نمونه) به روش خیساندن انجام شد. ارزیابی فعالیت آنتی‌اکسیدانی نمونه‌ها، با استفاده از آزمون مهار کردن رادیکال‌های آزاد با استفاده از DPPHانجام شد. میزان ترکیبات فنلی کل با استفاده از معرف فولین–سیوکالتئو انجام شد و نتایج به صورت میلی‌گرم معادل گالیک اسید در هر گرم وزن خشک نمونه اندازه‌گیری شد. تعیین مقادیر فلاون‌ها و فلاونول‌ها و فلاونوئیدها بر اساس روش رنگ سنجی با استفاده از معرف کلرید آلومینیوم انجام شد و از کوئرستین به عنوان استاندارد استفاده گردید. تعیین محتوای تانن کل، با استفاده از روش رنگ‌سنجی مبتنی بر معرف وانیلین ـ اسیدکلریدریک انجام شد و نتایج به‌صورت میلی‌گرم معادل کاتکین در هر گرم وزن خشک نمونه گزارش گردید. مقدار کربوهیدرات کل، بر اساس روش رنگ سنجی با استفاده از معرف آنترون و گلوکز خالص به عنوان استاندارد اندازه‌گیری شد. دادههای بدست آمده از اندازهگیری صفات مختلف با استفاده از نرم افزار جامپ (JMP) و مقایسه میانگین دادهها با استفاده از آزمون توکی (Tukey) انجام شد. نتایج: نتایج نشان داد نوع آماده‌سازی نمونه تاثیر معنیداری بر غلظت بیشتر شاخص‌های فیتوشیمیایی داشت. تیمار پودر شده همراه با حلال بیشترین فعالیت آنتی‌اکسیدانی (21/79 درصد) و بالاترین مقادیر فلاون‌ها و فلاونولها (81/0 میلیگرم معادل کوئرستین بر گرم نمونه خشک)، ترکیبات فنلی (36/93 میلیگرم معادل گالیکاسید بر گرم نمونه خشک) و فلاونوئیدهای کل (37/10 میلیگرم معادل کوئرستین بر گرم نمونه خشک) را نشان داد؛ درحالی‌که کمترین مقادیر اغلب ترکیبات در نمونه پودر شده بدون حلال مشاهده شد. اضافه کردن حلال باعث افزایش 94/34 درصدی فعالیت آنتی‌اکسیدانی اضافه کردن و افزایش 37/26 درصدی در میزان ترکیبات فنلی عصاره گردید. همچنین بالاترین میزان تانن (80/6 میلیگرم معادل کاتکین بر گرم نمونه خشک) مربوط به تیمار پودر شده بدون حلال بود. درحالیکه کمترین میزان (41/3 میلیگرم) مربوط به نمونه پودر شده بدون حلال بود که اختلاف معنیداری با تیمارهای شاهد و نمونه پودر شده با حلال نداشت. در رابطه با تانن، برخلاف سایر صفات اندارهگیری شده، پودر کردن نمونهها بدون اضافه کردن حلال باعث افزایش 41/99 درصدی میزان ترکیبات تاننی گردید. این نتایج بیانگر آن است که پودر شدن همراه با حضور حلال در مرحله پیش‌تیمار پلاسما، آزادسازی و استخراج اغلب متابولیت‌های ثانویه را تقویت می‌کند؛ در حالی‌که پاسخ تانن‌ها به این شرایط متفاوت بود. نتیجه‌گیری: یافته‌های این پژوهش نشان داد که جهت استخراج متابولیت‌های ثانویه موجود در عصاره مرزنجوش مانند ترکیبات فنولی، فلاونوئیدها، ترکیبات تاننی و کربوهیدرات کل، کاربرد پیش‌تیمار پلاسمای سرد و آماده‌سازی نمونه به شکل پودر شده همراه با حلال، مطلوب‌ترین گزینه می‌باشد. این راهکار می‌تواند به‌عنوان یک روش سبز و کارآمد در استخراج عصاره‌های گیاهی با فعالیت زیستی بالا مورد توجه قرار گیرد؛ با این‌حال برای تعمیم نتایج به مقیاس صنعتی، نیاز به بهینه‌سازی دقیق پارامترهای پلاسما و استخراج و بررسی کیفیت و پایداری عصاره وجود دارد. بر اساس یافته‌های حاضر، انتخاب شرایط مناسب آماده‌سازی نمونه در فرایندهای مبتنی بر پلاسما می‌تواند نقش تعیین‌کننده‌ای در ترکیب و کیفیت عصاره مرزنجوش داشته باشد.

https://jrpsm.asnrukh.ac.ir/article_245877_481030156e8b6c72222fd5fe9dfce28b.pdf