Recently, the scientific community has recognized the potential application of lipophilic compounds of grain amaranth as an active ingredient in nutraceutical supplements and cosmeceutical formulations specifically squalene, sterols, tocols and polyphenols. This research study has actualised the optimisation of a novel methodology for eluting bioactive lipophilic compounds from grain amaranth by employing microwave assisted extraction (MAE). The study developed an approach to exploit the lipids of this unconventional pseudo-cereal for industrial applications. Experimentation of this study was carried out in three phases. In the first phase, pre-optimisation studies were conducted to identify the optimum parameters such as sample particle size, extraction solvent and microwave input power, which determined the experimental domain required to optimise the extraction of oil and its constituents, squalene & stigmasterol. For this purpose a full factorial screening design was operationalized. The second phase accomplished the optimisation process of extracting amaranth grain oil and its constituents, squalene & stigmasterol, by augmenting two consecutive central composite designs, considering factors which weren't included in the factorial design such as sample to solvent ratio, solvent to solvent ratio and extraction time, keeping the constant optimum values for the identified factors. The third phase compared the outcomes of optimised MAE process with optimised Soxhlet extraction quantitatively (oil yield %) and qualitatively (squalene, stigmasterol, polyphenols, α – tocopherol and DPPH free radical-scavenging activity). The optimised MAE method achieved the highest extraction yield of 9.1% amaranth grain oil containing 59.53, 3.17, 1.052 and 0.72 mg/g of squalene, stigmasterol, α - tocopherol and total polyphenol respectively with DPPH free radical scavenging activity of 86.24%, whereas, the optimised Soxhlet extraction achieved its highest extraction yield of 8.8% amaranth oil containing 58.78, 3.06, 0.983 and 0.407 mg/g of squalene stigmasterol, α – tocopherol and total polyphenol, respectively with a DPPH free radical scavenging activity of 70.11%. This attests MAE as a more industrially viable methodology for extracting lipids from amaranth grain over standard Soxhlet extraction methodology not just limited to higher oil yield with reduced extraction time and solvent consumption but also for preserving the best quality of its high value industrially applicable thermostable compounds, squalene & stigmasterol as well as the thermolabile compounds α–tocopherol and total polyphenol, maintaining higher antioxidant scavenging activity. / Les composés lipidiques issus de l'amarante sont maintenant reconnus posséder une bioactivité d'intérêt nutraceutique et cosméceutique, particulièrement pour la squalène, les stérols, tocols et polyphénols. Cette étude a visé l'optimisation de l'extraction microonde des composés bioactifs lipophiles de la graine d'amarante. Cette étude a voulu développer une raison industrielle aux composés lipidiques d'une pseudo-céréale non-conventionnelle. Les expériences de cette étude ont été menées en trois phases. La première étape s'est concentrée sur l'identification des paramètres importants tels la granulométrie, le type de solvant d'extraction, et la puissance microonde, jouant sur l'extraction de l'huile et de ses constituants, la squalène et le stigmastérol. Pour cette étude, un plan expérimental factoriel complet a été utilisé. Pour la seconde étape, l'optimisation de l'extraction a été visée en augmentant le plan expérimental en prenant en considération le ratio échantillon et solvant, le ratio solvant et solvant, et le temps d'extraction, tout en maintenant optimisé les paramètres étudiés à la première étape. La troisième étape a comparé les résultats des conditions optimales d'extraction microonde aux résultats des conditions optimales d'extraction Soxhlet, quantitatif (% rendement en huile) et qualitatifs (composition en squalène, stigmastérol, polyphénols, α-tocophérol et DPPH (capacité phagocyte des radicaux libres). L'extraction optimale microonde de la graine d'amarante a extrait 9.1% d'huile contenant 59.53, 3.17, 1.052 et 0.72 mg/g de squalène, stigmastérol, α-tocophérol et polyphénols totaux avec une capacité phagocyte des radicaux libres de 86.24%. L'extraction optimale Soxhlet a extrait quant à elle, 8.8% d'huile contenant 58.78, 3.06, 0.983 et 0.407 mg/g de squalène, stigmastérol, α-tocophérol et polyphénols totaux avec une capacité phagocyte des radicaux libres 70.11%. Ceci confirme la meilleure performance de l'extraction micro-onde pour l'extraction des lipides de la graine d'amarante sur l'extraction conventionnelle Soxhlet, autant pour le rendement que pour la conservation de la qualité de l'huile, et ses composés thermostable (tels la squalène) et thermolabiles (tels l'α-tocophérol), maintenant une meilleure capacité phagocyte des radicaux libres.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.121511 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Joshi, Siddhartha P |
| Contributors | Valerie Orsat (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Bioresource Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses |
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