ارزیابی نظری و تجربی حلال‌های زیستی با درجات مختلف آب‌گریزی برای استخراج سافرانال و کروسین‌ها از زعفران

زعفران (*Crocus sativus*) منبعی غنی از سافرانال و کروسین‌هاست؛ ترکیباتی که مسئول ویژگی‌های حسی (ارگانولپتیک) و خواص زیست‌فعال آن هستند. امروزه علاقه فزاینده‌ای به استخراج ترکیبات زیست‌فعالِ مشتق‌شده از زعفران با استفاده از فناوری‌های پایدار برای تولید محصولات فراسودمند (عملکردی) وجود دارد.
این مطالعه به بررسی استفاده از حلال‌های زیستی سبز، از جمله حلال‌های یوتکتیک عمیق طبیعی (NADES)، برای استخراج سافرانال و کروسین‌ها می‌پردازد. انتخاب حلال بر اساس پیش‌بینی‌های مدل COSMO-RS (مدل غربالگری شبه‌رسانا برای حلال‌های واقعی) و با در نظر گرفتن قطبیت، میزان سمیت و در دسترس بودن تجاری حلال‌ها انجام شد. صحت این پیش‌بینی‌ها همچنین از طریق تحلیل پروفایل سیگما (σ-profile) و شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی مورد تأیید قرار گرفت. حلال‌های منتخب — شامل وربنون، کارواکرول و حلال‌های NADES بر پایه تیمول و کولین کلرید — در مقایسه با حلال‌های متداول (آب و مخلوط متانول-آب) ارزیابی شدند. عصاره‌های زعفران با استفاده از روش HPLC-DAD-MS آنالیز شدند و مشخص گردید که ترکیب کولین کلرید-اتیلن گلیکول مؤثرترین حلال برای استخراج سافرانال (۲٫۵۵ میلی‌گرم بر گرم) است؛ عملکردی که با مخلوط متانول-آب (۲٫۵۶ میلی‌گرم بر گرم) قابل مقایسه و از آب (۱٫۲۹ میلی‌گرم بر گرم) بهتر بود. این حلال‌ها همچنین بالاترین میزان بازیابی کروسین (۱۱۴٫۷۶ تا ۱۱۷٫۱۶ میلی‌گرم بر گرم) را به همراه داشتند. در میان حلال‌های با پایه ترپنوئیدی، کارواکرول گزینش‌پذیری بالاتری برای سافرانال (۱٫۰۴ میلی‌گرم بر گرم) در مقایسه با کروسین‌ها (۰٫۹۱ میلی‌گرم بر گرم) نشان داد.
به‌طور کلی، حلال‌های آب‌دوست (هیدروفیل) نسبت به حلال‌های آب‌گریز (هیدروفوب) کارآمدتر بودند و رابطه آشکاری میان قطبیت و ظرفیت استخراج مشاهده شد. این یافته‌ها پتانسیل کاربرد حلال NADES متشکل از کولین کلرید و اتیلن گلیکول را در صنایع غذایی برای استخراج ترکیبات زیست‌فعال زعفران نشان می‌دهند؛ روشی که ضمن داشتن مزایای زیست‌محیطی، خطرات بهداشتی و اثرات مخرب زیست‌محیطی اندکی به همراه دارد.

Saffron (Crocus sativus) is a rich source of safranal and crocins, compounds responsible for its organoleptic and bioactive properties. Currently, there is a growing interest in obtaining saffron-based bioactive ingredients using sustainable technologies to develop functional products. This study explores the use of green biosolvents, including natural deep eutectic solvents (NADESs), for the extraction of safranal and crocins. Solvent selection was guided by COSMO-RS (Conductor-like Screening Model for Real Solvents) predictions, also considering solvent polarity, toxicity level, and commercial availability.
These predictions were also validated through σ-profile analysis and molecular dynamics simulations. Selected solvents, namely verbenone, carvacrol, and NADESs based on thymol and choline chloride, were evaluated against conventional solvents (H₂O and MeOH:H₂O). Saffron extracts were analysed using HPLC-DAD-MS, with choline chloride: ethylene glycol emerging as the most effective extractant for safranal (2.55 mg g⁻¹), comparable to MeOH:H₂O (2.56 mg g⁻¹), and superior to H₂O (1.29 mg g⁻¹). These solvents also provided the highest crocin recoveries (114.76-117.16 mg g⁻¹). Among the terpenoid-based solvents, carvacrol exhibited a higher selectivity for safranal (1.04 mg g⁻¹), with only 0.91 mg g⁻¹ for crocins. Overall, the hydrophilic solvents were more efficient than the hydrophobic ones, finding a clear relationship between polarity and extraction capacity. These findings suggest the potential application of choline chloride:
ethylene glycol NADES in the food industry for the extraction of bioactives from saffron, providing ecological benefits with low health risks and environmental impact.