تبدیل زیست‌پسماندهای گل زعفران (Crocus sativus L.) به محصولات جانبی فراسودمند: مشخصه‌یابی، پتانسیل زیست‌فعال و کاربردها

این پایان‌نامه دکتری با عنوان **«تبدیل زیست‌پسماندهای گل زعفران (Crocus sativus L.) به محصولات جانبی فراسودمند: مشخصه‌یابی، پتانسیل زیست‌فعال و کاربردها»** در چارچوب **اقتصاد چرخشی** و **نوآوری پایدار کشاورزی-صناعی** تعریف شده است. هدف آن ارائه راه‌حل‌های علمی و عملی برای ارزش‌گذاری محصولات جانبی گل‌دهنده تولیدشده در طول تولید زعفران است. بیش از **۹۰٪ از زیست‌توده گل زعفران**، عمدتاً گلبرگ‌ها، پرچم‌ها، کاسبرگ‌ها و گلپوش‌ها، پس از جمع‌آوری کلاله‌ها دور ریخته می‌شود، علی‌رغم اینکه منبعی بالقوه غنی از ترکیبات زیست‌فعال را نمایندگی می‌کنند که تا حد زیادی ناشناخته باقی مانده است.

هدف کلی این پژوهش، مشخصه‌یابی زیست‌پسماندهای گل زعفران و ارزیابی پتانسیل زیست‌فعال و عملکردی آنها برای استفاده در توسعه محصولات غذایی با ارزش افزوده بود. برای دستیابی به این هدف، چهار هدف اختصاصی تعریف شد: (۱) تحلیل ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی و میکروبیولوژیکی زیست‌پسماند؛ (۲) شناسایی و کمّی‌سازی متابولیت‌های اصلی آن با استفاده از تکنیک‌های کروماتوگرافی؛ (۳) ارزیابی فعالیت‌های آنتی‌اکسیدانی، ضدمیکروبی و ضدقارچی و همچنین محتوای ملاتونین آن؛ و (۴) بررسی گنجاندن آن در یک نوشیدنی گیاهی غنی‌شده و ارزیابی پایداری و عملکرد فراسودمند آن.

از نظر روش‌شناسی، مطالعه از رویه‌های تجربی دقیق متناسب با ماتریس‌های گیاهی پیروی کرد. زیست‌پسماندها به دو شکل **پودر** و **عصاره متانولی** فرآوری شدند و تحت تحلیل‌های فیزیکوشیمیایی (رطوبت، خاکستر، pH، رنگ‌سنجی) و میکروبیولوژیکی و همچنین مشخصه‌یابی شیمیایی از طریق **HPLC-MS** و **GC-MS** قرار گرفتند. ظرفیت آنتی‌اکسیدانی با آزمون‌های **ABTS، DPPH و FRAP** تعیین شد، در حالی که فعالیت ضدمیکروبی در برابر سویه‌های باکتریایی و قارچی انتخابی مرتبط با ایمنی مواد غذایی آزمایش شد. محتوای **فیتوملاتونین**، ترکیبی با علاقه فیزیولوژیکی و درمانی رو به رشد، با استفاده از کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا با تشخیص فلورسانس کمّی‌سازی شد. در نهایت، عصاره‌ها در نوشیدنی‌های گیاهی تجاری گنجانده شدند و تأثیر آنها بر پارامترهای رنگی، pH و پروفایل آنتی‌اکسیدانی ارزیابی شد.

نتایج نشان داد که زیست‌پسماندهای گل زعفران دارای پروفایل فیتوشیمیایی غنی شامل **ترکیبات فنولی، فلاونوئیدها، اسیدهای آلی و رنگدانه‌های طبیعی** هستند. این ترکیبات ظرفیت آنتی‌اکسیدانی بالایی را ایجاد کردند که قابل مقایسه با سایر عصاره‌های گیاهی معمولاً مورد استفاده در صنایع غذایی و فراسودمند است. علاوه بر این، عصاره‌ها خواص ضدمیکروبی و ضدقارچی قابل‌توجهی نشان دادند که پتانسیل آنها را به‌عنوان **عوامل نگهدارنده طبیعی** پیشنهاد می‌کند. کمّی‌سازی فیتوملاتونین، اگرچه بین عصاره‌ها متغیر بود، بیشتر از پتانسیل این زیست‌پسماند به‌عنوان منبعی ارزشمند از مولکول‌های زیست‌فعال ارتقادهنده سلامت پشتیبانی می‌کند.

از منظر کاربردی، گنجاندن این عصاره‌ها در نوشیدنی‌های گیاهی از نظر فناورانه امکان‌پذیر بود و تغییرات کنترل‌شده در رنگ و pH را بدون به‌خطر انداختن پایداری محصول ایجاد کرد. نوشیدنی‌های غنی‌شده فعالیت آنتی‌اکسیدانی بهبودیافته‌ای نشان دادند که نمونه‌ای موفق از یک **غذای فراسودمند** توسعه‌یافته از محصولات جانبی کشاورزی-صناعی را نشان می‌دهد.

در نتیجه‌گیری، این پژوهش نشان می‌دهد که زیست‌پسماندهای گل زعفران منبعی **پایدار و باارزش** از ترکیبات زیست‌فعال با کاربردهای بالقوه در صنایع غذایی، آرایشی و فراسودمند را تشکیل می‌دهند. یافته‌ها اهمیت پیوند دادن پژوهش فیتوشیمیایی با راهبردهای پایداری را برجسته می‌کنند و به پیشرفت یک **اقتصاد زیستی چرخشی** کمک می‌کنند که در آن زباله به منابع فراسودمند، نوآورانه و باارزش اجتماعی تبدیل می‌شود. این کار بدین ترتیب پایه‌ای علمی برای بازتصور زباله کشاورزی به‌عنوان فرصتی برای نوآوری و مسئولیت زیست‌محیطی فراهم می‌کند.

This doctoral thesis, entitled Transformation of floral bio-residues from Crocus sativus L. into functional by-products: characterization, bioactive potential and applications, is framed within the context of circular economy and sustainable agro-industrial innovation. Its purpose is to provide scientific and practical solutions for the valorization of floral by-products generated during saffron production. More than 90% of the Crocus sativus floral biomass, mainly petals, stamens, calyxes and tepals, is discarded after the collection of stigmas, despite representing a potentially rich source of bioactive compounds that remains largely unexplored.
The general aim of this research was to characterize the floral bio-residues of Crocus sativus L. and to evaluate their bioactive and functional potential for their use in the development of value-added food products. To achieve this, four specific objectives were defined: (1) to analyze the physicochemical and microbiological characteristics of the bio-residue; (2) to identify and quantify its main metabolites using chromatographic techniques; (3) to evaluate its antioxidant, antimicrobial and antifungal activities as well as its melatonin content; and (4) to explore its incorporation into a fortified plant-based beverage and assess its stability and functional performance.
Methodologically, the study followed rigorous experimental procedures adapted to plant matrices. The bio-residues were processed into two forms, powdered material and methanolic extract, and subjected to physicochemical (moisture, ash content, pH, colorimetry) and microbiological analyses, as well as chemical characterization through HPLC-MS and GC-MS. Antioxidant capacity was determined by ABTS, DPPH and FRAP assays, while antimicrobial activity was tested against selected bacterial and fungal strains relevant to food safety. The phytomelatonin content, a compound of growing physiological and therapeutic interest, was quantified using high-performance liquid chromatography with fluorescence detection. Finally, the extracts were incorporated into commercial plant-based beverages, evaluating their impact on color parameters, pH and antioxidant profile.
The results revealed that Crocus sativus floral bio-residues exhibit a rich phytochemical profile, containing phenolic compounds, flavonoids, organic acids and natural pigments. These compounds conferred a high antioxidant capacity, comparable to that of other plant extracts commonly used in the food and nutraceutical industries. Moreover, the extracts demonstrated notable antimicrobial and antifungal properties, suggesting their potential as natural preservative agents. The quantification of phytomelatonin, although variable between extracts, further supports the potential of this bio-residue as a valuable source of health-promoting bioactive molecules.
From an applied perspective, incorporating these extracts into plant-based beverages proved technologically feasible, inducing controlled variations in color and pH without compromising product stability. The fortified beverages showed an enhanced antioxidant activity, illustrating a successful case of a functional food developed from agro-industrial by-products.
In conclusion, this research demonstrates that the floral bio-residues of Crocus sativus L. constitute a sustainable and high-value source of bioactive compounds with potential applications across the food, cosmetic and nutraceutical industries. The findings highlight the relevance of linking phytochemical research with sustainability strategies, contributing to the advancement of a circular bioeconomy where waste is transformed into functional, innovative and socially valuable resources. This work thus provides a scientific foundation for reimagining agricultural waste as an opportunity for innovation and environmental responsibility.