Original article

Aqueous extraction of bitter gourd (Momordica charantia L.) juice and optimization of operating conditions

Extraction aqueuse du jus de courge amère (Momordica charantia L.) et optimisation du procédé

Department of Chemical Engineering, Indian Institute of Technology, Kharagpur, 721 302, India

^* Corresponding author: sde@che.iitkgp.ernet.in

Received: 22 February 2016
Accepted: 27 June 2016

Abstract

Introduction. Bitter gourd (Momordica charantia), belonging to the Cucurbitaceae family, is a well-recognized therapeutic herbal plant with numerous nutritious benefits, improving the overall health of consumers. It possesses many phytonutrients with medicinal activities. Aqueous extraction of phytonutrients is the safest procedure, which can circumvent the challenges associated with other extraction techniques. Materials and methods. To optimize the process parameters for aqueous extraction of bitter gourd juice, three independent variables, i.e. the fruit:water ratio, extraction time and temperature, were selected within the ranges of 0.3–1.0 g mL^-1, 20–160 min and 30–90 °C, respectively. A Box-Behnken design of a numerical optimization technique was used to optimize these variables. The corresponding responses were estimated in terms of concentrations of protein, polyphenols and total solids, and juice clarity. Results and discussion. The effects of linear, interaction and quadratic terms of independent variables on the responses were investigated. The present study generated a regression model that could explain 99% of the total variability, with a coefficient of determination (R²) of 0.99. Conclusion. The optimum conditions for aqueous extraction of bitter gourd fruit are: a fruit:water ratio of 0.48 g mL^-1, an extraction time of 95 min and an extraction temperature of 68 °C. The corresponding responses at optimum points were estimated to be 131.7 mg L^-1, 23.1 mg GAE 100 mL^-1, 0.89 g 100 mL^-1 and 60.6% for concentrations of protein, polyphenols, total solids and juice clarity, respectively.

Résumé

Introduction. La margose ou courge amère (Momordica charantia), de la famille des cucurbitacées, est une plante herbacée thérapeutique bien connue pour ses nombreuses propriétés nutritionnelles globalement bénéfiques pour la santé des consommateurs. Elle doit également ses nombreuses activités médicinales à sa richesse en microéléments. L’extraction aqueuse de ces microéléments est la procédure la plus sûre permettant de contourner les problèmes liés aux autres techniques d’extraction. Matériel et méthodes. Afin d’optimiser les paramètres du procédé d’extraction aqueuse du jus de courge amère, trois variables indépendantes, à savoir le rapport fruit:eau, le temps d’extraction et la température, ont été sélectionnées dans les plages respectives de 0,3–1,0 g mL^-1, 20–160 min et 30–90 °C, respectivement. La modélisation Box-Benhken d’optimisation numérique de ces variables a été utilisée pour optimiser la technique. Les réponses correspondantes ont été estimées en termes de concentrations en protéines, en polyphénols, en solides totaux et de clarté de jus. Résultats et discussion. Les effets des termes de linéarité, d’interaction et quadratiques des variables indépendantes sur les réponses ont été étudiés. La présente étude a généré un modèle de régression qui pourrait expliquer 99 % de la variabilité totale, avec un coefficient de détermination (R²) de 0,99. Conclusion. Les conditions optimales pour une extraction aqueuse des fruits de courge amère sont les suivantes : un rapport fruit:eau de 0,48 mg L^-1, un temps d’extraction de 95 min et une température d’extraction de 68 ° C. Les réponses correspondantes aux points optimums ont été estimées à 131,7 mg L^-1, 23,1 mg GAE 100 mL^-1, 0,89 g 100 mL^-1 et 60,6 % pour les concentrations en protéines, polyphénols, solides totaux et pour la clarté du jus, respectivement.