Utilization of organic banana peel extract for enhancing immune response of giant freshwater prawn (Macrobrachium rosenbergii)

Abstract

This research aimed to: (1) study the bioactive compound properties and specify the phytochemical constituents of organic banana peel extract (BPE) from six types of organic banana cultivars, including Kluai Homthong, Kluai Namwa, Kluai Kai, Kluai Hukmook, Kluai Lebmuernang, and Kluai Homtaiwan, (2) optimize the optimum extraction condition, and (3) investigate the effect of organic BPE injection and the use of organic BPE as a dietary supplement to immunity of giant freshwater prawn (Macrobrachium rosenbergii). Firstly, the biological activities of organic BPE, i.e., total phenolic content (TPC), antioxidant content, and ferric-reducing antioxidant power (FRAP) were measured. The result was found that the organic BPE of Kluai Kai provided the highest TPC and FRAP. Organic BPE of Kluai Hukmook could inhibit Aeromonas hydrophila and Staphylococcus aureus. The Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) spectrum exposed diverse compounds of primary and secondary phytochemical compounds. Four main constituents which were determined by gas chromatography-mass spectrometer (GC-MS) were acetic acid, formic acid, 1,2-benzenediol,3-methyl-, and 4-hydroxy-2-methylacetophone. The compounds exhibited antioxidant properties and antipathogenic activity. The BPE of Kluai Homthong could inhibit aquatic pathogen A. hydrophila and provided the highest extraction yield. Thereby, banana peel (BP) of Kluai Homthong was chosen to study the optimum extracting condition. The next experiment was to study the optimum extracting condition of organic BPE. The optimum extracting condition was 50 % v/v of methanol solution at 100 °C for 10 minutes. Under this condition, the maximum TPC and extraction yield were provided for 10.44 mg equivalent of gallic acid per gram of dried material (mg GAE/g DM) and 33 % w/v, respectively. This organic BPE was also able to inhibit A. hydrophila at a minimum inhibitory concentration (MIC) of 312.50 μg/disc. Finally, the effects of organic BPE on the immunity of M. rosenbergii were investigated by directly injecting the extract and supplementation of the extract in a cultured diet. The result presented that the direct injection of organic BPE could increase immunity and phagocytic activity and decrease the susceptibility of M. rosenbergii. In addition, the diet supplemented with organic BPE and probiotic powder could also enhance the immune system, reduce the coagulation time of M. rosenbergii, and increase resistance to pathogen A. hydrophila after 90 days of feeding. Overall findings have shown that organic BPE was an interesting supplement for enhancing the immunity of giant freshwater prawn and resistance against A. hydrophila. Furthermore, the use of banana peel (BP) in aquaculture could increase the value of BP and reduce the burden of its waste disposal in the environment.

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อ (1) ศึกษาคุณสมบัติของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ และระบุลักษณะองค์ประกอบทางพฤกษเคมีของสารสกัดเปลือกกล้วยอินทรีย์จำนวน 6 ชนิด ได้แก่ กล้วยหอมทอง กล้วยน้ำว้า กล้วยไข่ กล้วยหักมุก กล้วยเล็บมือนาง และกล้วยหอมไต้หวัน (2) เพื่อหาสภาวะในการสกัดที่เหมาะสม และ (3) เพื่อตรวจสอบผลของการฉีดสารสกัดเปลือกกล้วยอินทรีย์และการใช้สารสกัดเปลือกกล้วยอินทรีย์เป็นสารเสริมอาหารต่อภูมิคุ้มกันของกุ้งก้ามกราม (Macrobrachium rosenbergii) อันดับแรก การออกฤทธิ์ทางชีวภาพของสารสกัดเปลือกกล้วยอินทรีย์ ได้แก่ ปริมาณฟีนอลิกทั้งหมด (total phenolic content; TPC) ปริมาณสารต้านออกซิเดชัน (antioxidant content) และฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระด้วยวิธี ferric-reducing antioxidant power (FRAP) ได้รับการตรวจวัด ผลการทดลองพบว่าสารสกัดเปลือกกล้วยไข่อินทรีย์ให้ ค่า TPC และ FRAP สูงสุด สารสกัดเปลือกกล้วยหักมุกอินทรีย์สามารถยับยั้งเชื้อ Aeromonas hydrophila และ Staphylococcus aureus ได้ สเปคตรัมสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดแบบฟูเรียร์ทรานส์ฟอร์ม (Fourier-transform infrared spectroscopy; FTIR) แสดงสารประกอบพฤกษเคมีปฐมภูมิและทุติยภูมิหลายชนิด สารประกอบหลัก 4 ชนิด ได้แก่ กรดอะซิติก (acetic acid) กรดฟอร์มิก (formic acid) 1,2-เบนซินิไดออล, 3-เมทิล- (1,2-benzenediol,3-methyl-) และ 4-ไฮดรอกซี-2-เมทิลอะซิโตโฟน (4-hydroxy-2-methylacetophone) ซึ่งถูกตรวจวัดด้วยเครื่องแก๊สโครมาโทรกราฟี-แมสสเปคโทรมิเตอร์ (gas chromatography-mass spectrometer; GC-MS) แสดงคุณสมบัติการต้านออกซิเดชัน และกิจกรรมการยับยั้งเชื้อก่อโรค สารสกัดเปลือกกล้วยหอมทองอินทรีย์สามารถยับยั้งเชื้อก่อโรคใน สัตว์น้ำ A. hydrophila และให้ผลได้ของการสกัดสูงสุด (extraction yield) ดังนั้นเปลือกกล้วย หอมทองจึงถูกนำไปศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการสกัด การทดลองถัดไปเป็นการศึกษาสภาวะ ที่เหมาะสมในการสกัดสารจากเปลือกกล้วยอินทรีย์ โดยสภาวะในการสกัดที่เหมาะสม คือ การใช้สารละลายเมทานอล 50 เปอร์เซ็นต์โดยปริมาตร อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 10 นาที ภายใต้สภาวะนี้ได้ปริมาณฟีนอลิกทั้งหมด (total phenolic content) และผลได้ของการสกัด (extraction yield) สูงสุดเท่ากับ 10.44 มิลลิกรัมสมมูลย์ของกรดแกลลิกต่อกรัมของเปลือกกล้วยอินทรีย์แห้ง (mg GAE/ g DM) และ 33 เปอร์เซ็นต์ โดยน้ำหนักต่อปริมาตร ตามลำดับ สารสกัด เปลือกกล้วยหอมทองอินทรีย์นี้ยังสามารถยับยั้งเชื้อ A. hydrophila ที่ความเข้มข้นต่ำสุดที่สามารถยับยั้งได้ (minimum inhibitory concentration; MIC) เท่ากับ 312.50 ไมโครกรัมต่อแผ่น (μg/disc) การทดลองสุดท้ายผลของสารสกัดเปลือกกล้วยอินทรีย์ต่อภูมิคุ้มกันของกุ้งก้ามกรามถูกตรวจสอบด้วยการฉีดสารโดยตรงและการเสริมในอาหารเพาะเลี้ยง ผลการทดลองแสดงว่าการฉีดสารสกัดเปลือกกล้วยอินทรีย์โดยตรงสามารถเพิ่มภูมิคุ้มกัน กิจกรรมการกลืนกินเชื้อก่อโรค (phagocytic activity) และ ลดความอ่อนแอของกุ้งก้ามกรามได้ นอกจากนี้อาหารที่เสริมด้วยสารสกัดเปลือกกล้วยอินทรีย์และ ผงโปรไบโอติกยังสามารถส่งเสริมระบบภูมิคุ้มกัน ลดระยะเวลาในการแข็งตัวของเลือดกุ้งก้ามกราม และต่อต้านเชื้อก่อโรค A. hydrophila ได้หลังจากให้อาหารเป็นเวลา 90 วัน ผลการวิจัยโดยรวมแสดงให้เห็นว่าสารสกัดเปลือกกล้วยหอมทองอินทรีย์เป็นสารเสริมอาหาร ที่น่าสนใจสำหรับส่งเสริมภูมิคุ้มกันของกุ้งก้ามกรามและต่อต้านเชื้อก่อโรค A. hydrophila นอกจากนี้การใช้เปลือกกล้วยในการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำยังสามารถเพิ่มมูลค่าของเปลือกกล้วย และลดภาระ ในการกำจัดของเสียในสิ่งแวดล้อมได้