The use of novel extraction technologies to obtain bioactive extracts from Crithmum maritimum and Foeniculum vulgare for functional food applications

Sea fennel (Crithmum maritimum L.) and common fennel (Foeniculum vulgare Mill.) are Mediterranean plant species belonging to the Apiaceae family and characterized by their adaptability to challenging harsh environmental conditions. Both species represent potential natural sources of bioactive compounds, particularly phenolics and terpenes, with possible applications in food and sustainable production systems. This study aimed to evaluate novel extraction technologies, including Microwave-Assisted Extraction (MAE), Ultrasound- Assisted Extraction (UAE) and hydrodistillation, for the recovery and characterization of bioactive compounds, with particular emphasis on phenolic compounds, antioxidant activity, and oxidative stability. MAE and UAE extracts were characterized by total phenolic content (TPC) and antioxidant assays, including DPPH, FRAP, and ORAC. The oxidative stability of sunflower oil enriched with selected extracts and essential oils was evaluated using Rancimat and Oxitest analyses, while the volatile composition of the essential oils was determined by GC-MS/MS. Under the conditions evaluated, MAE generally resulted in higher TPC values than UAE in both species, with the highest values obtained at 700 W. Sea fennel generally exhibited higher antioxidant capacity than common fennel, particularly in the MAE extracts. However, antioxidant responses varied according to the extraction conditions and assay employed. The essential oils also showed distinct volatile profiles, with sea fennel mainly characterized by limonene, cis-β-ocimene, and sabinene, whereas common fennel was dominated by anethole and myristicin. The oxidative stability results showed that the high antioxidant activity observed in the extracts through chemical assays did not necessarily translate into oxidative protection in sunflower oil. In contrast, the essential oils showed a slight protective effect in the Rancimat analysis. Overall, MAE was the most effective technique for the phenolic recovery under the conditions evaluated, while antioxidant capacity depended on both extraction conditions and the assay mechanism. These findings provide useful information for the valorisation of sea fennel and common fennel as potential sources of bioactive compounds for food applications.

Il finocchio di mare (Crithmum maritimum L.) a il finocchio comune (Foeniculum vulgare) sono specie vegetali mediterranee appartenenti alla famiglia delle Apiaceae, caratterizzate dalla loro capacità di adattarsi a condizioni ambientali difficili. Entrambe rappresentano potenziali fonti naturali di composti bioattivi, in particolare composti fenolici e terpeni, con possibili applicazioni nel settore alimentare e nei sistemi di produzione sostenibile. Il presente studio ha avuto l’obiettivo di valutare tecnologie innovative di estrazione, tra cui la Microwave-Assisted Extraction (MAE), la Ultrasound-Assisted Extraction (UAE) e l’idrodistillazione, per il recupero e la caratterizzazione di composti bioattivi, con particolare attenzione ai composti fenolici, all’attività antiossidante e alla stabilità ossidativa. Gli estratti ottenuti mediante MAE e UAE sono stati caratterizzati attraverso la determinazione del contenuto fenolico totale (TPC) e mediante saggi di attività antiossidanti, tra cui DPPH, FRAP e ORAC. La stabilità ossidativa dell’olio di girasole arricchito con estratti selezionati e oli essenziali è stata valutata mediante le analisi Rancimat e Oxitest, mentre la composizione volatile degli oli essenziali è stata determinata mediante GC-MS/MS. Nelle condizioni valutate, la MAE ha generalmente prodotto valori di TPC più elevati rispetto alla UAE in entrambe le specie, con i valori massimi ottenuti a 700 W. Il finocchio di mare ha generalmente mostrato una maggiore capacità antiossidante rispetto al finocchio comune, in particolare negli estratti ottenuti mediante MAE. Tuttavia, le risposte antiossidanti sono variate in funzione delle condizioni di estrazione e del saggio utilizzato. Anche gli oli essenziali hanno mostrato profili volatili distinti: il finocchio di mare era caratterizzato da limonene, cis-β-ocimene e sabinene, mentre il finocchio comune era caratterizzato principalmente da anetolo e miristicina. I risultati relativi alla stabilità ossidativa hanno mostrato che l’elevata attività antiossidante degli estratti osservata mediante i saggi chimici non si è necessariamente tradotta in una protezione ossidativa dell’olio di girasole. Al contrario, gli oli essenziali hanno mostrato un lieve effetto protettivo nell’analisi Rancimat. Nel complesso, la MAE è risultata la tecnica più efficace per il recupero dei composti fenolici nelle condizioni valutate, mentre la capacità antiossidante dipendeva sia dalle condizioni di estrazione sia dal meccanismo del saggio utilizzato. Questi risultati forniscono informazioni utili per la valorizzazione del finocchio di mare e del finocchio comune come potenziali fonti di composti bioattivi per applicazioni alimentari.