Ultragarsinis fenolio rūgščių, flavonolių ir flavano{1}olių ekstrahavimas iš muskadinių vynuogių odelių ir sėklų naudojant natūralius giluminius eutektinius tirpiklius ir nuspėjamą modeliavimą naudojant dirbtinį nervų tinklą

Prašau susisiektioscar.xiao@wecistanche.comDaugiau informacijos

AbstraktusŠio tyrimo tikslas buvo ištirti 9 natūralių giluminių eutektinių tirpiklių (NDES) ekstrahavimo efektyvumą naudojant ultragarsą.fenolio rūgštys, flavonoliaiir flavano{0}oliai muskadinių vynuogių (Carlos) odelėse ir sėklose, palyginti su 75 proc. etanolio. Dirbtinis neuroninis tinklas (ANN) buvo pritaikytas siekiant optimizuoti NDES vandens kiekį, ultragarso laiką, kietosios medžiagos ir tirpiklio santykį bei ekstrahavimo temperatūrą, kad būtų pasiektas didžiausias ellaginės rūgšties, katechino ir epikatechino ekstrahavimo išeigas. Naujai sukurtas NDES (#1) sudaro cholino chloridas:levulino rūgštis: etilenglikolis 1:1:2 ir 20 procentai vandens ištraukė didžiausią ellaginės rūgšties kiekį odoje – 22,1 mg/g. Išeiga buvo 1.{7}}kartą didesnė nei 75 proc. etanolio. Modifikuotas NDES (#3), sudarytas iš cholino chlorido: prolino: obuolių rūgšties 1:1:1 ir 30 procentų vandens, išgavo didžiausią katechino (0,61 mg/g) ir epikatechino kiekį. (0,89 mg/g) odoje ir atitinkamai 2,77 mg/g ir 0,37 mg/g sėkloje. Optimalus ellaginės rūgšties kiekis odoje naudojant NDES #1 buvo 25,3 mg/g (pastebėtas) ir 25,3 mg/g (numatomas). Optimalus (katechino ir epikatechino) derlius sėklose naudojant NDES #3 buvo 9,8 mg/g (pastebėtas) ir 9,6 mg/g (numatomas). Šis tyrimas parodė didelį polifenolių pasirinktų NDES ekstrahavimo efektyvumą optimizuotomis sąlygomis.

Norėdami sužinoti daugiau, spustelėkite čia

Įvadas

Natūralūs giluminiai eutektiniai tirpikliai (NDES) gaminami maišant vandenilio jungčių donorus su vandenilio jungties akceptoriais tinkamu moliniu santykiu [1]. Vieno komponento lydymosi temperatūra turi būti žemesnė nei kito [1]. Pakaitinus ir sumaišius, ši terpė kambario temperatūroje tampa skysčiu. Mišiniui stabilizuoti ir poliarizuoti pridedama vandens. Moksliniai tyrimai fitocheminės ekstrahavimo, naudojant NDES, srityje išsiplėtė dėl efektyvaus jų ekstrahavimo ir tirpumo. Nepaisant to, daug veiksnių vaidina svarbų vaidmenį lyginant NDES su organiniais tirpikliais, įskaitant išeigą, kainą, regeneraciją ir toksiškumą. Ankstesni tyrimai tyrė NDES dėl skirtingų polifenolių ekstrahavimo iš įvairių maisto matricų. Pavyzdžiui, Bubalo ir kt. (2016) palygino 5 NDES, vandenį, 70 procentų metanolį (v/v) ir parūgštintą 70 procentų metanolį (v/v), kad iš raudonųjų vynuogių odelių išgautų antocianinus, katechiną ir kvercetiną -3-O-gliukozidą. Nustatyta, kad NDES, sudarytas iš cholino chlorido: oksalo rūgšties (1:1) su 25 procentais vandens (t/v), buvo efektyviausias ekstrahavimo tirpiklis [2]. Kitame tyrime Panic ir kt. (2019) išbandė 8 NDES ir parūgštino 70 procentų etanolio ir pastebėjo, kad cholino chloridas: citrinų rūgštis (2:1) su 30 procentų vandens (v/v) yra geriausias NDES antocianinams išgauti iš vynuogių išspaudų [3]. Muscadine vynuogės (Vitis rotundifolia) yra kilusios iš pietryčių valstijų ir yra pirmosios kultivuojamos laukinės vynuogės Jungtinėse Valstijose [4]. Muscadine vynuogės auginamos 12 valstijų ir iš viso apie 5000 akrų [5]. Yra 100 muskadinių vynuogių veislių, kurių kiekviena skiriasi fizinėmis, juslinėmis ar cheminėmis savybėmis [4]. Tarp jų Carlos yra plačiai pasodinta muskadinių vynuogių veislė dėl didelio derliaus ir augančios konsistencijos [4]. Carlos muscadine vynuogės yra vidutinio dydžio, bronzinės spalvos, storesnės odelės ir turi vidutiniškai keturias sėklas [6]. Muscadine vynuogėse yra didelis kiekispolifenoliaikurie, kaip žinoma, mažina uždegimą [7], slopina prostatos naviko augimą [8] ir gerina diabetu sergančių žmonių metabolinį atsaką [9]. Muscadine vynuogių išspaudos, šalutinis muskadinių vynuogių sulčių spaudimo arba vyno gamybos produktas, susideda iš odelių ir sėklų. Ankstesniame tyrime buvo naudojamas acetonas: vanduo: acto rūgšties mišinys (70: 29,7:0,3, v/v), kad iš aštuonių Floridoje auginamų muskadinių vynuogių veislių sėklų, odelės ir minkštimo būtų išgauti fenolio junginiai, įskaitant Carlosą [10]. Tačiau degių organinių tirpiklių naudojimas ir mažas jų ekstrahavimo efektyvumas trukdė praktiškai pritaikyti. Didžioji dalis muskadinių vynuogių išspaudų vis dar išmetama kaip atliekos. Dirbtinis neuroninis tinklas (ANN) yra netiesinė kartografavimo sistema, kurią sudaro įvairūs pagrindiniai apdorojimo įrenginiai, sujungti svertinėmis asociacijomis. Šie apdorojimo įrenginiai vadinami „neuronais“ [11]. Dirbtinis neuroninis tinklas yra mašininio mokymosi metodas, skirtas prognozuoti arba prognozuoti atsaką, pagrįstą keliomis įvestimis [11]. Ankstesniuose tyrimuose buvo taikomi atsako paviršiaus metodai (RSM) ekstrahavimo optimizavimui ir prognozavimui. Tačiau keliuose tyrimuose ANN buvo naudojamas tam pačiam tikslui. Pavyzdžiui, Sinha ir kt. (2013) teigė, kad ANN geriau nuspėja nei RSM iš Bixa Orellana (Annatto) sėklų išgaunant natūralius dažus [12]. Panašiame tyrime Ciric ir kt. (2020) pranešė, kad ANN modelis buvo geresnis nei RSM, numatant fenolio junginių ekstrahavimą iš česnako [13]. Šio tyrimo tikslas buvo ultragarsu ištirti 9 NDES iš fenolio rūgščių, flavonolių ir flavano{17}olių ekstrahavimo efektyvumą, palyginti su 75 proc. etanolio. ANN buvo taikomas norint numatyti ir optimizuoti fenolio derliaus ekstrahavimo sąlygas. Hipotezė buvo ta, kad NDES su specifinėmis kompozicijomis išskiria didesnį fenolio rūgščių, flavonolių ir flavanolių kiekį nei 75 proc. etanolio, o didžiausią ekstrahavimo efektyvumą galima pasiekti naudojant ANN pagrįstą nuspėjamą modeliavimą.

2. Medžiagos ir metodai 2.1. Cheminės medžiagos ir reagentai Cholino chloridas, levulino rūgštis, 1,2-propandiolis, DL-obuolių rūgštis, oksalo rūgštis, druskos rūgštis ir skruzdžių rūgštis buvo gauti iš Acros Organics (Morris Plains, NJ, JAV). Pieno rūgštis, etilenglikolis, glicinas, HPLC klasės acetonitrilas, metanolis ir etanolis buvo įsigyti iš Fishers Scientific (Waltham, Massachusetts, JAV). L-prolinas ir betaino hidrochloridas buvo įsigyti iš Alfa Aesar (Ward Hill, MA, JAV). HPLC lygio ellago rūgšties, galo rūgšties, ferulo rūgšties, (plius)-katechino, (-)-epikatechino, miricetino, kvercetino ir kaempferolio standartai buvo įsigyti iš Sigma Aldrich (St. Louis, MO, JAV).

2.2. NDES dizainasNDES Nr. 1–2 1 lentelėje buvo sukurti mūsų ankstesniame tyrime [14]. Cholino chloridas NDES #1–2 buvo pasirinktas kaip vandenilio akceptorius, o kiekvienam naujam NDES buvo pasirinkti du skirtingi vandenilio donorai. Moliniai santykiai tarp vandenilio donorų ir akceptoriaus bei vandens kiekio buvo nustatyti preliminariais eksperimentais. 1 lentelėje esantys NDES Nr. 3–9 buvo atrinkti iš literatūros, nes ankstesni tyrimai nustatė, kad jie yra veiksmingi NDES ekstrahuojant polifenolius. Vandens kiekis NDES #3 buvo pakeistas iš nurodytos literatūros. NDES paruošimui buvo pritaikytas šildymo metodas [15]. Trumpai tariant, vandenilio jungties akceptorius buvo sumaišytas su kiekvienu vandenilio jungties donoro komponentu Erlenmeyerio kolbose su maišymo juosta. Kolboje esantis mišinys buvo uždarytas ir kaitinamas 50 ◦C temperatūroje apie 30 min. arba tol, kol susidarė skaidrus skystis, kuris kambario temperatūroje išliko stabilus. Vandens kiekis 1 lentelėje buvo apskaičiuotas pagal galutinį NDES mišinių tūrį. 1 lentelėje išvardytų NDES pH buvo matuojamas naudojant pH metrą (AB15, Accumet, Fisher Scientific, Waltham, MA, JAV). 2.3. Mėginio paruošimas / Ekstrahavimas ultragarsu Šaldytų muskadinių vynuogių (Vitis rotundifolia) žievelės ir sėklos (kultivara: Carlos) buvo pagamintos iš Paulk Vineyards (Wray, Džordžija, JAV). Pašalinus lukštus, lapus ar lapkočius, išspaudos buvo atskirtos į sėklas ir odą. Tada mėginiai buvo džiovinami vakuuminėje krosnyje (Isotemp, modelis 285A, Fisher Scientific, Waltham, Massachusetts, JAV) 6{76}} ◦C temperatūroje ir vakuuminiame slėgyje, mažesniame nei –30 in.Hg. Tada mėginiai buvo homogenizuoti į smulkius miltelius, naudojant chimerinį malūnėlį (A1{{105}}00, RRH Inc., 2800 W, Džedziangas, Kinija). Naudojant pradinį kietosios medžiagos ir tirpiklio santykį 1:20 (g: ml), 0,50 g muskadino vynuogių odelės arba sėklų buvo sumaišyta su 10 ml NDES arba 75 procentų etanolio trimis egzemplioriais. Tada mėginiai buvo patalpinti į vandens vonią (60 ◦C) ir apdoroti ultragarsu (VCX 1500, Sonics & Materials Inc., 1500-vatas, 50/60 Hz, Niutaunas, CT, JAV) 30 minučių 100 proc. amplitudė dviem raundams (15 min/ratas). Tada mėginiai buvo nedelsiant centrifuguojami (Sorvall ST 8, Fisher Scientific, Sudžou, Kinija) 3260 g greičiu, kol buvo gautas skaidrus supernatantas. Galiausiai supernatantai buvo surinkti ir laikomi –20 ◦C šaldiklyje, kad būtų galima HPLC analizuoti fenolio rūgštis (elago rūgštis, galo rūgštis, ferulo rūgštis), flavonolius (miricetiną, kvercetiną ir kempferolį) ir flavano rūgštis. (katechinas ir epikatechinas). 2.4. Fenolio rūgščių, flavonolių ir flavan{48}olių HPLC analizės Fenolio rūgštys, flavonoliai ir flavan{49}oliai buvo analizuojami HPLC sistema (Agilent Technologies 1200, Waldbronn, Vokietija) pagal metodą, aprašytą Sandhu ir Gu (2013) [16]. HPLC sistemą sudaro dvejetainis siurblys, automatinis mėginių ėmiklis, termostatuotas kolonėlės skyrius, diodų matricos detektorius ir fluorescencinis detektorius. Prieš fenolio rūgščių ir flavonolių analizę buvo hidrolizuoti vynuogių odelių arba sėklų ekstraktai. Hidrolizė buvo atlikta sumaišius 1 ml ekstrakto su 4 ml hidrolizės tirpalo (1,2 M HCl, kuriame yra 50 procentų metanolio) ir įdedant į vandens vonią (Precision, Model 2837, 400 W, 50/60 Hz, Thermo Scientific, Marietta , OH, JAV) 90 ◦C temperatūroje 80 min. Tada mėginiai buvo atšaldyti iki 25 ◦C, po to 5 minutes apdoroti ultragarsu. Ekstrakto hidrolizė nebuvo reikalinga atliekant katechino ir epikatechino analizę. Prieš atliekant HPLC analizę, hidrolizuoti ir nehidrolizuoti ekstraktai buvo filtruojami per 0, 45 μm politetrafluoretileno (PTFE) membraną. Ellaginės rūgšties, galo rūgšties, ferulo rūgšties, miricetino, kvercetino, kempferolio, katechino ir epikatechino analizei į SB-C18 kolonėlę (4,6 × 250 mm, 5 µm, Zorbax, Agilent, Santa Clara) buvo įšvirkšta 10 µL. JAV). Judančios fazės buvo (A) 0,5 procentų skruzdžių rūgšties ir (B) 100 procentų acetonitrilo. Srauto greitis buvo 1 ml/min su 25 min modifikuotu gradientu: 0-5 min., 10-30 proc. B; 5–10 min., 30–40 procentų B; 10–20 min., 40–50 procentų B; 20–25 min., 50–10 procentų B; po to 5 min. Kolonėlės temperatūra buvo nustatyta 30 ◦C. Aptikimo bangos ilgis buvo 260 nm ellago rūgšties, galo rūgšties ir ferulo rūgšties ir 360 nm miricetino, kvercetino ir kaempferolio fotodiodų matricos detektoriumi. Katechino ir epikatechino sužadinimas ir emisija buvo atitinkamai 230 nm, 321 nm, naudojant fluorescencijos detektorių. Polifenolio junginiai buvo kiekybiškai įvertinti naudojant standartines ellago rūgšties, galo rūgšties, ferulo rūgšties, miricetino, kvercetino, kempferolio, katechino ir epikatechino kreives. Visos standartinės kreivės turėjo 7 taškus, o R2 > 0,99. 2.5. Individualus dirbtinio neuroninio tinklo dizainas Keturi nepriklausomi ekstrahavimo kintamieji su keturiais lygiais: vandens kiekis (15–60 proc.), ultragarso veikimo laikas (5–35 min.), kietosios medžiagos ir tirpiklio santykis (1:5–1:20) ir ekstrahavimas. temperatūra (30–60 ◦C) (S1 lentelė) buvo pritaikyta siekiant optimizuoti fenolio rūgščių, flavonolių ir flavan{122}olių ekstrahavimo išeigą. Skirtingai nuo klasikinių dizainų, tokių kaip atsako paviršiaus dizainas, ANN pagrįstas dizainas nereikalauja kartoti paleidimų ir teikia pirmenybę kitokiai duomenų struktūrai. Ankstesniame mūsų tyrime [14] ANN buvo patikimesnis ekstrahavimo išeigos prognozavimo metodas nei RSM. Todėl šiame tyrime buvo pasirinktas ANN, siekiant numatyti ellaginės rūgšties, katechino ir epikatechino ekstrahavimo išeigą. JMP Pro (14.2 versija, SAS Institute Inc., Cary, NC, JAV) buvo sukurtas pritaikytas dizainas su 40 paleidimų (S2 lentelė), kad būtų pateikti duomenys, skirti konkrečiai ANN nuspėjamajam modeliavimui. Siekiant pašalinti bet kokį šališkumą, buvo pritaikytas 40 važiavimų atsitiktinis atkūrimas. Pagrindinė ANN lygtis parodyta taip:=∑jj=1 wh jpg plius bhk, k=1toK (1), kur h yra neuronų skaičius paslėptame sluoksnyje, j ir k yra atitinkamai įvesties kintamųjų ir paslėptų neuronų skaičius, p yra įvesties kintamasis, bh yra paslėpto sluoksnio poslinkis ir wh yra paslėptojo sluoksnio svoris. Ellaginės rūgšties, katechino ir epikatechino ekstrahavimo išeiga, palyginti su keturiais nepriklausomais kintamaisiais, buvo analizuojama naudojant ANN, pirmiausia mokant duomenis, o tada pasirenkant geriausią aktyvinimo tipą ir daugybę neuronų, dėl kurių duomenys tinkamai suderinami. Norint įvertinti prognozavimo modelių sėkmę, buvo įvertintos trys reikšmės: R kvadratas, kvadratinė šaknis iš vidutinės kvadratinės prognozės paklaidos (RASE) (2 lygtis) ir vidutinė absoliuti paklaida (AAE). RASE yra RASE=̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ SSE/n √ (2) Kai SSE paaukoja kvadratą ir susumuoja numatymo klaidas (skirtumus tarp faktinių ir numatytų atsakymų), o n daugeliui stebėjimų. R kvadratas artimas 1, kai RASE ir AAE yra artimi nuliui, reiškia didesnį duomenų pritaikymą modeliui. 2.6. Statistika Fenolio rūgščių, flavonolių ir flavano{142}olių ekstrahavimo išeiga buvo lyginama su vienpuse ANOVA, o po to Stjudento t-testu, kai p Mažiau arba lygus 0,05, naudojant JMP Pro (14.2 versija, SAS Institute Inc., Cary, NC, JAV). Kiekvienas nde ir 75 procentai etanolio buvo lyginami naudojant Dunnett testus, kai p Mažiau arba lygus 0,05. Pagrindinių komponentų analizė (PCA) buvo atlikta naudojant JMP Pro (14.2 versija, SAS Institute Inc., Cary, NC, JAV) fenoliniams junginiams, ekstrahuotoms iš muskadino vynuogių odelės ir sėklų. 3. Rezultatai ir aptarimas 3.1. Polifenoliai, išgauti NDES iš muskadinių vynuogių odelių. Devyni NDES ir 75 procentai etanolio buvo panaudoti polifenoliams iš muskadinių vynuogių odelių ekstrahuoti. 2 lentelėje parodyta ellago rūgšties, galo rūgšties, ferulo rūgšties, miricetino, kvercetino, kaempferolio, katechino ir epikatechino ekstrahavimo išeiga. Elago rūgštis buvo gausiausias ekstrahuojamas polifenolis vynuogių odoje, po to atitinkamai seka galo ir ferulo rūgštis. Ši išvada atitiko ankstesnius tyrimus [17, 18]. NDES Nr. 1, Nr. 8, Nr. 7, Nr. 3, Nr. 2 ir Nr. 9 vynuogių odoje ekstrahavo žymiai didesnį ellaginės rūgšties kiekį nei 75 procentai etanolio. Didžiausią ellaginės rūgšties ekstrahavimo išeigą pasiekė NDES #1, po to NDES #8 atitinkamai 22,1 ± 2,2 mg/g ir 21,3 ± 2,5 mg/g (2 lentelė). Tačiau pagal Stjudento t testą reikšmingo skirtumo tarp NDES #1 ir NDES #8 nebuvo. Įdomu tai, kad buvo nustatyta, kad NDES #1 yra mažiausiai efektyvus NDES, iš kurio galima išgauti antocianinus

spanguolių išspaudos [14]. Tai leido manyti, kad NDES #1 gali selektyviai ekstrahuoti ellago rūgštį arba ellagitanninus iš maisto matricos, kurioje taip pat yra antocianidinų. Toks selektyvumas gali būti siejamas su NDES ir specifinių fenolio klasių molekulinės sąveikos skirtumais. S1 paveiksle (A skydelyje) parodyta galio rūgšties, ellaginės rūgšties ir ferulo rūgšties, išskirtos iš vynuogių odelės NDES Nr. 1 ir aptiktos esant 260 nm, HPLC chromatograma. 75 procentų etanolis išgavo 12,7 ± 1,2 mg ellaginės rūgšties viename grame vynuogių odos. Mažiausia ellaginės rūgšties ekstrahavimo išeiga buvo stebima NDES #4 – 7,44 ± 0,6 mg/g. Galo rūgšties ekstrahavimo išeiga pagal NDES #9, #8, #1, #4, #7 ir #3 buvo panaši ir žymiai didesnė nei 75 procentai etanolio. Didžiausias galo rūgšties kiekis buvo išgautas NDES Nr. 9 esant 10,4 ± 0,5 mg/g, o mažiausias kiekis – 5,55 ± {{40}} .1 mg/g buvo ekstrahuotas NDES Nr. 5. Didžiausias ferulo rūgšties kiekis buvo ekstrahuotas NDES #1 esant 6,32 ± 0,7 mg/g, o mažiausias kiekis buvo ekstrahuotas NDES #5 - 3,11 ± 0.{{5{{52 }}}} mg/g. Be to, nebuvo reikšmingo skirtumo tarp NDES #1 ir 75 procentų etanolio ekstrahuojant ferulo rūgštį (2 lentelė). Didžiausias katechino ir epikatechino kiekis buvo išskirtas naudojant NDES #3, esant 0,61 ± 0,1 mg/g ir 0,89 ± 0,1 mg/ g, atitinkamai (2 lentelė). Tuo tarpu NDES #3 ir #6 išgavo žymiai didesnį epikatechino kiekį nei 75 procentai etanolio. S2 paveiksle (A skydelyje) parodyta katechino ir epikatechino, išskirto NDES #3 iš vynuogių odelės, HPLC chromatograma. Tačiau 75 procentų etanolio ekstrakte katechino nebuvo aptikta. Mažiausi katechino (0.02 mg/g) ir epikatechino ({{90}},14 mg/g) kiekiai buvo išgauti naudojant NDES #2 ir NDES # 5, atitinkamai. Gausiausiai flavonolio buvo miricetino, o mažiausiai – kaempferolio. Dunnett testas parodė, kad NDE ir 75 procentai etanolio buvo panašūs ekstrahuojant miricetiną, kvercetiną ir kaempferolį (2 lentelė). Didžiausias miricetino kiekis buvo išgautas NDES #1 (1,84 mg/g), po to 75 procentai etanolio (1,73 mg/g), o vėliau NDES #8 (1,67 mg/g). Didžiausias kvercetino kiekis buvo išgautas naudojant 75 proc. etanolį (0.41 mg/g), NDES Nr. 1 (0.40 mg/g) ir NDES Nr. 8 ({ {143}}.38 mg/g). Priešingai, mažiausi miricetino ir kvercetino kiekiai buvo išgauti naudojant NDES Nr. 5 atitinkamai 0,87 mg/g ir 0,27 mg/g. Ši išvada dar labiau pabrėžia bendrą silpną NDES #5 gebėjimą išgauti polifenolius iš vynuogių odos. Didžiausias kaempferolio kiekis buvo ekstrahuotas 75 procentų etanoliu (0.05 mg/g), o mažiausias – NDES #5 ir NDES#6 (0,03 mg/g). S1 paveiksle (B skydelis) pavaizduota miricetino, kvercetino ir kaempferolio HPLC chromatograma, išskirta iš vynuogių odelės NDES #1, aptikta ties 360 nm. Didžiausias fenolio rūgščių, flavonolių ir flavano{103}} olių kiekis buvo 40,7 mg/g, ekstrahuotas NDES Nr. 1, po to 39,8 mg/g, ekstrahuotas NDES Nr. 8, o mažiausia suma buvo 18,4 mg/g. pagal NDES #5 (2 lentelė). NDES pH svyravo tarp 0,3 ir 3,3 (1 lentelė). Koreliacija tarp NDE pH ir fenolio rūgščių, flavonolių ir flavano{119}olių išeigų R kvadratu pateikta 2 lentelėje. Koreliacijos tarp pH ir ekstrahavimo derlių trūkumas rodo, kad pH neturėjo įtakos ekstrahavimo efektyvumui. 3.2. Polifenoliai, išgauti naudojant NDES iš muskadininių vynuogių sėklų Bendras fenolio rūgščių, flavonolių ir flavanolių iš vynuogių sėklų ekstrahavimo derlius buvo pastebimai mažesnis nei iš odelių (3 lentelė). Sėklose daugiausiai ekstrahuojamų polifenolių buvo katechinas ir epikatechinas, o kaempferolio neaptikta. Sudėtinga sėklų matrica, kurioje yra aliejaus (13 proc., sausos bazės masė), yra galimas prasto fenolinių junginių ekstrahavimo iš vynuogių sėklų paaiškinimas [19]. Didžiausias katechino kiekis buvo išskirtas naudojant NDES #3 – 2,77 mg/g (3 lentelė). Šis derlius buvo žymiai didesnis nei visų kitų NDES ir 75 procentų etanolio. S2 paveiksle (B skydelis) parodyta katechino ir epikatechino, ekstrahuoto NDES #3 iš vynuogių sėklų, HPLC chromatograma. Mažiausias katechino kiekis buvo ekstrahuotas NDES #5 0,30 mg/g. Visi NDES, išskyrus NDES Nr. 1, Nr. 2 ir Nr. 9, ekstrahavo žymiai didesnį epikatechino kiekį nei 75 procentai etanolio (3 lentelė). Didžiausios epikatechino koncentracijos buvo ekstrahuotos NDES #4 (0,71 mg/g) ir NDES #5 (0,68 mg/g), o mažiausia – 75 procentų etanoliu (0,11 mg/g). Gallio rūgštis buvo gausiausia ekstrahuojama fenolio rūgštis vynuogių sėklose, po to atitinkamai ferulo rūgštis ir ellaginė rūgštis. Didžiausią galios rūgšties kiekį išgavo NDES #4 0,45 mg/g, po to seka NDES #9 ir NDES #8. Šie NDE išgavo žymiai didesnį galio rūgšties kiekį nei 75 procentai etanolio. Mažiausias galo rūgšties kiekis (0,2 mg/g) buvo išgautas NDES #3. Aukščiausia ištrauka

elago rūgšties išeiga buvo gauta naudojant NDES #9 (0.26 mg/g), po to NDES #6 (0.17 mg/g), kurie buvo žymiai didesni nei 75 procentai etanolio. Panašiai NDE Nr. 3 ekstrahavo mažiausią ellaginės rūgšties kiekį, esant 0.05 mg/g. Be to, NDES #6, #7 ir #3 išgavo žymiai didesnį ferulo rūgšties kiekį nei 75 procentai etanolio. Mažiausia ferulo rūgšties ekstrahavimo išeiga buvo 0,5 mg/g pagal NDES Nr. 5. Be to, NDES #9 ekstrakte ferulo rūgšties neaptikta. Tikėtina, kad ferulo rūgšties tirpumas NDES #9 buvo mažesnis nei kitose NDE. Didžiausias miricetino ekstraktas buvo gautas naudojant 75 procentus etanolio ir NDES Nr. 7 esant 0,18 mg/g, kurie buvo didesni nei visi NDE. Didžiausia kvercetino ekstrahavimo išeiga buvo NDES #6 (0.14 mg/g) ir NDES #3 (0,13 mg/g), o abu NDES buvo geresni nei 75 procentai etanolio. Panašiai NDES pH neturėjo įtakos ekstrahavimo išeigai, kaip rodo maža koreliacija (R kvadratas) tarp NDE pH ir fenolio rūgščių, flavonolių ir flavan{31}olių išeigos, nurodytos 3 lentelėje. 3.3. . Atlikta pagrindinių komponentų analizė (PCA), siekiant susieti įvairių fenolinių junginių išeigą vynuogių odoje ir sėklose su NDE ir 75 procentų etanoliu (1 pav.). PCA buvo atlikta koreliacinėje matricoje, siekiant nustatyti galimą kai kurių NDE selektyvumą specifinių fenolio junginių ar grupių ekstrahavimui. Apie 85 procentus odos duomenų dispersijos paaiškino pagrindiniai 1 ir 2 komponentai. Pakrovimo diagrama (1B pav.) rodo didelę fenolio rūgščių (elago rūgšties, galo rūgšties, ferulo rūgšties) ir flavonolių (miricetino, kvercetino, ir kaempferolis). Šioms grupėms išskirti geriausi tirpikliai yra NDES #1, #8, #7 ir 75 procentų etanolis, kaip parodyta taškų diagramoje (1A pav.). Tuo tarpu katechinas ir epikatechinas pasirodė atskirti nuo likusių fenolinių grupių. Kaip parodyta 1A pav., NDES #3 buvo selektyvus ekstrahuojant katechiną ir epikatechiną iš vynuogių odelių. Tai buvo įdomus pastebėjimas, nes NDES#3 buvo vienas mažiausiai veiksmingų NDES proantocianidinams, kurie yra katechino ir epikatechino oligomerai ir polimerai, išgauti [14]. Tai rodo, kad NDES #3 gali būti selektyvus mažesnio molekulinio dydžio proantocianidinams. Fenolinių junginių sankaupos odelės pakrovimo sklype (1B pav.) skyrėsi nuo sėklų (1D pav.), nepaisant mažo šių junginių derliaus vynuogių sėklose. Pirmasis ir antrasis pagrindiniai komponentai paaiškino apie 73 procentus sėklų duomenų dispersijos. Kvercetinas, miricetinas ir ferulo rūgštis buvo efektyviau ekstrahuojami naudojant NDES #6, #7 ir 75 procentų etanolį, kaip parodyta taškų diagramoje (1C pav.). Elago rūgštis ir galo rūgštis buvo efektyviau išgaunamos naudojant NDES #9. Vėlgi, katechinas buvo išgautas didžiausiu efektyvumu naudojant NDES #3, kuris buvo panašus į tą, kuris buvo stebimas naudojant vynuogių odeles. Epikatechinas buvo išgautas efektyviau naudojant NDES #5, #4 ir NDES #8.

3.4. Fenolio rūgščių ir flavonolių ekstrahavimo iš muskadininių vynuogių žievelių optimizavimas ir ANN prognozavimo modeliavimas Cholino chloridas: levulino rūgštis: etilenglikolis 1:1:2 (NDES #1) parodė didžiausią ellaginės rūgšties ekstrahavimo išeigą, todėl buvo pasirinktas tolesniam optimizavimui. prognozė. Fenolio rūgščių ir flavonolių ekstrahavimui buvo įvertintas keturių veiksnių, įskaitant vandens kiekį, ultragarso laiką, kietosios medžiagos ir tirpiklio santykį bei ekstrahavimo temperatūrą, poveikis. Be to, keturi kiekvieno ekstrahavimo faktoriaus lygiai buvo taikomi iš viso 4{121}} atsitiktinių imčių važiavimuose. Eksperimentinė ellago rūgšties, galo rūgšties, ferulo rūgšties, miricetino ir kvercetino ekstrahavimo išeiga kartu su šių penkių suma parodyta 4 lentelėje. Apskritai ekstrahavimo išeigos skirtumas tarp mažiausio ir didžiausio buvo gana didelis. fenolio rūgštims. Pavyzdžiui, mažiausia ellaginės rūgšties išeiga buvo 9.{123}}3 mg/g (17 bandymas), o didžiausia – 25,3 mg/g (15 bandymas), todėl skirtumas buvo 16,2 mg/g. (bėgimas Nr. 17). Be to, mažiausia derliaus suma buvo 20,7 mg/g, o didžiausia – 71,5 mg/g. Tai iliustruoja reikšmingą skirtingų kiekvieno gavybos faktoriaus lygių poveikį ekstrahavimo išeigai. 15 paleidimas išgavo didžiausią ellaginės rūgšties kiekį. Ekstrahavimo sąlyga 15 paleidimo metu buvo 45 ml /10{{130}} ml vandens, 25 min. ultragarsu, 1:10 (g: ml) kietosios medžiagos ir tirpiklio santykis o ištraukimo temperatūra 60 ◦C. S3 paveiksle parodyta HPLC chromatograma optimizuotų fenolio rūgščių, ekstrahuotų iš vynuogių odelės naudojant NDES Nr. 1 (4 lentelės paleidimas Nr. 15). Didžiausia galo rūgšties koncentracija (18,7 mg/g) buvo pasiekta ekstrahavimo sąlygomis 24 bandyme, o mažiausia – 6,63 mg/g naudojant 40 bandymą. Naudojant ferulo rūgštį 22 bandymu buvo išgautas didžiausias kiekis – 19,2 mg/g, o 14, 17, 29 ir 34 bandymuose ferulo rūgšties neaptikta. 22 paleidimas buvo ekstrahuotas naudojant 60 ml / 100 ml vandens, 5 min ultragarsu, 1:5 kietosios medžiagos ir tirpiklio santykiui, o ekstrahavimo temperatūra 60 ◦C. 2 paleidimo metu buvo išgautas didžiausias miricetino (10,1 mg/g) ir kvercetino (1,87 mg/g) kiekis. Ekstrahavimo sąlygos 2 paleidimo metu buvo 60 ml/100 ml vandens, 35 min. ultragarsu, 1:20 kietojo ir tirpiklio santykiui, o ekstrahavimo temperatūra 60 ◦C. Mažiausias mano tam tikras derlius (3,79 mg/g) buvo išgautas paleidus Nr. 40. Kontūriniai brėžiniai 2 pav. parodo ekstrahavimo parametrų (X1, X2, X3 ir X4) poveikį numatomam ellaginės rūgšties, išgautos NDES #1 iš vynuogių odelės, išeigai. Šiems skaičiavimo sklypams sudaryti buvo panaudotas 4 lentelėje nurodytas ellaginės rūgšties derlius. Kiekvienas skydelis iliustruoja 2 ekstrahavimo parametrų poveikį. Kontūro linijos pažymėtos ellaginės rūgšties kiekiu (mg/g). Optimalus numatomas vandens kiekis buvo apie 35–45 ml/100 ml NDES, kaip parodyta 2B ir 2C pav. Ilgesnis ultragarsinio apdorojimo laikas padidino ellaginės rūgšties išeigą (2D ir 2E pav.), o tai rodo lemiamą ultragarsinio apdorojimo vaidmenį NDES ekstrakcijoje. Ekstrahavimo metu, maišant vynuogių odeles ar sėklas su NDES, atsirado dalelių ir dujų, dėl kurių atsirado ultragarso akustinės kavitacijos vietos, kad NDES susidarytų daug mažų burbuliukų. Šių burbuliukų sprogimas sukėlė ekstremalią temperatūrą, slėgio skirtumą, didelę šlyties jėgą, makroturbulencijas ir mikro maišymą, o tai veiksmingai sujaudino NDES, kad paspartintų masės difuziją ir perdavimą. Kai kavitacijos burbuliukai sprogo ant vynuogių kauliukų ar odelės dalelių paviršiaus, dėl susidariusių mikropurkštų ir dalelių susidūrimų paviršius nulupo, eroziją, dalelių irimą, sonoporaciją ir ląstelių ardymą [20]. Visi šie mechaniniai ultragarso sukeltos kavitacijos poveikiai sustiprino NDE įsiskverbimą į ląstelės vidų, todėl tarpląsteliniai fenoliai iš maisto matricos buvo perkelti į tirpiklius. Optimalus kietosios medžiagos ir tirpiklio santykis buvo 1:10, kaip parodyta 2B, 2D ir 2F pav. Galiausiai, aukštesnė ekstrahavimo temperatūra iki 60 ◦C, atrodo, turi teigiamą poveikį ellaginės rūgšties ekstrahavimui, kaip parodyta 2C, 2E ir 2F pav. Tai rodo tiesioginį ryšį tarp ekstrahavimo temperatūros ir ellaginės rūgšties, išgautos iš vynuogių odelės, derliaus. Ellaginės rūgšties ekstrahavimo išeiga (4 lentelė) buvo analizuojama prognozavimo modeliavimui naudojant dirbtinį neuroninį tinklą. Eksperimentiniai duomenys buvo atsitiktinai suskirstyti į mokymo rinkinį ir patvirtinimo rinkinį. Priežastis, kodėl reikia įtraukti statistinės programinės įrangos patvirtinimą, yra užkirsti kelią perdėtai pritaikymui. Norint prognozuoti ellaginės rūgšties išeigą (Y), buvo įvertinti tie patys keturi nepriklausomi ekstrahavimo faktoriai (X1, X2, X3 ir X4), 1–2 paslėpti sluoksniai su skirtingu neuronų skaičiumi ir trys aktyvinimo funkcijos. Taikytos aktyvinimo funkcijos buvo hiperbolinės tangentės, tiesinės ir Gauso. Tada duomenų rinkiniai buvo mokomi tol, kol buvo pasiekta didelė R kvadrato vertė tiek mokymui, tiek patvirtinimui. Buvo sukurti prognozavimo duomenys ir modelis. Geriausia ANN struktūra buvo pasirinkta analizuojant keturis įvestis (X1, X2, X3 ir X4) su vienu paslėptu sluoksniu, naudojant Gauso funkciją su dešimčia neuronų (S5 pav.). Treniruočių ir patvirtinimo rinkinių R kvadratas buvo 0,99, o modelio RASE ir AAE buvo atitinkamai 0,062 ir 0,044. Šiame tyrime ellaginės rūgšties ANN patvirtinimo R kvadratas (0,99) buvo didesnis nei procianidinų (0,95) ir antocianinų (0,91) patvirtinimo ANN (0,91) ankstesniame tyrime [14]. Tačiau šis R2 padidėjimas gali būti siejamas su geresniu šio tyrimo duomenų modeliu, kuris gali būti dėl mažesnių eksperimentinių klaidų. Nuspėjamieji ANN modeliai ellaginės rūgšties ekstrahavimui naudojant NDES #1 buvo parodyti kaip 3–13 lygtis:

Cistanche imunitetui gerinti

Išvada

Dabartinės išvados pateikė papildomų įrodymų apie NDES gebėjimų išgauti polifenolius iš maisto pramonės šalutinių produktų veiksmingumą. Rezultatai patvirtino hipotezę, kad ultragarsu naudojant NDES ekstrahuojamas daugiau nei 75 procentai etanolio. NDES iš vynuogių odelių ir sėklų efektyviai išgavo tris fenolio rūgštis, du flavonolius ir tris flavan{3}olius. NDES #1 buvo efektyviausias NDES ekstrahuojant ellago rūgštį, o NDES #3 buvo ypač selektyvus katechino ir epikatechino ekstrahavimui. Pastebimas NDES trūkumas yra didelis jų klampumas, kuris kelia iššūkių tvarkant ir regeneruojant. Šiame tyrime dirbtinis neuroninis tinklas, nepaisant jo rezultatų apribojimų, parodė praktinį nuspėjamojo modeliavimo metodą. NDE yra tvirta terpė fitocheminėms medžiagoms iš maisto sistemų atgauti. Kai kurios NDE taip pat yra mažiau toksiškas tirpiklis, skirtas tirti šias fitochemines medžiagas gyvose ląstelėse [21, 22]. Galiausiai natūralūs giluminiai eutektiniai tirpikliai yra veiksmingos alternatyvios organinių tirpiklių ekstrahavimo terpės.

Nuorodos

[1] W. Bi, M. Tian, ​​KH Row, Alkoholio pagrindo giluminio eutektinio tirpiklio įvertinimas ekstrahuojant ir nustatantflavonoidųsu atsako paviršiaus metodikos optimizavimu, J. Chromatogr. A 1285 (2013), 22–30, https://doi.org/10.1016/j. chroma.2013.02.041.
[2] M. Cvjetko Bubalo, N. ´ Curko, M. Tomaˇsevi´c, K. Kovaˇcevi´c Ghani's, I. Radojˇci´c Redovnikovi´c, Žalioji vynuogių odelės fenolio ekstrakcija naudojant giluminius eutektinius tirpiklius, Food Chem. 200 (2016) 159–166, https://doi.org/10.1016/j. foodchem.2016.01.040.
[3] M. Panic, V. Gunjevi´c, G. Cravotto, I. Radojˇci´c Redovnikovi´c, Įgalinimo technologijos vynuogių išspaudų antocianinams ekstrahuoti naudojant natūralius giluminius eutektinius tirpiklius iki pusės litro partijomis vynuogių išspaudų antocianinų ekstrahavimas naudojant NADES, Food Chem. 300 (2019) 125185, https://doi.org/ 10.1016/j.foodchem.2019.125185.
[4] M. Hoffmann ir kt., Muscadine Grape Production Guide for the Southeast, North Carolina State University, NC State Extension Publications, 2020 https://content. ces.ncsu.edu/muscadine-grape-production-guide (prieiga 2021 m. sausio 18 d.). [5] Cline, B. ir C. Fisk, Muscadine vynuogių plotų, veislių ir auginimo vietovių pietryčių JAV apžvalga. Muscadine vynuogių dirbtuvės kooperatyvų plėtimo agentams, Pietų regiono mažų vaisių konsorciume. 2006: Pietų regiono smulkiųjų vaisių konsorciumas.
[6] PC Andersenas A. Sarkhoshas D. Huffas J. Bremanas 2020 6 10.32473/edis-hs100-2020.
[7] P. Greenspan ir kt., Muscadine vynuogių (Vitis rotundifolia) priešuždegiminės savybės, J. Agric. Maistas. Chem. 53 (22) (2005) 8481–8484, https://doi.org/ 10.1021/jf058015.
[8] DN Ignacio, KD Mason, EC Hackett-Morton, C. Albanese, L. Ringer, WD Wagner, PC Wang, MA Carducci, SK Kachhap, CJ Paller, J. Mendonca, L. Li Ying Chan, Bo Lin, DK Hartle, JE Green, CA Brown, TS Hudson, Muscadine vynuogių odos ekstraktas slopina prostatos vėžio ląsteles, sustabdydamas ląstelių ciklą ir sumažindamas migraciją per šilumos šoko baltymą 40, Heliyon 5 (1) (2019) e01128, https://doi .org/10.1016/j.heliyon.2019.e01128.