Περίληψη

Cistanche deserticolaΤο Ma, κοινώς γνωστό ως "τζίνσενγκ της ερήμου", είναι ένα πολύτιμο παρασιτικό φαρμακευτικό φυτό που διανέμεται ευρέως στη βορειοδυτική Κίνα. Τα πολυσακχαριτικά του συστατικά αντιπροσωπεύουν μια από τις πιο ζωτικές βιοδραστικές ουσίες με αντιγηραντικές, ανοσοτροποποιητικές και αντιοξειδωτικές λειτουργίες. Σε αυτή τη μελέτη, τρεις προσεγγίσεις εκχύλισης, συμπεριλαμβανομένης της εκχύλισης με ζεστό νερό, της ενζυμικής εκχύλισης και της υποβοηθούμενης με υπερήχους, συγκρίθηκαν για την απόδοση πολυσακχαρίτη απόCistanche deserticola. Πειράματα απλού παράγοντα σε συνδυασμό με τη μεθοδολογία επιφάνειας απόκρισης Box-Behnken εφαρμόστηκαν για τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων εξαγωγής με τη βοήθεια υπερήχων, με την αναλογία στερεού-υγρού, τον χρόνο εξαγωγής με υπερήχους και τη θερμοκρασία υπερήχων ως ανεξάρτητες μεταβλητές. Η in-vitro αντιοξειδωτική ικανότητα των ληφθέντων πολυσακχαριτών χαρακτηρίστηκε με προσδιορισμούς καθαρισμού ριζών DPPH και ABTS, χρησιμοποιώντας βιταμίνη C (Vc) ως θετικό έλεγχο. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η υποβοηθούμενη με υπερήχους εκχύλιση απέδωσε την υψηλότερη απόδοση πολυσακχαρίτη μεταξύ τριών δοκιμασμένων τεχνικών. Οι βέλτιστες συνθήκες ήταν η αναλογία στερεού-υγρού 1:100 (5,0 g ακατέργαστης σκόνης σε 500 mL απεσταγμένο νερό), ο χρόνος εκχύλισης με υπερήχους 40 λεπτά και η θερμοκρασία εκχύλισης 48 βαθμούς, αποδίδοντας ρυθμό εκχύλισης πολυσακχαρίτη 7,49 %. Κάτω από αυτές τις βελτιστοποιημένες συνθήκες, η δραστηριότητα σάρωσης ριζών DPPH τουCistanche deserticolaΟι πολυσακχαρίτες έφτασαν το 84,27 % της δραστηριότητας Vc και η ικανότητα δέσμευσης ριζών ABTS αντιπροσώπευε το 73,95 % σε σχέση με το Vc. Αυτή η έρευνα παρέχει πειραματική αναφορά για παραγωγή και εφαρμογή μεγάλης κλίμακαςCistanche deserticolaπολυσακχαρίτες σε λειτουργικές βιομηχανίες τροφίμων, διατροφικών προϊόντων και υγειονομικής περίθαλψης.

Λέξεις-κλειδιά: Cistanche deserticola; τζίνσενγκ της ερήμου? φυτικό πολυσακχαρίτη? εξαγωγή με τη βοήθεια υπερήχων. μεθοδολογία απόκρισης-επιφάνειας· DPPH; ABTS; αντιοξειδωτική δράση? φυσικό λειτουργικό συστατικό

1. Εισαγωγή

Cistanche deserticolaΤο Ma είναι ένα πολυετές ολοπαράσιτο βότανο που ευδοκιμεί στις ερημικές περιοχές του Xinjiang, της Εσωτερικής Μογγολίας και της επαρχίας Gansu της Κίνας. Για χιλιάδες χρόνια στην παραδοσιακή κινεζική ιατρική, φημίζεται ως «τζίνσενγκ της ερήμου» για τονωτικό της ουσίας των νεφρών, τη χαλάρωση της λειτουργίας του εντέρου και την καθυστέρηση της γήρανσης Wiley. Στη σύγχρονη διατροφική και φαρμακολογική έρευνα, τα βιοενεργά συστατικά απόCistanche deserticola, ιδιαίτερα οι πολυσακχαρίτες, οι φαινολικές ενώσεις, τα φλαβονοειδή και τα αλκαλοειδή, έχουν προσελκύσει αυξανόμενο παγκόσμιο ερευνητικό ενδιαφέρον για φυσικές αντιοξειδωτικές πρώτες ύλες για την ανάπτυξη λειτουργικών τροφίμων.

Οι πολυσακχαρίτες είναι μακρομόρια υψηλού μοριακού βάρους που πολυμερίζονται από μονάδες μονοσακχαριτών που συνδέονται μέσω γλυκοσιδικών δεσμών.Cistanche deserticolaΟι πολυσακχαρίτες διαθέτουν ευρεία κατανομή μοριακού βάρους που κυμαίνεται από δεκάδες χιλιάδες έως εκατομμύρια Dalton και αποτελούνται από γλυκόζη, γαλακτόζη, μαννόζη και άλλα υπολείμματα μονοσακχαριτών. Οι σύνθετες δομές διακλάδωσης συμβάλλουν στα μοναδικά φυσικοχημικά χαρακτηριστικά και τη βιολογική τους απόδοση. Εκτός από πολυσακχαρίτες, το ακατέργαστο βότανο περιέχει επίσης άφθονα απαραίτητα αμινοξέα, ακόρεστα λιπαρά οξέα και ιχνοστοιχεία όπως ψευδάργυρο, σελήνιο και χαλκό, υποστηρίζοντας τον ανθρώπινο φυσιολογικό μεταβολισμό και την ομοιόσταση του ανοσοποιητικού. Ενδογενείς αντιοξειδωτικές ενώσεις σεCistanche deserticolaπεριλαμβάνουν κατεχίνη, γαλλικό οξύ, κερκετίνη, καμπφερόλη, βεταΐνη και αλκαλοειδή κιστάνζης. Αυτές οι ουσίες εξαλείφουν τα αντιδραστικά είδη οξυγόνου και περιορίζουν την υπεροξείδωση των λιπιδίων για να μετριάσουν την οξειδωτική βλάβη. Αξίζει να σημειωθεί ότι η αντιοξειδωτική αποτελεσματικότητα επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τη ροή εργασιών εκχύλισης, τις υπάρχουσες μορφές βιομορίων και τις επιδράσεις αλληλεπίδρασης ενώσεων μεταξύ των διαφόρων φυτοχημικών.

Η τεχνολογία εκχύλισης είναι ένα αποφασιστικό βήμα για την ανάκτηση ενεργών ενώσεων που προέρχονται από φυτά. Οι κοινές στρατηγικές εκχύλισης σε βιομηχανική κλίμακα για βοτανικούς πολυσακχαρίτες περιλαμβάνουν εκχύλιση με ζεστό νερό, αλκοολική εκχύλιση, εκχύλιση με τη βοήθεια υπερήχων, εκχύλιση με τη βοήθεια μικροκυμάτων και εκχύλιση με υπερκρίσιμο υγρό. Κάθε μέθοδος έχει ξεχωριστά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Η εξαγωγή ζεστού νερού είναι χαμηλού κόστους και φιλική προς τη λειτουργία για μαζική παραγωγή, ωστόσο συνήθως δίνει μέτρια απόδοση και συνεκχυλίζει σημαντικές ακαθαρσίες. Τα πρωτόκολλα με βάση το αλκοόλ ευνοούν τους λιπόφιλους μεταβολίτες, αλλά είναι ακατάλληλα για υδατοδιαλυτούς πολυσακχαρίτες και εγκυμονούν κινδύνους για οργανικούς διαλύτες. Η εκχύλιση με τη βοήθεια υπερήχων χρησιμοποιεί μηχανικά φαινόμενα σπηλαίωσης για να διαταράξει τα τοιχώματα των φυτών, επιταχύνοντας τη μεταφορά μάζας ενδοκυτταρικών ουσιών σε υδατικό διαλύτη. Διαθέτει μικρότερη διάρκεια επεξεργασίας και βελτιωμένη απόδοση εκχύλισης. Ωστόσο, η υψηλή ένταση υπερήχων ή η υπερβολική θερμοκρασία μπορεί να υποβαθμίσει τα ευαίσθητα στη θερμότητα βιοσυστατικά και απαιτεί υψηλότερη επένδυση κεφαλαίου για εξοπλισμό. Η εκχύλιση με υπερκρίσιμο υγρό επιτυγχάνει εκχυλίσματα χωρίς διαλύτες με υψηλή καθαρότητα, αλλά υποφέρει από πολύπλοκα όρια λειτουργίας και δαπανηρή επένδυση οργάνων.

Αν και πολλαπλές έρευνες έχουν αντιμετωπίσειCistanche deserticolaΗ εκχύλιση και η βιοδραστηριότητα πολυσακχαριτών, η συστηματική συγκριτική αξιολόγηση μεταξύ ροών εργασίας με ζεστό νερό, ενζυματικές και υποβοηθούμενες με υπερήχους παραμένει περιορισμένη. Αυτή η εργασία σχεδιάστηκε για να συγκρίνει τις αποδόσεις πολυσακχαριτών από τρία αντιπροσωπευτικά πρωτόκολλα εκχύλισης, να βελτιστοποιήσει τις υποβοηθούμενες από υπερήχους συνθήκες με διαλογή μονού παράγοντα και μοντελοποίηση επιφάνειας απόκρισης και να ποσοτικοποιήσει in-vitro προφίλ αντιοξειδωτικών προϊόντων καθαρισμένου πολυσακχαρίτη. Ο στόχος ήταν η καθιέρωση πρακτικών παραμέτρων επεξεργασίας για τη μεγιστοποίηση της ανάκτησης πολυσακχαριτών διατηρώντας παράλληλα την αντιοξειδωτική ισχύ. Τα ευρήματα μπορούν να υποστηρίξουν περαιτέρω αξιοποίηση τουCistanche deserticolaως εδώδιμο-φαρμακευτικό πόρο για τις παγκόσμιες αγορές λειτουργικών τροφίμων και προσφέρει μεθοδολογική αναφορά για τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας του φυσικού προϊόντος.

2. Υλικά και Μέθοδοι

2.1 Πρώτες ύλες και χημικά αντιδραστήρια

Αποξηραμένα μπλοκ κονδύλων απόCistanche deserticolaαγοράστηκαν από τον τοπικό προμηθευτή κινεζικών βοτάνων στην πόλη Baise. Το παρασκεύασμα σύνθετης κυτταρινάσης-πηκτινάσης και το ρυθμιστικό διάλυμα φωσφορικών ελήφθησαν από την Guangzhou Kangzhongyang Biotechnology Co., Ltd. Αναλυτικό βαθμού 1,1-διφαινυλο-2-πικρυυλουδραζύλιο (DPPH), Το άλας διαμμωνίου 2,2′‑αζινο‑δις‑(3‑αιθυλβενζοθειαζολινο‑6‑σουλφονικό οξύ) (ABTS) προμηθεύτηκε από την Shanghai Dongfulong Bio‑Reagent Co., Ltd. Άλλα χημικά όπως φαινόλη, πυκνό θειικό οξύ 95% αναλογικό, ανθρακικό οξύ ήταν 95% αναλυτικός, θειικό οξύ.

2.2 Όργανα και συσκευές

Αναλυτικός ζυγός CG‑01, κονιοποιητής υψηλής ταχύτητας 6800, μηχανή κοπής RQ‑100, θερμοστατικό λουτρό νερού TWS‑1000. Περιστροφικός εξατμιστής WH50, εξαγωγέας υπερήχων SG30‑01A (350 W, 40 kHz). Φασματοφωτόμετρο UAR‑2000 UV‑Vis, φυγόκεντρος THQ‑03, λυοφιλοποιητής BTS‑31E.

2.3 Προετοιμασία δείγματος

ΑποξηραμέναCistanche deserticolaΟι κόνδυλοι πλύθηκαν με υπερκαθαρό νερό και στέγνωσαν σε φούρνο στους 40 βαθμούς μέχρι να αφαιρεθεί η επιφανειακή υγρασία. Το υλικό κόπηκε σε φέτες σε πάχος 0,3 mm, κονιοποιήθηκε και κοσκινίστηκε μέσω κόσκινου 100 mesh για να ληφθεί ομοιογενής σκόνη για τις επόμενες δοκιμές εκχύλισης.

2.4 Τρία Πρωτόκολλα Εκχύλισης Πολυσακχαριτών

2.4.1 Εξαγωγή ζεστού νερού

5.0 g Cistanche deserticolaη σκόνη μεταφέρθηκε σε ποτήρι ζέσεως 1000 mL αναμεμειγμένο με 500 mL απεσταγμένο νερό. Η εκχύλιση με υδατόλουτρο διατηρήθηκε για 2 ώρες στους 100 βαθμούς. Η χειροκίνητη ανάδευση εκτελούνταν κάθε 100 λεπτά για να αιωρηθούν τα ιζήματα και να διευκολυνθεί η διάλυση του πολυσακχαρίτη. Το μίγμα ψύχθηκε σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, φυγοκεντρήθηκε στα 4000 r/min για 10 λεπτά για να συλλεχθεί το υπερκείμενο υγρό. Το υπερκείμενο συμπυκνώθηκε υπό ελαττωμένη πίεση στους 40 βαθμούς με περιστροφικό εξατμιστή έως 20 mL όγκου. 60 mL αιθανόλης 95 % προστέθηκε για καθίζηση αλκοόλης και παρέμεινε όλη τη νύχτα. Το ίζημα συλλέχτηκε μετά από φυγοκέντρηση (3000 r/min, 10 λεπτά), λυοφιλοποιήθηκε με λυοφιλιωμένο στεγνωτήριο για να ληφθεί ακατέργαστη σκόνη πολυσακχαρίτη.

2.4.2 Ενζυματική Εκχύλιση

5,0 g σκόνης δείγματος διασκορπίστηκαν σε 500 mL ρυθμιστικού διαλύματος ένωσης κυτταρινάσης-πηκτινάσης (ρΗ 5,0). Η ενζυματική υδρόλυση έγινε σε υδατόλουτρο 45 μοιρών για 5 ώρες. Ο τερματισμός της αντίδρασης πραγματοποιήθηκε με θέρμανση του διαλύματος στους 100 βαθμούς για 10 λεπτά για να απενεργοποιηθεί η ενζυμική πρωτεΐνη. Μετά από ψύξη, το υγρό φυγοκεντρήθηκε (4000 r/min, 10 λεπτά). Το υπερκείμενο συμπυκνώθηκε υπό κενό στα 20 mL, αναμείχτηκε με 95 % αιθανόλη για καθίζηση κατά τη διάρκεια της νύχτας. Τα βήματα φυγοκέντρησης και ξήρανσης με κατάψυξη ήταν πανομοιότυπα με τη διαδικασία με ζεστό νερό για τη συλλογή ακατέργαστου πολυσακχαρίτη.

2.4.3 Εξαγωγή με τη βοήθεια υπερήχων

5.0 g Cistanche deserticolaη σκόνη αναμίχθηκε με 500 mL απεσταγμένου νερού. Τοποθετήθηκε ομοιογενές εναιώρημα εντός σετ εξαγωγέα υπερήχων ως ισχύς 350 W και συχνότητα 40 kHz. Μετά την προγραμματισμένη επεξεργασία με υπερήχους, το υγρό δείγματος ψύχθηκε φυσικά. Η φυγοκέντρηση, η περιστροφική εξάτμιση, η καθίζηση με αιθανόλη και τα στάδια λυοφιλοποίησης ακολούθησαν τη συνεπή ροή εργασίας που αναφέρεται παραπάνω για να δώσουν ακατέργαστα εκχυλίσματα πολυσακχαρίτη.
 

2.5 Προσδιορισμός της απόδοσης εκχύλισης πολυσακχαρίτη

Η ολική περιεκτικότητα σε υδατάνθρακες προσδιορίστηκε ποσοτικά με ανάλυση φαινόλης-θειικού οξέος με αναφορά στην τροποποιημένη μέθοδο που περιγράφεται στη δημοσιευμένη βιβλιογραφία. Τα πρότυπα διαλύματα γλυκόζης διαμορφώθηκαν σε σειριακές διαβαθμίσεις συγκέντρωσης. 1 mL 10 % αντιδραστηρίου φαινόλης συν 3 mL πυκνού θειικού οξέος αναμείχθηκαν με πρότυπα διαλύματα. Η αντίδραση επωάστηκε στους 85 βαθμούς για 15 λεπτά, η τιμή απορρόφησης διαβάστηκε σε μήκος κύματος 540 nm για να σχηματιστεί η καμπύλη βαθμονόμησης. Εξίσωση παλινδρόμησης: \\(y=9.6959x+0.0077\\), συντελεστής προσδιορισμού \\(R^2=0.999\\).

Δείγματα ακατέργαστου πολυσακχαρίτη (0,1 g) διαλύθηκαν σε 100 mL απεσταγμένου νερού. Το κλάσμα αναλύθηκε υπό πανομοιότυπη αντίδραση φαινόλης-θειικού οξέος. Η απόδοση πολυσακχαρίτη (%) υπολογίστηκε με τον τύπο (1):

\\(Απόδοση(\\%)=\\frac{C\\times V\\times n}{M}\\times100\\% \\tag{1}\\)

Όπου: C=συγκέντρωση πολυσακχαρίτη (g/mL); V=όγκος διαλύματος δείγματος. n=πολλαπλάσια αραίωση. Μ=βάρος ακατέργαστουCistanche deserticolaσκόνη (g).

2.6 Πειραματικός σχεδιασμός ενός παράγοντα για εξαγωγή με υποβοήθηση υπερήχων

Διερευνήθηκαν τρεις κύριες μεταβλητές που επηρεάζουν: η αναλογία στερεού-υγρού, η διάρκεια εκχύλισης με υπερήχους και η θερμοκρασία υπερήχων. Η απόδοση πολυσακχαρίτη λειτούργησε ως δείκτης αξιολόγησης. Βαθμίδα αναλογίας στερεού-υγρού: 1:400, 1:200, 1:100, 1:50; Διαβάθμιση χρόνου υπερήχων: 10 λεπτά, 20 λεπτά, 30 λεπτά, 40 λεπτά, 50 λεπτά. βαθμίδα θερμοκρασίας: 37 μοίρες , 43 μοίρες , 48 μοίρες , 53 μοίρες . Κάθε ομάδα εκτελέστηκε εις τριπλούν.

2.7 Μεθοδολογία απόκρισης-επιφάνειας (Σχεδίαση Box-Behnken)

Με βάση τις εξόδους δοκιμής ενός παράγοντα, κατασκευάστηκε το σχέδιο επιφάνειας απόκρισης Box-Behnken τριών παραγόντων-τριών επιπέδων. Ο παράγοντας Α αντιπροσώπευε την αναλογία στερεού-υγρού. Ο παράγοντας Β αντιπροσώπευε τον χρόνο εκχύλισης με υπερήχους. Ο παράγοντας C αντιπροσώπευε τη θερμοκρασία υπερήχων. Η απόδοση εκχύλισης πολυσακχαρίτη ορίστηκε ως τιμή απόκρισης Υ. Η προσαρμογή του μοντέλου παλινδρόμησης και η ανάλυση διακύμανσης ολοκληρώθηκαν για τη διαλογή των βέλτιστων παραμέτρων εκχύλισης.

2.8 Αξιολόγηση αντιοξειδωτικής δράσης In-vitro

Παρασκευάστηκαν διαλύματα δειγμάτων ακατέργαστου πολυσακχαρίτη εντός του εύρους συγκεντρώσεων: 0,1 mg/mL-0,7 mg/mL. Το διάλυμα βιταμίνης C (Vc) χρησίμευσε ως ομάδα αναφοράς θετικού αντιοξειδωτικού.

2.8.1 Μέτρηση δραστηριότητας καθαρισμού ριζών DPPH

Διάλυμα δείγματος πολυσακχαρίτη 2 mL αντέδρασε με 1,5 mL άνυδρου διαλύματος εργασίας αιθανόλης DPPH. Το μικτό υγρό επωάστηκε σε σκοτεινό περιβάλλον για 40 λεπτά. Η απορρόφηση \\(A_i\\) ανιχνεύθηκε σε μήκος κύματος 517 nm. Το \\(A_j\\) συμβολίζει την απορρόφηση της ομάδας ελέγχου με Vc. Το \\(A_0\\) αντιπροσώπευε την απορρόφηση της τυφλής ομάδας όταν το υγρό δείγματος αντικατέστησε το απεσταγμένο νερό. Ο ρυθμός σάρωσης ριζών DPPH (%) υπολογίστηκε μέσω του τύπου (2):

\\(DPPH\\ radical\\ scavenging\\ rate(\\%)=\\frac{A_0-(A_i-A_j)}{A_0}\\times100\\% \\tag{2}\\)

2.8.2 Δοκιμασία δραστηριότητας καθαρισμού ριζών ABTS

Το υγρό εργασίας ABTS παρασκευάστηκε πρόσφατα. 2 mL διαλύματος δείγματος πολυσακχαρίτη αναμεμιγμένο με 4 mL αντιδραστηρίου ABTS, επωάστηκε στο σκοτάδι για 15 λεπτά. Η ένδειξη απορρόφησης καταγράφηκε στα 752 nm. Τα \\(A_i\\), \\(A_j\\), \\(A_0\\) αντιστοιχούν στην ομάδα δείγματος, στην ομάδα θετικού ελέγχου και στην ομάδα κενού ελέγχου αντίστοιχα. Το ποσοστό δέσμευσης ριζών ABTS (%) υπολογίστηκε με τον τύπο (3):

\\(ABTS\\ radical\\ scavenging\\ rate(\\%)=\\frac{A_0-(A_i-A_j)}{A_0}\\times100\\% \\tag{3}\\)

2.9 Στατιστική Ανάλυση

Όλες οι πειραματικές δοκιμές επαναλήφθηκαν τρεις φορές. Η επεξεργασία των δεδομένων, η ανάλυση παλινδρόμησης και η ανάλυση διακύμανσης έγιναν με στατιστικό λογισμικό. Πραγματοποιήθηκε γραφική παράσταση για οπτική σύγκριση πειραματικών ομάδων.

3. Αποτελέσματα και Συζήτηση

3.1 Σύγκριση απόδοσης εκχύλισης πολυσακχαρίτη για τρεις τεχνολογίες εκχύλισης

Η εκχύλιση με ζεστό νερό, η ενζυματική εκχύλιση και η υποβοηθούμενη με υπερήχους εκχύλιση εφαρμόστηκαν σύμφωνα με αντίστοιχες τυπικές ροές εργασίας. Υπήρχαν σημαντικές διαφορές στις τελικές αποδόσεις πολυσακχαριτών. Η εξαγωγή ζεστού νερού απέδωσε τη χαμηλότερη τιμή απόδοσης. Η ενζυματική εκχύλιση παρήγαγε μέτρια ανάκτηση. Η υποβοηθούμενη με υπερήχους εκχύλιση πέτυχε την υψηλότερη απόδοση (7,27±0,04) %. Δεδομένου ότι τα στάδια συγκέντρωσης, καθίζησης και λυοφιλοποίησης μετά την εκχύλιση ήταν πανομοιότυπα για τρεις παρτίδες, η απόκλιση απόδοσης προήλθε άμεσα από τις διακρίσεις του μηχανισμού εκχύλισης.

Η εκχύλιση με ζεστό νερό βασίζεται μόνο στη θερμική υδατική διάλυση. Ορισμένα κλάσματα πολυσακχαρίτη υψηλού μοριακού βάρους παρουσιάζουν περιορισμένη υδατοδιαλυτότητα υπό συνθήκες θέρμανσης υπό ατμοσφαιρική πίεση, οδηγώντας σε ατελή απελευθέρωση από τον φυτικό ιστό. Η ενζυματική εκχύλιση αποικοδομεί τα συστατικά της κυτταρίνης και της πηκτίνης στα κυτταρικά τοιχώματα με σύνθετη υδρολάση για να διευκολύνει την απελευθέρωση δραστικής ουσίας. Ωστόσο, το σύνθετο σύστημα ενζύμων εμφανίζει περιορισμένη αποτελεσματικότητα υδρόλυσης για άλλα συστατικά μήτρας κυτταρικού τοιχώματος, περιορίζοντας τη συνολική παραγωγή πολυσακχαρίτη. Η δύναμη σπηλαίωσης με υπερήχους συνεχώς χτυπά και σπάειCistanche deserticolaΔομή κυτταρικού τοιχώματος, μεγέθυνση της περιοχής επαφής διαλύτη-στερεού και επιτάχυνση της αποτελεσματικότητας μεταφοράς μάζας των ενδοκυτταρικών μορίων πολυσακχαρίτη στην υδατική φάση. Κατά συνέπεια, η υποβοηθούμενη με υπερήχους εκχύλιση βελτίωσε σημαντικά την αποτελεσματικότητα ανάκτησης πολυσακχαρίτη. Σύμφωνα με αυτό το συγκριτικό αποτέλεσμα, επιλέχθηκε η υποβοηθούμενη με υπερήχους εξαγωγή για μετέπειτα διερεύνηση βελτιστοποίησης της διαδικασίας.

3.2 Αποτελέσματα δοκιμής ενός παράγοντα για εξαγωγή με υποβοήθηση υπερήχων

3.2.1 Επίδραση της αναλογίας στερεού-υγρού στην απόδοση πολυσακχαρίτη

Η αναλογία στερεού-υγρού καθορίζει την κινητήρια δύναμη της κλίσης συγκέντρωσης μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού υδατικού διαλύτη φυτικών κυττάρων. Με την αυξανόμενη αναλογία υγρού, η απόδοση εκχύλισης πολυσακχαρίτη πρώτα αυξήθηκε και στη συνέχεια μειώθηκε. Σε αναλογία στερεού-υγρού 1:100 (5 g σκόνης προστέθηκαν σε 500 mL απεσταγμένου νερού), η απόδοση κορυφώθηκε στο 7,46 %. Όταν ο όγκος του διαλύτη ήταν ανεπαρκής (αναλογία στερεού-υγρού 1:50), η χωρητικότητα του διαλύτη έγινε κορεσμένη, περιορίζοντας τη διάλυση πολυσακχαρίτη. Η υπερβολικά υψηλή αναλογία διαλυτών (1:200,1:400) θα αραιώσει τη συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας και θα αυξήσει το φόρτο εργασίας για μεταγενέστερη συγκέντρωση κενού χωρίς περαιτέρω βελτίωση της απόδοσης. Έτσι, η αναλογία στερεού-υγρού 1:100 επιλέχθηκε ως το κεντρικό επίπεδο για τον σχεδιασμό της επιφάνειας απόκρισης.

3.2.2 Επίδραση του χρόνου εξαγωγής με υπερήχους στην απόδοση της εκχύλισης

Η απόδοση πολυσακχαρίτη αυξανόταν συνεχώς με παράταση του χρόνου επεξεργασίας με υπερήχους εντός 30 λεπτών. Μετά την υπέρβαση των 30 λεπτών, η τάση ανάπτυξης της απόδοσης ισοπεδώθηκε. Η σύντομη διάρκεια υπερήχων δεν μπορεί να παρέχει επαρκή μηχανική ενέργεια σπηλαίωσης για να σπάσει πλήρως τα εμπόδια του κυτταρικού τοιχώματος. Μόλις η διαταραχή του κυτταρικού τοιχώματος επιτύχει κορεσμό, η παράταση του χρόνου επεξεργασίας με υπερήχους δύσκολα θα μπορούσε να προωθήσει την απελευθέρωση πολυσακχαρίτη. Η υπερβολικά μακροχρόνια έκθεση στους υπερήχους μπορεί ενδεχομένως να προκαλέσει μερική αποικοδόμηση των μακρομοριακών αλυσίδων πολυσακχαρίτη. Ως εκ τούτου, τα 30 λεπτά επιλέχθηκαν ως κεντρικό επίπεδο αναφοράς για τον σχεδιασμό της επιφάνειας απόκρισης.

3.2.3 Επίπτωση της θερμοκρασίας εξαγωγής με υπερήχους

Η απόδοση εκχύλισης πολυσακχαρίτη αυξήθηκε καθώς η θερμοκρασία αυξήθηκε στους 53 βαθμούς. Μόλις η θερμοκρασία ξεπέρασε τους 55 βαθμούς, η απόδοση έπεσε απότομα. Η μέτρια θέρμανση ενισχύει τον ρυθμό μοριακής διάχυσης και τη υδατοδιαλυτότητα του πολυσακχαρίτη. Παρόλα αυτά, η υψηλή θερμική κατάσταση θα προκαλέσει θερμική αποικοδόμηση των μακρομορίων πολυσακχαρίτη, σπάζοντας τους γλυκοσιδικούς δεσμούς και καταστρέφοντας συστατικά-στόχους, με αποτέλεσμα μειωμένη μετρήσιμη απόδοση. Με βάση την τάση απόκρισης ενός παράγοντα, υιοθετήθηκε ένα διάστημα θερμοκρασίας 48-53 μοιρών για περαιτέρω βελτιστοποίηση πολλών παραγόντων.

3.3 Ανάλυση βελτιστοποίησης απόκρισης-επιφάνειας

Ο πειραματικός σχεδιασμός επιφάνειας απόκρισης Box-Behnken εκτελέστηκε λαμβάνοντας την αναλογία στερεού-υγρού (Α), τον χρόνο υπερήχων (Β), τη θερμοκρασία υπερήχων (C) ως ανεξάρτητες μεταβλητές και την απόδοση πολυσακχαρίτη ως απόκριση Υ. Η εξίσωση πολλαπλής τετραγωνικής παλινδρόμησης προσαρμόστηκε ως:

\\(Y=7.120-0.065A+0.280B-0.210C+0.390AB+0.04AC+0.072BC-0.190A^2-0.860B^2-0.075C^2\\)

Variance‑analysis outcomes illustrated that overall regression model reached extremely significant level (\(P=0.0003\)). The lack‑of‑fit term showed non‑significant difference (\(P=0.0592>0,05\\)), που δείχνει καλό βαθμό προσαρμογής μεταξύ της εξίσωσης παλινδρόμησης και των πραγματικών πειραματικών δεδομένων. Ο προσαρμοσμένος συντελεστής προσδιορισμού \\(R^2_{Adj}=0.9232\\), που αποδεικνύει μεγαλύτερη από 92 % διακύμανση της απόδοσης πολυσακχαρίτη μπορεί να ερμηνευτεί από αυτό το μαθηματικό μοντέλο.

Σύγκριση σημαντικότητας παραγόντων: ο χρόνος εκχύλισης με υπερήχους (Β) άσκησε εξαιρετικά σημαντική επίδραση στην απόδοση (\\(P=0.0035\\)). Η θερμοκρασία υπερήχων (C) παρήγαγε σημαντικό αντίκτυπο (\\(P=0.0256\\)). Η αναλογία στερεού-υγρού (Α) έδειξε μη σημαντική επίδραση (\\(P=0.3938\\)). Σειρά προτεραιότητας επιρροής παράγοντα: χρόνος εκχύλισης με υπερήχους > θερμοκρασία εκχύλισης με υπερήχους > αναλογία στερεού-υγρού. Ο όρος αλληλεπίδρασης AB (λόγος στερεού-υγρού × χρόνος υπερήχων) πέτυχε εξαιρετικά σημαντικό αποτέλεσμα αλληλεπίδρασης.

Από πειραματικές σειρές της μήτρας επιφάνειας απόκρισης, η μέγιστη μετρούμενη απόδοση πολυσακχαρίτη 7,49 % εμφανίστηκε υπό συνθήκες: αναλογία στερεού-υγρού 1:100, χρόνος εκχύλισης με υπερήχους 40 λεπτά, θερμοκρασία εκχύλισης με υπερήχους 48 βαθμούς. Αυτό το σύνολο παραμέτρων επιβεβαιώθηκε ως η βέλτιστη συνθήκη εξαγωγής με τη βοήθεια υπερήχων γιαCistanche deserticolaπολυσακχαρίτες.

3.4 Αξιολόγηση αντιοξειδωτικής δράσης πολυσακχαριτών που εκχυλίζονται βέλτιστα

Κάτω από τις βέλτιστες παραμέτρους εξαγωγής υποβοηθούμενη από υπερήχους, in-vitro ικανότητα σάρωσης ριζώνCistanche deserticolaΟι πολυσακχαρίτες μετρήθηκαν με Vc ως θετικό σημείο αναφοράς. Η ικανότητα σάρωσης ριζών DPPH του δείγματος πολυσακχαρίτη έφτασε το 84,27 % σε σχέση με την απόδοση σάρωσης Vc. Η δραστηριότητά της για σάρωση ριζών ABTS αντιπροσώπευε το 73,95 % σε σύγκριση με το πρότυπο Vc. Το DPPH και το ABTS είναι δύο κλασικά συμπληρωματικά in-vitro συστήματα αξιολόγησης αντιοξειδωτικών, που αντανακλούν την ικανότητα εξάλειψης ελεύθερων ριζών σε διαφορετικά είδη ριζών. Τα δεδομένα της δοκιμής το επιβεβαίωσανCistanche deserticolaΟ πολυσακχαρίτης έχει εξέχοντα αντιοξειδωτικό δυναμικό.

Ο αντιοξειδωτικός μηχανισμός των φυτικών πολυσακχαριτών σχετίζεται γενικά με ομάδες υδροξυλίου που κατανέμονται σε κλάδους αλυσίδων ζάχαρης. Τα τμήματα υδροξυλίου δωρίζουν πρωτόνια υδρογόνου για να εξουδετερώσουν τις ελεύθερες ρίζες και να τερματίσουν την αλυσιδωτή αντίδραση ριζών. Επιπλέον, οι υπολειμματικές πολυφαινολικές και φλαβονοειδείς ακαθαρσίες που έχουν συνεκχυλιστεί σε ακατέργαστη σκόνη πολυσακχαρίτη μπορεί να δημιουργήσουν συνεργιστική αντιοξειδωτική δράση. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι τεχνολογικές παράμετροι της εκχύλισης θα μπορούσαν να αλλάξουν την κατανομή του μοριακού βάρους πολυσακχαρίτη και την συνυπάρχουσα περιεκτικότητα σε δευτερεύοντα συστατικά, τροποποιώντας περαιτέρω την τελική αντιοξειδωτική ισχύ. Η βελτιστοποιημένη ροή εργασίας με τη βοήθεια υπερήχων όχι μόνο μεγιστοποίησε την απόδοση πολυσακχαρίτη, αλλά διατήρησε επίσης σχετικά υψηλή αντιοξειδωτική δράση για τα εκχυλίσματα.

3.5 Ολοκληρωμένη συζήτηση

Σε σύγκριση με τη συμβατική εκχύλιση με ζεστό νερό και την ενζυματική εκχύλιση, η υποβοηθούμενη με υπερήχους εκχύλιση συνδυάζει τη μηχανική φυσική διάσπαση της σπηλαίωσης με τη διάλυση υδατικού διαλύτη. Πραγματοποιεί υψηλότερη απόδοση πολυσακχαρίτη χωρίς μεγάλη κατανάλωση ενζυμικού παρασκευάσματος. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της ανάλυσης διακύμανσης, ο χρόνος επεξεργασίας με υπερήχους ήταν η πιο κυρίαρχη μεταβλητή. Η ανεπαρκής διάρκεια υπερήχων περιορίζει τον κατακερματισμό του κυτταρικού τοιχώματος. Ο υπερβολικός χρόνος μπορεί να διακινδυνεύσει την αποικοδόμηση των βιομορίων. Η θερμοκρασία πρέπει να ελέγχεται αυστηρά κάτω από το όριο θερμικής αποδόμησης των ουσιών πολυσακχαρίτη. Ο λόγος στερεού-υγρού επηρεάζει κυρίως την ισορροπία διάλυσης και το ενεργειακό κόστος μετά την επεξεργασία. μέσα σε εύλογο διάστημα η επιρροή του είναι σχετικά ασθενέστερη από τον χρόνο και τη θερμοκρασία.

Ο λαμβανόμενος ακατέργαστος πολυσακχαρίτης παρουσιάζει ισχυρή ικανότητα in-vitro αφαίρεσης ελεύθερων ριζών, η οποία υποστηρίζει την προοπτική ανάπτυξής του ως φυσικής αντιοξειδωτικής πρώτης ύλης που υποκαθιστά εν μέρει συνθετικά αντιοξειδωτικά σε λειτουργικές φόρμουλες τροφίμων. Αυτή η μελέτη αξιολόγησε μόνο τον ακατέργαστο πολυσακχαρίτη. Η μελλοντική έρευνα μπορεί να επικεντρωθεί στον καθαρισμό πολυσακχαρίτη, στην ανάλυση της σύνθεσης μονοσακχαρίτη, στον χαρακτηρισμό μοριακού βάρους και στην επικύρωση αντιοξειδωτικών σε επίπεδο κυττάρων ή ζωικού μοντέλου. Επιπλέον, περαιτέρω έρευνα μπορεί να διερευνήσει τη σχέση αντιστάθμισης μεταξύ της απόδοσης εκχύλισης και της βιολογικής δραστηριότητας. ορισμένες σκληρές παράμετροι εξόρυξης υψηλής απόδοσης ενδέχεται να βλάψουν τη βιολογική δραστηριότητα, παρόλο που αυξάνουν την παραγωγή ακατέργαστης μάζας.

4. Συμπέρασμα

Σε αυτή την έρευνα, τρεις ροές εργασιών εξαγωγής γιαCistanche deserticolaπολυσακχαρίτες συγκρίθηκαν συστηματικά. Η εκχύλιση με τη βοήθεια υπερήχων ξεπέρασε τις επιδόσεις της εκχύλισης με ζεστό νερό και της ενζυμικής εκχύλισης όσον αφορά το ποσοστό ανάκτησης πολυσακχαριτών. Ο έλεγχος ενός παράγοντα σε συνδυασμό με τη μεθοδολογία επιφάνειας απόκρισης Box-Behnken προσδιόρισε τις βέλτιστες παραμέτρους εξαγωγής με τη βοήθεια υπερήχων: αναλογία στερεού-υγρού 1:100 (5,0 gCistanche deserticolaσκόνη αναμεμειγμένη με 500 mL απεσταγμένο νερό), χρόνος εκχύλισης με υπερήχους 40 λεπτά, θερμοκρασία εκχύλισης 48 βαθμοί. Κάτω από αυτές τις βελτιστοποιημένες ρυθμίσεις, η απόδοση εκχύλισης πολυσακχαρίτη πέτυχε 7,49%. Η ανίχνευση αντιοξειδωτικής δράσης έδειξε ότι η δράση σάρωσης ριζών DPPH των εκχυλισμάτων πολυσακχαρίτη έφτασε το 84,27 % της απόδοσης της βιταμίνης C. Η ικανότητα δέσμευσης ριζών ABTS ισοδυναμούσε με 73,95 % του Vc.

Η παρούσα μελέτη παρέχει πρακτικές παραμέτρους επεξεργασίας για παραγωγή υποβοηθούμενη από υπερήχουςCistanche deserticolaπολυσακχαρίτες. Πειραματικά αποτελέσματα επικυρώνουν ότι οι πολυσακχαρίτες απόCistanche deserticolaδιαθέτουν σημαντική αντιοξειδωτική βιοδραστικότητα. Τα ευρήματα θέτουν πειραματικά θεμέλια για περαιτέρω αξιοποίηση τουCistanche deserticolaως φυσική λειτουργική πρώτη ύλη σε παγκόσμιους τομείς διατροφικών προϊόντων, συμπληρωμάτων διατροφής και λειτουργικών τροφίμων.

Αναφορές

[1] Liu ZX, Li BB, Zhao Y, et al. Παρασκευή και σταθερότητα γαλακτώματος Pickering ρεσβερατρόλης σταθεροποιημένο από πρωτεΐνη καρυδιού /Cistanche deserticolaπολυσακχαρίτης [J]. Food Science, 2024, 45(23): 2328-2334. [2] Ma JC, Li XP, Gong Y F. Βελτιστοποίηση της επεξεργασίας σύνθετων ροφημάτων με μαρμελάδα τριαντάφυλλου καιCistanche deserticolaμε μεθοδολογία απόκρισης-επιφάνειας[J]. China Condiment, 2024, 49(11):102-109. [3] Shu WL, Ye Y, Meng W D. Βελτιστοποίηση προετοιμασίας και ανάλυση συστατικών του αρχικούCistanche deserticolaπόσιμο υγρό [J]. Έρευνα και Ανάπτυξη Τροφίμων, 2024,45(19):132-139. [4] Liu W H. Μελέτη για την εκχύλιση και την αντιοξειδωτική δράση του πτητικού ελαίου απόCistanche deserticolaμε απόσταξη με αλάτισμα με ατμό με τη βοήθεια υπερήχων[J]. Guangzhou Chemical Industry, 2024,52(15):46-50,58. [5] Xiang S Q. Ανάλυση θρεπτικών συστατικών και έρευνα αντιοξειδωτικής δράσηςCistanche deserticola[J]. Journal of Food Safety Review, 2024(12): 96-98. [6] Chen Y, Song ZP, Wu H. Βελτιστοποίηση διαδικασίας εκχύλισης και ανάλυση αντιοξειδωτικής δράσης πολυσακχαριτών απόPeritrophe bivalvis[J]. Science and Technology of Food Industry, 2023,44(5):166-173.