الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية من الأحماض الفينولية والفلافونول والفلافان -3- من قشور وبذور العنب المسكدين باستخدام المذيبات الطبيعية سهلة الانصهار والنمذجة التنبؤية عن طريق الشبكات العصبية الاصطناعية

الرجاء التواصلoscar.xiao@wecistanche.comللمزيد من المعلومات

الملخصكان الهدف من هذه الدراسة هو التحقق من كفاءة استخلاص 9 مذيبات طبيعية سهلة الانصهار (NDES) بمساعدة الموجات فوق الصوتية لـالأحماض الفينولية, الفلافونولوفلافان -3- في جلود وبذور عنب المسكدين (كارلوس) مقارنة بنسبة 75 بالمائة من الإيثانول. تم تطبيق الشبكات العصبية الاصطناعية (ANN) لتحسين محتوى الماء NDES ، ووقت الموجات فوق الصوتية ، ونسبة المواد الصلبة إلى المذيبات ، ودرجة حرارة الاستخراج لتحقيق أعلى عوائد استخراج لحمض الإيلاجيك ، والكاتشين ، والإبيكاتشين. يتكون NDES المصمم حديثًا (# 1) من كلوريد الكولين:حمض الليفولينك: إيثيلين جلايكول 1: 1: 2 و 2 0 في المائة من الماء يستخلص أكبر كمية من حمض الإلاجيك في الجلد عند 22.1 مجم / جم. كان هذا الناتج 1. 73- ضعف ذلك بنسبة 75 بالمائة من الإيثانول. NDES معدل (# 3) يتكون من كلوريد الكولين: البرولين: حمض الماليك 1: 1: 1 و 3 0 بالمائة من الماء يستخلص أكبر كمية من الكاتشين (0. 61 مجم / جم) والإبيكاتشين (0.89 مجم / جم) في الجلد ، و 2.77 مجم / جم و 0.37 مجم / جم في البذور ، على التوالي. كان العائد الأمثل لحمض الإيلاجيك في الجلد باستخدام NDES # 1 هو 25.3 مجم / جم (لوحظ) و 25.3 مجم / جم (متوقع). كان العائد الأمثل لـ (catechin plus epicatechin) في البذور باستخدام NDES # 3 9.8 مجم / جم (ملحوظة) و 9.6 مجم / جم (متوقع). أظهرت هذه الدراسة كفاءة استخلاص عالية من NDES المختارة للبوليفينول تحت الظروف المثلى.

الرجاء الضغط هنا لمعرفة المزيد

مقدمة

يتم تحضير المذيبات الطبيعية العميقة سهلة الانصهار (NDES) بخلط مانحين رابطة الهيدروجين مع متقبلات الرابطة الهيدروجينية بنسبة مولارية مناسبة [1]. يجب أن تكون نقطة انصهار أحد المكونات أقل من درجة انصهار العنصر الآخر [1]. بعد التسخين والخلط ، يتحول هذا الوسط إلى سائل في درجة حرارة الغرفة. يضاف الماء لتثبيت الخليط واستقطابه. توسع البحث في مجال الاستخراج الكيميائي النباتي باستخدام NDES نظرًا لقابليتها الفعالة في الاستخراج والذوبان. ومع ذلك ، تلعب عوامل متعددة دورًا مهمًا عند مقارنة NDES بالمذيبات العضوية ، بما في ذلك المحصول والتكلفة والاسترداد والسمية. بحثت الأبحاث السابقة في NDES على استخلاص البوليفينولات المختلفة من مصفوفات الطعام المختلفة. على سبيل المثال ، Bubalo et al. (2016) مقارنة 5 NDES والماء و 70 بالمائة من الميثانول (حجم / حجم) وميثانول محمض بنسبة 70 بالمائة (حجم / حجم) لاستخراج الأنثوسيانين والكاتشين وكيرسيتين -3- أو-غلوكوزيد من جلود العنب الأحمر. تم العثور على NDES المكون من كلوريد الكولين: حمض الأكساليك (1: 1) مع 25 في المائة من الماء (حجم / حجم) ليكون أكثر مذيب الاستخلاص كفاءة [2]. في دراسة أخرى ، بانيك وآخرون. (2019) اختبرت 8 NDES وحمض 70 بالمائة من الإيثانول وكلوريد الكولين الملاحظ: حمض الستريك (2: 1) مع 30 بالمائة من الماء (حجم / حجم) كأفضل NDES لاستخراج الأنثوسيانين من ثفل العنب [3]. عنب المسكدين (Vitis rotundifolia) موطنه الأصلي الولايات الجنوبية الشرقية وأول عنب بري مزروع في الولايات المتحدة [4]. يتم إنتاج عنب المسكدين في 12 ولاية ويبلغ إجمالي مساحتها حوالي 5000 فدان [5]. هناك 100 نوع من عنب المسكدين يختلف كل نوع من حيث الخصائص الفيزيائية أو الحسية أو الكيميائية [4]. من بينها ، كارلوس هو عنب مسكدين مزروع على نطاق واسع بسبب غلة المحاصيل العالية والاتساق المتزايد [4]. عنب كارلوس مسكادين متوسط ​​الحجم ولونه برونزي وسميك في الجلد ويحتوي على أربع بذور في المتوسط ​​[6]. يحتوي عنب المسكدين على كميات كبيرة منالبوليفينولالتي من المعروف أنها تقلل الالتهاب [7] ، وتمنع نمو ورم البروستاتا [8] ، وتحسن الاستجابات الأيضية لمرضى السكر [9]. يتكون ثفل العنب المسكدين ، وهو منتج ثانوي لعصير عنب المسكدين أو صناعة النبيذ ، من قشور وبذور. استخدمت دراسة بحثية سابقة الأسيتون: الماء: خليط حمض الأسيتيك (7 0: 29.7: 0.3 ، حجم / حجم) لاستخراج المركبات الفينولية من البذور والجلد ولب ثمانية أصناف من عنب المسكدين المزروع في فلوريدا ، بما في ذلك كارلوس [10]. ومع ذلك ، فإن استخدام المذيبات العضوية القابلة للاشتعال وكفاءتها المنخفضة في الاستخراج أعاقت التطبيقات العملية. لا يزال يتم التخلص من معظم ثفل العنب المسكدين كنفايات. الشبكات العصبية الاصطناعية (ANN) هي نظام رسم خرائط غير خطي يتألف من وحدات معالجة أساسية مختلفة متصلة بواسطة ارتباطات مرجحة. تسمى وحدات المعالجة هذه "الخلايا العصبية" [11]. الشبكات العصبية الاصطناعية هي طريقة تعلم الآلة للتنبؤ أو التنبؤ بالاستجابة بناءً على مدخلات متعددة [11]. طبقت الأبحاث السابقة طرق سطح الاستجابة (RSM) لتحسين الاستخراج والتنبؤ. ومع ذلك ، فقد استخدمت القليل من الدراسات ANN لنفس الغرض. على سبيل المثال ، Sinha et al. (2013) اقترح أن ANN لديها أداء تنبؤ أفضل من RSM فيما يتعلق باستخراج الصبغة الطبيعية من بذور Bixa Orellana (Annatto) [12]. في دراسة مماثلة ، Ciric et al. (2020) أن نموذج ANN كان أفضل من RSM للتنبؤ باستخلاص المركبات الفينولية من الثوم [13]. كان الهدف من هذا البحث هو التحقق من كفاءة استخلاص 9 NDES للأحماض الفينولية والفلافونول والفلافان -3- مقارنة بـ 75 بالمائة من الإيثانول بمساعدة الموجات فوق الصوتية. تم تطبيق ANN للتنبؤ وتحسين ظروف الاستخراج على العائد الفينولي. كانت الفرضية هي أن NDES ذات التركيبات المحددة تستخلص كميات أكبر من الأحماض الفينولية والفلافونول والفلافان -3- من الإيثانول بنسبة 75٪ ، ويمكن تحقيق أعلى كفاءة في الاستخراج عن طريق النمذجة التنبؤية المستندة إلى ANN.

2. المواد والطرق 2.1. المواد الكيميائية والكواشف تم الحصول على كلوريد الكولين وحمض ليفولينيك 1 و 2- بروبانديول وحمض DL-malic وحمض الأكساليك وحمض الهيدروكلوريك وحمض الفورميك من Acros Organics (Morris Plains ، NJ ، الولايات المتحدة الأمريكية). تم شراء حمض اللاكتيك ، والإيثيلين جلايكول ، والجليسين ، والأسيتونيتريل بدرجة HPLC ، والميثانول ، والإيثانول من Fishers Scientific (Waltham ، ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية). تم شراء L- برولين وهيدروكلوريد البيتين من Alfa Aesar (Ward Hill ، MA ، الولايات المتحدة الأمريكية). تم الحصول على معايير HPLC من حمض الإلاجيك وحمض الغاليك وحمض الفيروليك (زائد) - كاتشين و (-) -بيكاتشين وميريستين وكيرسيتين وكايمبفيرول من سيجما ألدريتش (سانت لويس ، ميسوري ، الولايات المتحدة الأمريكية).

2.2. تصميم NDESتم تصميم NDES # 1-2 في الجدول 1 في دراستنا السابقة [14]. تم اختيار كلوريد الكولين في NDES # 1-2 كمتقبل للهيدروجين ، بينما تم اختيار مانحين هيدروجين مختلفين لكل NDES جديد. تم تحديد النسب المولية بين المتبرعين بالهيدروجين والمقبول والمحتوى المائي في تجارب أولية. تم اختيار NDES # 3-9 في الجدول 1 من الأدبيات حيث وصفتها الدراسات السابقة بأنها NDES فعالة في استخلاص البوليفينول. تم تعديل محتوى الماء في NDES # 3 من الأدبيات المذكورة. تم تطبيق طريقة تسخين لتحضير NDES [15]. باختصار ، تم خلط مستقبل رابطة الهيدروجين مع كل من مكونات مانح الرابطة الهيدروجينية في قوارير إرلنماير بقضيب تحريك. يغلق الخليط في الدورق ويسخن عند 5 0 ْم لحوالي 3 0 دقائق أو حتى يتكون سائل صافٍ ويظل مستقرًا عند درجة حرارة الغرفة. تم حساب محتويات الماء في الجدول 1 وفقًا للحجم النهائي لمخاليط NDES. تم قياس الأس الهيدروجيني لـ NDES المدرجة في الجدول 1 باستخدام مقياس الأس الهيدروجيني (AB15 ، Accumet ، Fisher Scientific ، Waltham ، MA ، الولايات المتحدة الأمريكية). 2.3 تحضير العينة / الاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية تم توفير جلود وبذور العنب المسكدين المجمد (الصنف: كارلوس) بواسطة Paulk Vineyards (Wray ، جورجيا ، الولايات المتحدة الأمريكية). بعد إزالة القشرة أو الأوراق أو الأعناق ، تم فصل الثفل إلى بذور وجلد. تم بعد ذلك تجفيف العينات باستخدام فرن تفريغ الهواء (Isotemp ، موديل 285A ، Fisher Scientific ، Waltham ، ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية) عند 6 0 درجة مئوية وضغط فراغ أقل من - 3 0 بوصة زئبقية. بعد ذلك ، تم تجانس العينات في مسحوق ناعم باستخدام طاحونة خيالية (A1 {{1 0 5}} 0 0 ، RRH Inc. ، 2800 W ، Zhejiang ، الصين). باستخدام نسبة أولية صلبة إلى مذيب تبلغ 1:20 (جم: مل) ، تم خلط 0.50 جم من جلد أو بذور العنب المسكدين في 10 مل NDES أو 75 بالمائة من الإيثانول في ثلاث نسخ. تم وضع العينات بعد ذلك في حمام مائي (60 درجة مئوية) وصوتها (VCX 1500 ، Sonics & Materials Inc. ، 1500- واط ، 50/60 هرتز ، نيوتاون ، CT ، الولايات المتحدة الأمريكية) لمدة 30 دقيقة عند 100 بالمائة السعة لجولتين (15 دقيقة / جولة). بعد ذلك ، تم طرد العينات على الفور (Sorvall ST 8 ، Fisher Scientific ، Suzhou ، الصين) عند 3260 جم ​​حتى تم الحصول على طاف واضح. أخيرًا ، تم جمع المواد الطافية وتخزينها في ثلاجة - 20 درجة مئوية لتحليل HPLC للأحماض الفينولية (حمض الإيلاجيك ، وحمض الغاليك ، وحمض الفيروليك) ، والفلافونول (ميريسيتين ، وكيرسيتين ، وكايمبفيرول) ، وفلافان -3- أولس (كاتشين ويبيكاتشين). 2.4 تم تحليل تحليلات HPLC للأحماض الفينولية والفلافونول والفلافان -3- أحماض الفينول والفلافونول والفلافان -3- على نظام HPLC (Agilent Technologies 1200 ، Waldbronn ، ألمانيا) وفقًا للطريقة الموضحة في ساندو وجو (2013) [16]. يتكون نظام HPLC من مضخة ثنائية ، وجهاز أخذ عينات آلي ، وحجرة عمود منظم بالحرارة ، وكاشف صفيف الصمام الثنائي ، وكاشف التألق. تم تحلل قشرة العنب أو مستخلصات بذوره قبل تحليل الأحماض الفينولية والفلافونول. تم إجراء التحلل المائي عن طريق خلط 1 مل من المستخلص مع 4 مل من محلول التحلل المائي (1.2 مولار هيدروكسي يحتوي على 50 بالمائة من الميثانول) ووضعه في حمام مائي (الدقة ، موديل 2837 ، 400 واط ، 50/60 هرتز ، Thermo Scientific ، Marietta ، أوهايو ، الولايات المتحدة الأمريكية) عند 90 درجة مئوية لمدة 80 دقيقة. بعد ذلك ، تم تبريد العينات إلى 25 درجة مئوية تليها صوتنة لمدة 5 دقائق. لم يكن التحلل المائي للمستخلص ضروريًا لتحليل الكاتشين والإبيكاتشين. تمت تصفية المستخلصات المتحللة وغير المتحللة بالماء من خلال غشاء 0.45 ميكرومتر متعدد رباعي فلورو إيثيلين (PTFE) قبل تحليل HPLC. لتحليل حمض الإيلاجيك ، وحمض الغال ، وحمض الفيروليك ، والميريسيتين ، والكيرسيتين ، والكايمبفيرول ، والكاتشين ، والإبيكاتشين ، تم حقن 10 ميكرولتر في عمود SB-C18 (4.6 × 250 مم ، 5 ميكرومتر ، Zorbax ، Agilent ، سانتا كلارا ، كاليفورنيا ، الولايات المتحدة الأمريكية). كانت الأطوار المتحركة (أ) 0.5 بالمائة حمض الفورميك و (ب) 100 بالمائة أسيتونيتريل. كان معدل التدفق 1 مل / دقيقة مع 25 دقيقة من التدرج المعدل على النحو التالي: 0-5 دقائق ، 10-30 في المائة ب ؛ 5-10 دقائق ، 30-40 في المائة ب ؛ 10-20 دقيقة ، 40-50 بالمائة ب ؛ 20-25 دقيقة ، 50-10 بالمائة ب ؛ تليها 5 دقائق من الموازنة. تم ضبط درجة حرارة العمود عند 30 درجة مئوية. كان الطول الموجي للكشف 260 نانومتر لحمض الإيلاجيك وحمض الغاليك وحمض الفيروليك و 360 نانومتر للميريستين وكيرسيتين وكايمبفيرول على كاشف مصفوفة الثنائي الضوئي. كانت الإثارة والانبعاث لـ catechin و epicatechin 230 نانومتر ، 321 نانومتر ، على التوالي ، باستخدام كاشف التألق. تم قياس كمية مركبات البوليفينول باستخدام المنحنيات القياسية لحمض الإيلاجيك ، وحمض الغاليك ، وحمض الفيروليك ، والميريسيتين ، والكيرسيتين ، والكامبفيرول ، والكاتشين ، والإبيكاتشين. جميع المنحنيات القياسية لديها 7 نقاط و R2> 0.99. 2.5 تصميم مخصص للشبكات العصبية الاصطناعية أربعة متغيرات استخراج مستقلة بأربعة مستويات: محتوى الماء (15-60 بالمائة) ، وقت الموجات فوق الصوتية (5-35 دقيقة) ، نسبة المواد الصلبة إلى المذيبات (1: 5-1: 20) ، والاستخراج تم تطبيق درجة الحرارة (30-60 درجة مئوية) (الجدول S1) لتحسين إنتاجية استخلاص الأحماض الفينولية والفلافونول والفلافان -3-. على عكس التصميمات الكلاسيكية مثل تصميم سطح الاستجابة ، لا يتطلب التصميم المستند إلى ANN عمليات تشغيل متكررة ويفضل بنية بيانات مختلفة. في دراستنا السابقة [14] ، كانت ANN طريقة أكثر موثوقية للتنبؤ بإنتاجية الاستخراج من RSM. لذلك ، تم اختيار ANN في هذه الدراسة للتنبؤ بإنتاجية استخلاص حمض الإيلاجيك والكاتشين والايبيكاتشين. تم إنشاء تصميم مخصص مع 40 تشغيلًا (الجدول S2) في JMP Pro (الإصدار 14.2 ، SAS Institute Inc. ، Cary ، NC ، الولايات المتحدة الأمريكية) لتوفير بيانات خاصة لنمذجة ANN التنبؤية. تم تطبيق التوزيع العشوائي للأربعين أشواط للقضاء على أي تحيز. تظهر المعادلة الرئيسية لـ ANN على النحو التالي:=∑jj =1 wh jpg plus bhk، k=1 toK (1) حيث h هو عدد الخلايا العصبية في الطبقة المخفية ، j و k هما عدد متغيرات الإدخال والخلايا العصبية المخفية ، على التوالي ، p هو متغير الإدخال ، bh هو انحياز الطبقة المخفية ، و wh هو الوزن في الطبقة المخفية. تم تحليل عائدات استخراج حمض الإلاجيك والكاتشين والإبيكاتشين فيما يتعلق بالمتغيرات الأربعة المستقلة باستخدام ANN من خلال تدريب البيانات أولاً ثم اختيار أفضل نوع تنشيط وعدد من الخلايا العصبية التي تؤدي إلى ملاءمة البيانات بشكل مناسب. لتقييم نجاح نماذج التنبؤ ، تم تقييم ثلاث قيم: R-square ، والجذر التربيعي لمتوسط ​​خطأ التنبؤ التربيعي (RASE) (المعادلة (2)) ، ومتوسط ​​الخطأ المطلق (AAE). RASE هو RASE=SSE / n √ (2) حيث تتبرع SSE لتربيع وتلخص أخطاء التنبؤ (الاختلافات بين الاستجابات الفعلية والاستجابات المتوقعة) و n لعدد من الملاحظات. R-square بالقرب من 1 مع RASE و AAE بالقرب من الصفر يعني ملاءمة أعلى للبيانات في النموذج. 2.6. الإحصائيات تمت مقارنة إنتاجية استخراج الأحماض الفينولية والفلافونول والفلافان -3- مع ANOVA أحادي الاتجاه متبوعًا باختبار الطالب t عند p أقل من أو يساوي 0.05 باستخدام JMP Pro (الإصدار 14.2 ، SAS Institute Inc. ، كاري ، نورث كارولاينا ، الولايات المتحدة الأمريكية). تمت مقارنة كل nde و 75 بالمائة من الإيثانول باستخدام اختبارات Dunnett عند p أقل من أو يساوي 0.05. تم إجراء تحليل المكون الأساسي (PCA) على JMP Pro (الإصدار 14.2 ، SAS Institute Inc. ، كاري ، نورث كارولاينا ، الولايات المتحدة الأمريكية) للمركبات الفينولية المستخرجة من جلد العنب المسكدين والبذور. 3. النتائج والمناقشة 3.1. تم استخدام البوليفينول المستخلص بواسطة NDES من جلود العنب المسكدين Nine NDES و 75 بالمائة من الإيثانول لاستخراج البوليفينول من جلود العنب المسكدين. يوضح الجدول 2 إنتاجية استخلاص حمض الإيلاجيك ، وحمض الغال ، وحمض الفيروليك ، والميريستين ، والكيرسيتين ، والكايمبفيرول ، والكاتشين ، والإبيكاتشين. كان حمض Ellagic الأكثر وفرة في استخراج البوليفينول في قشر العنب ، يليه حمض الغال وحمض الفيروليك ، على التوالي. كانت هذه النتيجة متوافقة مع الدراسات السابقة [17 ، 18]. استخلصت NDES # 1 و # 8 و # 7 و # 3 و # 2 و # 9 كميات أعلى بكثير من حمض الإلاجيك في قشر العنب أكثر من 75 في المائة من الإيثانول. تم تحقيق أعلى إنتاجية لاستخراج حمض الإلاجيك بواسطة NDES # 1 متبوعًا بـ NDES # 8 عند 22.1 ± 2.2 مجم / جم و 21.3 ± 2.5 مجم / جم ، على التوالي (الجدول 2). ومع ذلك ، لم يكن هناك فرق كبير بين NDES # 1 و NDES # 8 وفقًا لاختبار الطالب. ومن المثير للاهتمام ، أن NDES # 1 هو أقل NDES فاعلية لاستخراج الأنثوسيانين منه

ثفل التوت البري [14]. يشير هذا إلى أن NDES # 1 قد يستخرج بشكل انتقائي حمض الإيلاجيك أو الإلاجيتانينات من مصفوفة الغذاء التي تحتوي أيضًا على الأنثوسيانيدينات. يمكن أن تُعزى هذه الانتقائية إلى الاختلافات في التفاعلات الجزيئية بين NDES وفئات فينولية معينة. يوضح الشكل S1 (اللوحة A) مخطط كروماتوجرام HPLC لحمض الغال وحمض الإيلاجيك وحمض الفيروليك المستخرج من قشر العنب بواسطة NDES رقم 1 واكتشف عند 26 0 نانومتر. يستخلص الإيثانول بنسبة 75 بالمائة 12.7 ± 1.2 مجم من حمض الإلاجيك لكل جرام من قشر العنب. لوحظ أقل إنتاجية لاستخلاص حمض الإلاجيك في NDES # 4 عند 7.44 ± 0 .6 مجم / جم. كان إنتاجية استخراج حمض الغال بواسطة NDES # 9 و # 8 و # 1 و # 4 و # 7 و # 3 قابلة للمقارنة وأعلى بكثير من 75 بالمائة من الإيثانول. تم استخلاص أعلى كمية من حمض الغاليك بواسطة NDES # 9 عند 1 0. 4 ± 0. 5 مجم / جم ، بينما أقل كمية 5.55 ± {{4 0}} تم استخراج .1 مجم / جم بواسطة NDES # 5. تم استخلاص أعلى كمية من حمض الفيروليك بواسطة NDES # 1 عند 6.32 ± 0. 7 مجم / جم وأقل كمية تم استخلاصها بواسطة NDES # 5 عند 3.11 ± 0. {{5 0 }}}} مجم / جم. علاوة على ذلك ، لم يكن هناك فرق كبير بين NDES # 1 و 75 بالمائة من الإيثانول في استخراج حمض الفيروليك (الجدول 2). تم استخلاص أعلى كمية من الكاتشين والإبيكاتشين بواسطة NDES # 3 عند 0. 61 ± 0. 1 مجم / جم و 0. 89 ± 0. 1 مجم / ز ، على التوالي (الجدول 2). وفي الوقت نفسه ، استخرج NDES # 3 و # 6 كميات أكبر بكثير من epicatechin من 75 بالمائة من الإيثانول. يوضح الشكل S2 (اللوحة A) مخطط كروماتوجراف HPLC من الكاتشين والايبيكاتشين المستخلص بواسطة NDES # 3 من قشرة العنب. ومع ذلك ، لم يتم الكشف عن الكاتشين في مستخلص الإيثانول بنسبة 75 في المائة. تم استخراج أقل كميات من الكاتشين (0. 0 2 مجم / جم) والإبيكاتشين ({{9 0}. 14 مجم / جم) بواسطة NDES # 2 و NDES # 5 ، على التوالي. كان الميريستين هو الفلافونول الأكثر وفرة ، وكان الكايمبفيرول هو الأقل. كشف اختبار دونيت أن تجارب الاقتراب من الموت و 75 بالمائة من الإيثانول كانت قابلة للمقارنة في استخلاص الميريسيتين ، والكيرسيتين ، والكامبفيرول (الجدول 2). تم استخراج أعلى كمية من myricetin بواسطة NDES رقم 1 (1.84 مجم / جم) ، يليه 75 بالمائة من الإيثانول (1.73 مجم / جم) ، ثم NDES رقم 8 (1.67 مجم / جم). تم استخراج أعلى كمية كيرسيتين بنسبة 75 بالمائة من الإيثانول (0. 41 مجم / جم) ، NDES # 1 (0. 4 0 مجم / جم) ، NDES رقم 8 ({ {143}}. 38 مجم / جم). في المقابل ، تم استخراج أقل كميات من myricetin و quercetin بواسطة NDES # 5 عند 0. 87 مجم / جم و 0. 27 مجم / جم ، على التوالي. تؤكد هذه النتيجة أيضًا على القدرة الضعيفة العامة لـ NDES # 5 لاستخراج البوليفينول من قشر العنب. تم استخراج أعلى كمية من الكايمبفيرول بنسبة 75 بالمائة من الإيثانول (0. 0 5 مجم / جم) ، وأقل كمية تم استخلاصها بواسطة NDES # 5 و NDES # 6 (0.03 مجم / جم). يوضح الشكل S1 (اللوحة B) مخطط كروماتوجراف HPLC لمايريستين وكيرسيتين وكايمبفيرول المستخرج من قشر العنب بواسطة NDES # 1 الذي تم اكتشافه عند 360 نانومتر. كانت أعلى كمية من الأحماض الفينولية والفلافونول والفلافان -3- أولات 40.7 مجم / جم المستخلص باستخدام NDES # 1 متبوعًا بـ 39.8 مجم / جم المستخلص باستخدام NDES رقم 8 ، بينما كان أقل مجموع 18.4 مجم / جم مستخلص بواسطة NDES # 5 (الجدول 2). تراوح الرقم الهيدروجيني لـ NDES بين 0.3 و 3.3 (الجدول 1). تم إدراج علاقة Rsquared بين الأس الهيدروجيني لتجارب الاقتراب من الموت والأحماض الفينولية والفلافونول وعوائد الفلافان -3- في الجدول 2. عدم وجود ارتباط بين الأس الهيدروجيني وعوائد الاستخراج يشير إلى أن الرقم الهيدروجيني لم يؤثر على كفاءة الاستخراج. 3.2 البوليفينول المستخلص بواسطة NDES من بذور العنب المسكدين كانت حصيلة الاستخراج الإجمالية للأحماض الفينولية والفلافونول والفلافان - 3- من بذور العنب أقل بشكل ملحوظ من تلك الموجودة في القشرة (الجدول 3). وكانت أكثر أنواع البوليفينول القابلة للاستخراج وفرة في البذور هي الكاتشين والإبيكاتشين ، بينما لم يتم الكشف عن الكايمبفيرول. تعتبر مصفوفة البذور المعقدة المحتوية على الزيت (13 بالمائة ، وزن / وزن قاعدة جافة) تفسيرًا محتملاً لقابلية الاستخراج المنخفضة للمركبات الفينولية من بذور العنب [19]. تم استخراج أكبر كمية من الكاتشين بواسطة NDES # 3 عند 2.77 مجم / جم (الجدول 3). كان هذا المحصول أعلى بكثير من جميع NDES الأخرى و 75 في المائة من الإيثانول. يوضح الشكل S2 (اللوحة B) مخطط كروماتوجراف HPLC من الكاتشين والايبيكاتشين المستخلصين بواسطة NDES # 3 من بذور العنب. تم استخراج أقل كمية من الكاتشين بواسطة NDES # 5 عند 0.30 مجم / جم. استخلصت جميع NDES ولكن NDES # 1 و # 2 و # 9 كميات أعلى بكثير من epicatechin من الإيثانول بنسبة 75 بالمائة (الجدول 3). تم استخراج أعلى تركيزات إيبيكاتشين بواسطة NDES # 4 (0.71 مجم / جم) و NDES رقم 5 (0.68 مجم / جم) ، بينما تم استخلاص أقل تركيز بنسبة 75 بالمائة من الإيثانول (0.11 مجم / جم). كان حمض الجاليك أكثر حمض الفينول استخلاصًا وفرة في بذور العنب ، يليه حمض الفيروليك وحمض الإيلاجيك على التوالي. تم استخراج أعلى كمية من حمض الغاليك بواسطة NDES # 4 عند 0.45 مجم / جم ، تليها NDES # 9 و NDES # 8. استخلصت تجارب الاقتراب من الموت هذه كميات أعلى بكثير من حمض الغاليك من الإيثانول بنسبة 75٪. تم استخراج أقل كمية من حمض الجاليك (0.2 مجم / جم) بواسطة NDES # 3. أعلى استخراج

تم الحصول على محصول حمض الإيلاجيك بواسطة NDES رقم 9 (0. 26 مجم / جم) متبوعًا بـ NDES رقم 6 (0. 17 مجم / جم) ، والتي كانت أعلى بكثير من 75 بالمائة من الإيثانول. وبالمثل ، استخلصت تجارب الاقتراب من الموت رقم 3 أقل كمية من حمض الإلاجيك عند 0. 0 5 مجم / جم. بالإضافة إلى ذلك ، استخلصت NDES # 6 و # 7 و # 3 كميات أعلى بكثير من حمض الفيروليك عن 75 بالمائة من الإيثانول. كان أقل إنتاجية لاستخلاص حمض الفيروليك هو 0 .5 مجم / جم بواسطة NDES # 5. علاوة على ذلك ، لم يتم اكتشاف حمض الفيروليك في مستخلص NDES # 9. كان هذا على الأرجح لأن قابلية ذوبان حمض الفيروليك كانت أقل في NDES رقم 9 مقارنة بتجارب الاقتراب من الموت الأخرى. تم الحصول على أعلى مستخلص ميريستين بنسبة 75٪ من الإيثانول و NDES # 7 عند 0 .18 مجم / جم ، والتي كانت أعلى من جميع تجارب الاقتراب من الموت. كان أعلى إنتاج لاستخراج الكيرسيتين بواسطة NDES رقم 6 (0. 14 مجم / جم) و NDES # 3 (0.13 مجم / جم) وكان كلا NDES أفضل من 75 بالمائة من الإيثانول. وبالمثل ، لم يؤثر الرقم الهيدروجيني لـ NDES على محصول الاستخراج كما هو موضح في الارتباط المنخفض (R-squared) بين الأس الهيدروجيني لتجربة الاقتراب من الموت وعوائد الأحماض الفينولية والفلافونول والفلافان -3- المدرجة في الجدول 3. 3.3 . تم إجراء تحليل المكون الرئيسي (PCA) لربط محصول الاستخلاص للمركبات الفينولية المختلفة في قشر العنب والبذور بتجارب الاقتراب من الموت و 75 بالمائة من الإيثانول (الشكل 1). تم إجراء PCA على مصفوفة ارتباط لاكتشاف الانتقائية المحتملة لبعض تجارب الاقتراب من الموت لاستخراج مركبات أو مجموعات فينولية معينة. تم تفسير حوالي 85 في المائة من التباين في بيانات الجلد من خلال المكونات الرئيسية 1 و 2. يوضح مخطط التحميل (الشكل 1 ب) ارتباطًا كبيرًا بين الأحماض الفينولية (حمض الإيلاجيك ، وحمض الغاليك ، وحمض الفيروليك) والفلافونول (ميريسيتين ، كيرسيتين ، و kaempferol). لاستخراج هذه المجموعات ، فإن أفضل المذيبات هي NDES # 1 و # 8 و # 7 و 75 بالمائة من الإيثانول كما هو موضح في مخطط النقاط (الشكل 1 أ). وفي الوقت نفسه ، ظهر الكاتشين والايبيكاتشين منفصلين عن باقي المجموعات الفينولية. كما هو مبين في الشكل 1 أ ، كان NDES # 3 انتقائيًا لاستخراج الكاتشين والإبيكاتشين من جلود العنب. كانت هذه ملاحظة مثيرة للاهتمام لأن NDES # 3 كان من بين أقل NDES فاعلية لاستخراج proanthocyanidins ، وهي أوليغومرات وبوليمرات الكاتشين والإبيكاتشين [14]. يشير هذا إلى أن NDES # 3 قد يكون انتقائيًا لـ proanthocyanidins ذات الأحجام الجزيئية الأصغر. كان تجميع المركبات الفينولية على قطعة تحميل الجلد (الشكل 1 ب) مختلفًا عن البذور (الشكل 1 د) بغض النظر عن المحصول المنخفض لهذه المركبات في بذور العنب. أوضح المكونان الأول والثاني حوالي 73 بالمائة من تباين بيانات البذور. تم استخراج الكيرسيتين والميريستين وحمض الفيروليك بكفاءة أكبر بواسطة NDES # 6 و # 7 و 75 بالمائة من الإيثانول ، كما هو موضح في مخطط النتيجة (الشكل 1C). تم استخراج حمض اللاجيك وحمض الغاليك بشكل أكثر فعالية بواسطة NDES # 9. مرة أخرى ، تم استخراج الكاتشين بأعلى كفاءة بواسطة NDES # 3 والذي كان مشابهًا لتلك التي لوحظت مع قشور العنب. تم استخراج Epicatechin بكفاءة أعلى بواسطة NDES # 5 و # 4 و NDES # 8.

3.4. تحسين استخراج الأحماض الفينولية والفلافونول من جلود العنب المسكدين ونمذجة ANN لكلوريد الكولين: حمض ليفولينيك: الإيثيلين جلايكول 1: 1: 2 (NDES # 1) أظهر أعلى إنتاجية لاستخراج حمض الإيلاجيك ، وبالتالي تم اختياره لمزيد من التحسين و تنبؤ. تم تقييم تأثيرات أربعة عوامل ، بما في ذلك محتوى الماء ، ووقت الموجات فوق الصوتية ، ونسبة المواد الصلبة إلى المذيبات ، ودرجة حرارة الاستخراج لاستخراج الأحماض الفينولية والفلافونول. علاوة على ذلك ، تم تطبيق أربعة مستويات لكل عامل استخراج في إجمالي 4 0 عمليات عشوائية. يوضح الجدول 4. إنتاجية الاستخراج التجريبية لحمض الإيلاجيك وحمض الغاليك وحمض الفيروليك والميريسيتين والكيرسيتين بالإضافة إلى مجموع هذه الخمسة. لأحماض الفينول. على سبيل المثال ، كان أقل إنتاج لحمض الإيلاجيك 9. 0 3 مجم / جم (التشغيل رقم 17) وكان أعلى إنتاج هو 25.3 مجم / جم (التشغيل رقم 15) ، مما أدى إلى اختلاف 16.2 مجم / جم (تشغيل # 17). علاوة على ذلك ، كان أقل محصول 2 0. 7 مجم / جم ، وأعلى 71.5 مجم / جم. يوضح هذا التأثير الكبير للمستويات المختلفة لكل عامل استخلاص على إنتاجية الاستخراج. استخلص تشغيل # 15 أعلى كمية من حمض الإيلاجيك. كانت حالة الاستخراج للتشغيل رقم 15 45 مل / 1 0 {{13 0} مل محتوى مائي ، 25 دقيقة من الموجات فوق الصوتية ، 1:10 (جم: مل) نسبة صلبة إلى مذيب ، ودرجة حرارة الاستخراج 60 درجة مئوية. يوضح الشكل S3 مخطط كروماتوجرافي HPLC للأحماض الفينولية المحسنة المستخرجة من قشر العنب بواسطة NDES رقم 1 (تشغيل رقم 15 في الجدول 4). تم تحقيق أعلى حمض جاليك (18.7 مجم / جم) باستخدام ظروف الاستخراج في التشغيل رقم 24 وأقلها 6.63 مجم / جم باستخدام التشغيل رقم 40. بالنسبة لحمض الفيروليك ، استخلص التشغيل رقم 22 أعلى كمية عند 19.2 مجم / جم ، بينما لم يتم اكتشاف حمض الفيروليك في الأشواط رقم 14 ورقم 17 ورقم 29 ورقم 34. تم استخلاص التشغيل رقم 22 مع 60 مل / 100 مل من محتوى الماء ، 5 دقائق من ultrasonication ، 1: 5 لنسبة المواد الصلبة إلى المذيبات ، ودرجة حرارة الاستخلاص 60 درجة مئوية. استخلص تشغيل # 2 أعلى ميريستين (10.1 مجم / جم) وكيرسيتين (1.87 مجم / جم). كانت ظروف الاستخراج للتشغيل رقم 2 60 مل / 100 مل من محتوى الماء ، 35 دقيقة من الموجات فوق الصوتية ، 1:20 لنسبة المواد الصلبة إلى المذيبات ، ودرجة حرارة الاستخلاص 60 درجة مئوية. تم استخلاص أقل عائد مؤكد (3.79 مجم / جم) عن طريق التشغيل رقم 40. توضح المخططات الكنتورية في الشكل 2 تأثير معاملات الاستخراج (X1 و X2 و X3 و X4) على العائد المتوقع لحمض الإلاجيك المستخلص بواسطة NDES # 1 من قشر العنب. تم استخدام العوائد المتوقعة لحمض الإلاجيك في الجدول 4 لإنشاء مخططات العد هذه. توضح كل لوحة تأثير معلمتين من عوامل الاستخراج. يتم تمييز خطوط الكنتور بحاصل حمض الإيلاجيك (مجم / جم). كان محتوى الماء الأمثل المتوقع حوالي 35-45 مل / 100 مل NDES ، كما هو موضح في الشكل 2 ب و 2 ج. زاد وقت الموجات فوق الصوتية الأطول من محصول حمض الإيلاجيك (الشكل 2D و 2E) ، مما يشير إلى الدور الحاسم للالصوتنة في استخراج NDES. أثناء الاستخراج ، أدى خلط قشور العنب أو البذور مع NDES إلى إدخال جزيئات وغاز ، مما أضاف مواقع تجويف صوتية للموجات فوق الصوتية لتوليد العديد من الفقاعات الصغيرة في NDES. أدى انفجار هذه الفقاعات إلى درجة حرارة شديدة ، وفرق ضغط ، وقوة قص عالية ، واضطرابات كبيرة ، وخلط دقيق ، مما أدى إلى إثارة NDES بشكل فعال لتسريع انتشار الكتلة ونقلها. عندما تنفجر فقاعات التجويف على سطح بذور العنب أو جزيئات الجلد ، أدت النفاثات الدقيقة الناتجة والاصطدامات بين الجسيمات إلى تقشير السطح ، والتآكل ، وانهيار الجسيمات ، والتثقيب ، وتمزق الخلايا [20]. كل هذه التأثيرات الميكانيكية للتجويف الناجم عن الموجات فوق الصوتية كثفت تغلغل تجارب الاقتراب من الموت إلى داخل الخلية بحيث يتم نقل الفينولات بين الخلايا من مصفوفة الطعام إلى مذيبات. كانت النسبة المثلى للمواد الصلبة إلى المذيبات 1:10 ، كما هو مبين في الشكل 2B ، 2D ، 2F. أخيرًا ، يبدو أن درجات حرارة الاستخراج الأعلى التي تصل إلى 60 درجة مئوية لها تأثير إيجابي على قابلية استخراج حمض الإيلاجيك كما هو موضح في الشكل 2C و 2E و 2F. يشير هذا إلى وجود علاقة مباشرة بين درجة حرارة الاستخراج وإنتاجية حمض الإيلاجيك المستخرج من قشر العنب. تم تحليل غلات استخراج حمض Ellagic (الجدول 4) لنمذجة التنبؤ باستخدام الشبكات العصبية الاصطناعية. تم تقسيم البيانات التجريبية بشكل عشوائي إلى مجموعة تدريب ومجموعة التحقق من الصحة. سبب تضمين التحقق من الصحة الذي تم تعيينه بواسطة البرنامج الإحصائي هو منع فرط التجهيز. للتنبؤ بإنتاجية حمض الإيلاجيك (Y) ، تم تقييم نفس عوامل الاستخراج الأربعة المستقلة (X1 ، X2 ، X3 ، X4) ، 1-2 طبقات مخفية بعدد مختلف من الخلايا العصبية ، وثلاث وظائف تنشيط. كانت وظائف التنشيط المطبقة هي الظل الزائدي والخطي والغاوسي. بعد ذلك ، تم تدريب مجموعات البيانات حتى تم الوصول إلى قيمة R عالية لكل من التدريب والتحقق من الصحة. تم إنشاء بيانات التنبؤ والنموذج. تم اختيار أفضل بنية ANN من خلال تحليل المدخلات الأربعة (X1 و X2 و X3 و X4) بطبقة واحدة مخفية باستخدام وظيفة Gaussian مع عشرة خلايا عصبية (الشكل S5). كانت R التربيعية لمجموعات التدريب والتحقق 0.99 ، بينما كان RASE و AAE للنموذج 0.062 و 0.044 على التوالي. كان التربيع التربيعي للتحقق من صحة ANN لحمض الإيلاجيك في هذه الدراسة (0.99) أعلى من التحقق من صحة ANN للبروسيانيدين (0.95) والأنثوسيانين (0.91) في دراسة سابقة [14]. ومع ذلك ، يمكن أن تُعزى هذه الزيادة في R2 إلى ملاءمة النموذج الذي تم إنشاؤه بشكل أفضل للبيانات في هذه الدراسة ، والذي قد يكون بسبب الأخطاء التجريبية الأصغر. تم عرض نماذج ANN التنبؤية لاستخراج حمض الإلاجيك باستخدام NDES # 1 على شكل معادلة 3-13:

cistanche لتحسين المناعة

استنتاج

قدمت النتائج الحالية أدلة إضافية على فعالية قدرات NDES لاستخراج البوليفينول من المنتجات الثانوية لصناعة الأغذية. دعمت النتائج فرضية الاستخراج المتفوق بمساعدة الموجات فوق الصوتية لـ NDES على 75 بالمائة من الإيثانول. استخلص NDES بشكل فعال ثلاثة أحماض فينولية ، واثنين من الفلافونول ، وثلاثة فلافان -3- من قشور العنب والبذور. كان NDES # 1 هو NDES الأكثر فاعلية لاستخراج حمض الإيلاجيك ، في حين كان NDES # 3 انتقائيًا بشكل ملحوظ نحو استخراج الكاتشين والإبيكاتشين. العيب الملحوظ في NDES هو اللزوجة العالية ، والتي تمثل تحديات أثناء المناولة والتعافي. في هذه الدراسة ، أظهرت الشبكات العصبية الاصطناعية ، بغض النظر عن قيود نتائجها ، نهجًا عمليًا للنمذجة التنبؤية. تجارب الاقتراب من الموت هي وسائط قوية لاستعادة المواد الكيميائية النباتية من أنظمة الغذاء. تقدم بعض تجارب الاقتراب من الموت أيضًا مذيبًا أقل سمية لدراسة هذه المواد الكيميائية النباتية في الخلايا الحية [21 ، 22]. أخيرًا ، المذيبات الطبيعية سهلة الانصهار هي وسيلة استخلاص بديلة فعالة للمذيبات العضوية.

مراجع

[1] دبليو بي ، إم تيان ، كيه إتش رو ، تقييم المذيب سهل الانصهار العميق القائم على الكحول في استخلاص وتحديدمركبات الفلافونويدمع تحسين منهجية سطح الاستجابة ، ي. تشروماتوجر. 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، الاستخراج الأخضر من الفينولات قشر العنب باستخدام مذيبات سهلة الانصهار ، 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 ، التقنيات التمكينية لاستخراج الأنثوسيانين من ثفل العنب باستخدام مذيبات طبيعية سهلة الانصهار في دفعات تصل إلى نصف لتر استخراج الأنثوسيانين من ثفل العنب باستخدام NADES ، Food Chem. 300 (2019) 125185 ، https://doi.org/ 10.1016 / j.foodchem.2019.125185.
[4] M. Hoffmann، et al.، 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 (تم الوصول إليه في 18 يناير 2021). [5] Cline، B. and C. Fisk ، نظرة عامة على مساحات زراعة العنب المسكدين والأصناف ومناطق الإنتاج في جنوب شرق الولايات المتحدة. ورشة عمل عنب المسكدين لوكلاء الإرشاد التعاوني ، في اتحاد الفاكهة الصغيرة في المنطقة الجنوبية. 2006: اتحاد الفاكهة الصغيرة في المنطقة الجنوبية.
[6] PC Andersen A. Sarkhosh D. Huff J. Breman 2020 6 10. 32473 / edis-hs 100-2020.
[7] ب. جرينسبان وآخرون ، الخصائص المضادة للالتهابات لعنب المسكدين (Vitis rotundifolia) ، J. Agric. غذاء. تشيم. 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 ، مستخلص قشرة العنب Muscadine يمنع خلايا سرطان البروستاتا عن طريق التسبب في توقف دورة الخلية وتقليل الهجرة من خلال بروتين الصدمة الحرارية 40 ، Heliyon 5 (1) (2019) e01128 ، https: // doi .org / 10.1016 / j.heliyon.2019.e01128.