Abstrakti

Cistanche deserticolaon tunnettu aavikkoperäinen lääkeyrtti, joka on kotoisin Luoteis-Kiinasta ja jota kutsutaan usein "aavikon ginsengiksi". Elintarvike-lääkehomologisena kasvitieteellisenä materiaalina sillä on suuri kehityspotentiaali funktionaalisten elintarvike- ja ravintolisäteollisuudessa. Tuoreet kerätyt kudokset ovat herkkiä endogeenisten oksidaasientsyymien laukaisemalle entsymaattiselle rusketukselle. Perinteiset tuotantokäytännöt käyttävät useimmiten ulkoilmakuivausta tai suoraa kuumailmakuivausta ilman standardoituja esikäsittelyvaiheita. Nämä perinteiset toiminnot johtavat yleensä suuriin fenyylietanoliglykosidien (PhG:iden) hävikkiin, jotka ovat keskeisiä bioaktiivisia merkkiaineita, ja heikentävät lopullisten kuivattujen viipaleiden kaupallista laatua. Käytännön esikäsittely-dehydratointiyhdistelmien luominen on välttämätöntä aktiivisten yhdisteiden säilyttämiseksi ja valmiiden tuotteiden säilytyskyvyn vakauttamiseksi.

Tässä työssä tutkittiin kahta esikäsittelyreittiä: ei-terminen ultrakorkea hydrostaattinen paine (UHP) ja perinteinen lämpöhöyrytys. Jokainen esikäsittely yhdistettiin kahteen yleiseen dehydratointiteknologiaan, konvektiiviseen kuumailmakuivaukseen ja tyhjökylyofilisointiin. Yksitekijäkokeita toteutettiin toteuttamiskelpoisten parametrialueiden kaventamiseksi, minkä jälkeen Box-Behnken vastepinnan mallinnus neljän integroidun tuotannon työnkulun optimoimiseksi. Fenyylietanoliglykosidien kokonaismäärä, joka laskettiin laskemalla yhteen neljä edustavaa markkeria, mukaan lukien ekinakosidi, verbaskosidi, cistanosidi A ja isoverbaskosidi, toimi ensisijaisena arviointiindikaattorina. Optimoiduilla parametreilla tuotetut kuivatut yrttiviipaleet pakattiin neljällä tyhjiöpohjaisella käsittelyllä: yksinkertainen tyhjiösulkeminen, tyhjiö hapenpoistoainepussilla, tyhjiö silikageelikuivausaineilla ja komposiittityhjiöpakkaus, joka sisälsi sekä hapenpoistoainetta että kuivausainetta. Useita laatuindikaattoreita, kuten kosteustasoa, kokonaissokeria, liukoista proteiinia, jäännös-phG:tä ja aerobisten mikrobien kokonaismäärää, seurattiin jatkuvasti huoneenlämpötilassa. Nopeutettua säilyvyysaikatestausta (ASLT) korkeissa lämpötiloissa käytettiin arvioimaan todellista säilyvyyttä ympäristöolosuhteissa.

Tulokset osoittivat, että sekä UHP että höyrytys esikäsittely paransivat PhG:iden säilyvyyttä verrattuna esikäsittelemättömiin suoriin dehydraatiokontrolliin. Optimaalinen käsittelytulos saavutettiin UHP:llä yhdistettynä kuumailmakuivaukseen: paine 296 MPa, pitoaika 16 minuuttia ja kuivauslämpötila 81 astetta, jolloin PhGs-pitoisuus oli 5,12 mg/g·FW, noin 1,8 kertaa korkeampi kuin käsittelemättömässä kuumailmakuivatussa vertailunäytteessä. Höyrytys-kuumailmakuivaukseen ihanteelliset parametrit olivat höyrytyslämpötila 94 astetta, höyrytyksen kesto 21 minuuttia ja kuivauslämpötila 79 astetta. UHP:lle yhdistettynä pakastekuivaukseen optimaaliset asetukset olivat 295 MPa paine, 16 minuutin pitoaika ja -43 asteen esijäädytyslämpötila. Höyrytys-lyofilisoinnissa paras tila oli 94 asteen höyrytys 21 minuuttia ja -43 asteen esijäädytyslämpötila. Säilytyskokeiden aikana kaikki pakkausryhmät jakoivat johdonmukaiset laadunmuutostrendit: kosteus- ja mikrobimäärät kasvoivat vähitellen, kun taas kokonaissokerin, liukoisen proteiinin ja PhG:n bioaktiiviset markkerit laskivat. Kaikista testatuista pakkausmuodoista komposiittityhjiöpakkaukset, jotka oli varustettu sekä happea imevillä että kosteutta imevillä pussilla, säilyttivät parhaan kokonaisvaltaisen tuotteen laadun. Nopeutettu stabiilisuuslaskelma ennusti 256 päivän säilyvyyden tavallisille tyhjiösuljetuille näytteille 20 asteen ympäristön lämpötilassa. Vertailun vuoksi komposiittikaksitoimisten tyhjiöpakkausten arvioitu säilyvyysaika oli jopa 663 päivää.

Ei-termisellä ultrakorkeapaineesikäsittelyllä on huomattavia etuja lämpöherkkien fenyylietanoliglykosidien suojaamisessaCistanche deserticolakuivuminen. Hapenpoistoaineiden ja kuivausaineiden samanaikainen käyttö tyhjiösuljetuissa pakkauksissa voi tehokkaasti hidastaa moniulotteista laadun heikkenemistä ja pidentää huomattavasti kuivattujen viipaleiden käyttöikää. Tämä tutkimus tarjoaa käytännön tuotantoreferenssejä tämän arvokkaan elintarvikelääkehomologisen raaka-aineen sadonkorjuun jälkeiseen käsittelyyn ja pitkäaikaiseen kaupalliseen säilöntään.

Avainsanat: Cistanche deserticola; fenyylietanoliglykosidit; erittäin korkea hydrostaattinen paine; höyrytys esikäsittely; kuumailmakuivaus; tyhjiölyofilisointi; kuivattujen yrttien säilyvyys; nopeutettu säilyvyyden arviointi; elintarvike-lääkehomologia

 

1. Johdanto

1.1 Kasvitieteellinen profiili ja teollinen taustaCistanche deserticola

Cistanche deserticolaYC Ma kuuluu Orobanchaceae-perheeseen, ja se on pakollinen holoparasiittiyrtti ilman klorofylliä. Se loistaa juurijärjestelmänHaloxylon ammodendron, kuivuutta kestävä pensas, joka on levinnyt laajalti Pohjois-Kiinan autiomaa-alueille. Sen mehevää hilseilevää vartta on käytetty tonisoivana yrttimateriaalina yli kahden tuhannen vuoden ajan perinteisissä levitysjärjestelmissä. Muinaiset yrttiasiakirjat luokitellaan sen korkealaatuiseksi tonic-materiaaliksi, joka tunnetaan munuais-yangia vahvistavista vaikutuksista, veren esanssin täydentämisestä ja ummetusoireita lievittävästä vaikutuksesta.

Historiallisen liiallisesta villikeräyksestä johtuen villiCistanche deserticolaluonnonvarat kärsivät ehtymisriskistä ja saivat virallisia suojelutoimia. Nykyään laajamittaista keinoviljelyä on toteutettu rokottamallaCistanchekeinotekoisesti istutetuilleHaloxylon ammodendronsuojametsät, pääasiassa Sisä-Mongolian aavikkoalueilla. Vuoden 2020 alussa Kiinan sääntelyviranomaiset mukaan lukienCistanche deserticolaelintarvike-lääkehomologian pilottiluetteloon, mikä avaa laajempia kaupallisia mahdollisuuksia funktionaalisten elintarvikkeiden, ravintolisien ja kosmeettisten raaka-aineiden markkinoille.

1.2 Tärkeimpien toiminnallisten aineosien bioaktiivisuus

Fenyylietanoliglykosidit ovat bioaktiivisia aineitaCistanche deserticola. Lukuisat in vitro solukokeet ja in vivo eläinmallitutkimukset ovat vahvistaneet sen monipuolisen farmakologisen potentiaalin. Näillä yhdisteillä on huomattava antioksidanttikapasiteetti: PhG-fraktiot voivat lisätä antioksidanttientsyymiaktiivisuutta, kuten SOD, ja vähentää lipidiperoksidaatiovaurioita eläimen seerumissa ja maksakudoksissa. Oksidatiivisen stressin soluvauriomallit osoittivat, että PhG-isolaatit voivat alentaa hermosolukuolleisuutta, mikä tukee sen potentiaalia luonnollisena antioksidanttiraaka-aineena.

Farmakologiset eläinkokeet vahvistavat myös sen perinteisen tonic-arvon. Yrttivesiuutteet voivat parantaa useita urospuolisten siittiöiden laatuparametreja, mukaan lukien siittiöiden pitoisuutta, liikkuvuutta ja epämuodostumia. Lymfosyyttien inkubaatiokokeet osoittivat senCistancheuutteet voisivat edistää vasta-aineiden muodostumista ja säädellä immuunisolun pintareseptorin ilmentymistä, mikä heijastaa immunomoduloivia vaikutuksia. Ruoansulatuskanavan säätelytutkimuksessa tästä yrtistä uutetut oligosakkaridikomponentit osoittivat ilmeistä laksatiivista tehoa, mikä kiihdytti suoliston peristaltiikkaa ja lyhensi ulostamisen latenssia ummetusta koskevissa eläinmalleissa. PolysakkaridifraktiotCistanche deserticolaedistää myös antioksidanttisia ja immunomoduloivia fysiologisia vasteita.

1.3 Kasviperäisten raaka-aineiden kuivaustekniikan nykytila

Juuri korjattuCistanche deserticolasisältää runsaasti ravinteita, mutta sadonkorjuun jälkeinen aineenvaihduntatoiminta pysyy vahvana poiminnan jälkeen. Ilman oikea-aikaista käsittelyä tuoreet varret ovat alttiita entsymaattiselle ruskistumiselle, rakenteen pehmenemiselle ja mikrobien pilaantumiselle, mikä vaikeuttaa alueiden välistä logistiikkaa ja pitkäaikaista varastointia. Kuivaus on tärkein säilöntämenetelmä kaupalliseen laatuunCistancheraaka-aine. Perinteisessä tuotannossa käytetään enimmäkseen aurinkokuivausta tai varjossa olevaa ilmakuivausta. Siitä huolimatta endogeeniset oksidaasientsyymit, mukaan lukien polyfenolioksidaasi (PPO) ja peroksidaasi (POD), jatkavat bioaktiivisten aineiden hajottamista ennen kuin kudoksen kosteus laskee turvalliselle tasolle. Tämä aiheuttaa tyypillisten PhGs-komponenttien voimakasta menetystä ja epävakaa lopputuotteen laatua.

Yleisiä kasvitieteellisten materiaalien teollisia kuivaustekniikoita ovat konvektiivinen kuumailmakuivaus, mikroaaltouunikuivaus, kauko-infrapunakuivaus ja tyhjiökuivaus. Konvektiivisessa kuumailmakuivauksessa on pienet laiteinvestoinnit, suuri eräkapasiteetti ja yksinkertainen käyttö, joka sopii massatuotantoon. Sen suurin haitta on lämpölabiileille bioaktiivisille molekyyleille aiheutuva lämpövaurio korkeissa lämpötiloissa. Tyhjiölyofilisointi poistaa kosteuden jääsublimaatiolla matalapaineisissa pakasteolosuhteissa. Tämä tekniikka voi säilyttää paremmin alkuperäisen kudoksen rakenteen, värin ja lämpöherkät fytokemikaalit, samalla kun se lisää energiankulutusta ja tuotantokustannuksia. Hybridiyhdistelmäkuivausjärjestelmissä pyritään yhdistämään eri kuivausmuotojen edut valmiiden tuotteiden laadun ja valmistustalouden tasapainottamiseksi.

1.4 Esikäsittelystrategiat ennen kasvitieteellistä dehydraatiota

Esikäsittelyvaiheet ennen dehydraatiota voivat saavuttaa useita tavoitteita: oksidatiivisen entsyymin deaktivoinnin, osittaisen mikrobikuorman vähentämisen ja kasvien ja kudosten mikrorakenteen muuttamisen. Kohtuullinen esikäsittely parantaa vedenpoistotehokkuutta ja minimoi arvokkaiden endogeenisten bioaktiivisten yhdisteiden hajoamisen. Lämpöhöyrytys tai valkaisu kuuluu perinteisiin lämpöesikäsittelyratkaisuihin. Lämpökäsittely denaturoi PPO- ja POD-oksidaasiproteiineja estämään ruskistumisreaktiot, mikä samalla parantaa soluseinän läpäisevyyttä ja lyhentää myöhempiä kuivumissyklejä. Liian pitkä lämpökäsittely tai liian korkea lämpötila voivat kuitenkin liuottaa vesiliukoisia fytokemikaaleja ja laukaista kohdeaktiivisten aineiden lämpöhajoamisen.

Ultrakorkean hydrostaattisen paineen (UHP) käsittely on lupaava ei-terminen fyysinen interventio elintarvike-yrttivalmistukseen. Korkea hydrostaattinen paine katkaisee ei-kovalenttiset sidokset biologisten makromolekyylien, kuten proteiinien, sisällä, kun taas pienmolekyylisten sekundaaristen metaboliittien kovalenttiset kemialliset sidokset pysyvät suurelta osin koskemattomina. UHP voi inaktivoida mikro-organismeja ja oksidatiivisia entsyymejä ilman voimakasta lämmönsyöttöä ja muuttaa solukalvon läpäisevyyttä helpottaen metaboliitin vapautumista kasvisoluista. Tämä ei-lämpötekniikka on viime vuosina herättänyt kasvavaa tutkimuskiinnostusta hedelmien, vihannesten ja yrttimateriaalien käsittelyssä.

1.5 Kuivattujen yrttiviipaleiden säilytykseen liittyvät haasteet

Kuivatut kasvitieteelliset tuotteet heikkenevät hitaasti pitkäaikaisen varastoinnin aikana jopa riittävän kuivauksen jälkeen. Tärkeimpiä vaikuttavia tekijöitä ovat jäännöskosteus, vesiaktiivisuusarvo, ympäristön hapen osapaine, varastointilämpötila, valoaltistus ja pakkausmateriaalien sulkukyky. Jäännöskosteus nopeuttaa ei-entsymaattista ruskistumista ja tarjoaa vettä mikrobien lisääntymiselle. Happi nopeuttaa fenyylietanoliglykosidien edustamien fenolisten bioaktiivisten aineiden oksidatiivista hajoamista. Asianmukaisissa pakkausratkaisuissa käytetään korkean esteen omaavia komposiittikalvoja, kuivausainepusseja kosteuden imemiseksi ja happea poistavia paketteja laadun heikkenemisen hidastamiseksi. Tällä hetkellä useimmat kaupallisesti saatavilla olevat kuivatutCistanche deserticolasiivuissa käytetään yksinkertaista pussi- tai kanisteripakkausta, joista puuttuu systemaattista kokeellista tietoa, joka tukisi todellista säilyvyyttä.

1.6 Tutkimuksen tavoitteet ja kokeellinen laajuus

Olemassa oleva valtavirtaCistanchetuotantotyönkuluissa ohitetaan usein standardoitu esikäsittely ennen dehydraatiota, mikä johtaa tyypillisten fenyylietanoliglykosidibioaktiivisten aineiden huomattavaan menettämiseen. Tässä tutkimuksessa verrataan ei-termistä UHP-interventiota klassiseen höyrytyslämpökäsittelyyn. Jokainen esikäsittelyvaihtoehto yhdistetään kuumailmakuivaukseen ja pakastekuivaukseen. Yhden tekijän seulontaa ja Box-Behnken-vastepinnan mallinnusta käytetään neljän erilaisen integroidun valmistusputken optimoimiseksi, ja etusijalla on PhG:n säilymisen maksimointi. Tässä artikkelissa tutkitaan optimoiduilla parametrisarjoilla valmistettuja viipaleita käyttämällä edelleen, kuinka kuivausaineilla ja hapenpoistoainepussilla täydennetty tyhjiöpakkaus vaikuttaa moniulotteisiin laadunmuutoksiin varastoinnin aikana. Nopeutettua ikääntymistestiä käytetään todellisen säilyvyyden arvioimiseen normaaleissa huonelämpötilaolosuhteissa. Tämän hankkeen tavoitteena on tarjota kokeelliset perustat ja käytännölliset valmistusparametrit sadonkorjuun jälkeiseen käsittelyyn ja elintarvikelääkelaatuisten tuotteiden pitkäaikaiseen säilytykseen.Cistanche deserticola.

Kokeen ydinalue on lueteltu alla:

Optimoi parametriyhdistelmät neljälle prosessointiputkelle: UHP plus kuumailmakuivaus; höyrytys ja kuumailmakuivaus; UHP plus lyofilisointi; höyrytys plus kylmäkuivaus. Fenyylietanoliglykosidin kokonaispitoisuus toimii ensisijaisena vasteindikaattorina.

Seuraa kuivattujen yrttiviipaleiden kosteuden, kokonaissokerin, liukoisen proteiinin, PhG-pitoisuuden ja aerobisten mikrobien kokonaismäärän dynaamisia muutoksia neljässä erillisessä tyhjiöpakkauskokoonpanossa säilytyskokeiden aikana.

Suorita nopeutettuja säilyvyyden ikääntymiskokeita ja laske kullekin pakkausratkaisulle arvioitu säilyvyysaika ympäristön lämpötilassa.

2. Materiaalit ja koemenetelmät

2.1 Raaka-aineiden hankinta, kemialliset reagenssit ja laboratoriolaitteet

TuoreCistanche deserticolaraakavarret korjattiin syksyn satokauden aikana Alxa Leaguessa, Sisä-Mongoliassa, Kiinassa. Vertailustandardiaineita olivat ekinakosidi, verbaskosidi, cistanosidi A ja isoverbaskosidi, joiden jokaisen sertifioitu puhtaus on suurempi tai yhtä suuri kuin 98 %. HPLC-kvantitatiiviseen mittaukseen käytettiin kromatografialaatuista asetonitriiliä ja metanolia. Muut kemialliset aineet omaksuivat analyyttisen puhtausstandardin.

Tärkeimmät laboratoriolaitteet: termostaattiohjattu kuumailmakuivauskaappi, ultraääniuuttokylpy, nopea jäähdytetty sentrifugi, korkean suorituskyvyn nestekromatografialaite, tyhjiöpakastekuivausrumpu, termostaattinen vesihauteen kiertojärjestelmä, ultrakorkean hydrostaattisen paineen prosessointiyksikkö, korkeapainepainemittari, UV-Vis-spektrometri vakiolämpötila-kosteushautomo ja teollinen tyhjiöpakkauskone.

2.2 Alkuperäinen raaka-aineen valmistelutyönkulku

TuoreCistanchevarret huuhdeltiin pinnallisen lian ja epäpuhtauksien poistamiseksi, ulompi hilseilevä lehtikudos irrotettiin käsin. Käsitellyt varret leikattiin tasaisesti 5 mm:n paksuisiksi viipaleiksi, sekoitettiin täysin ja jaettiin satunnaisesti kokeellisiin alaryhmiin. Määriteltiin neljä suurta käsittelykohorttia: UHP-esikäsittely, jota seurasi kuumailmakuivaus; höyrytyslämpökäsittely, jota seuraa kuumailmakuivaus; UHP-esikäsittely, jota seuraa tyhjökylyofilisointi; höyrytyslämpökäsittely, jota seuraa tyhjökylyofilisointi. Jokaista koeolosuhteita varten valmistettiin viisi biologista rinnakkaisnäytettä.

2.3 Fenyylietanoliglykosidien kokonaismäärän kvantitatiivinen havaitsemisprotokolla

HPLC-pohjainen kvantifiointi otettiin käyttöön PhGs-merkkiyhdisteiden mittaamiseksi. KuivattuCistancheviipalejauhe seulottiin 60 meshin seulan läpi; tarkalleen 1,0 g jauhenäytettä punnittiin ja sekoitettiin 50 % metanolin vesipitoiseen liuottimeen. Ultraääniavusteinen liuotinuutto kesti 1,5 tuntia, tämä uuttosykli toistettiin kolme kertaa. Sentrifugointiolosuhteet asetettiin 8000 g:n kiertovoimaan 4 asteen ympäristössä 15 minuutin ajaksi. Kerätty supernatanttineste kuljetettiin 0,22 μm:n orgaanisen faasin suodatinkalvon läpi ennen HPLC-injektiota.

HPLC-laitteistokokoonpano: LaChrom X C18 analyyttinen kolonni (250 mm × 4,6 mm, hiukkaskoko 5 μm). Liikkuvan faasin koostumus: asetonitriili faasina A ja 0,5 % muurahaishapon vesiliuos faasina B, toimi ohjelmoidussa gradienttieluointitilassa. UV-ilmaisuaallonpituus kiinnitettiin 320 nm:iin; kolonnin lämpötila pidetty 30 asteessa; näytteen injektiotilavuus oli 8 µl; nesteen virtausnopeus 0,6 ml/min. Fenyylietanoliglykosidin kokonaisarvo laskettiin summaamalla neljän yksittäisen markkerimolekyylin mitatut pitoisuudet, jotka on ilmoitettu yksikköinä mg/g·FW. Täydelliset menetelmän validointimääritykset, mukaan lukien lineaarisuuskalibrointi, instrumentin tarkkuuden arviointi, näytteen valmistelun toistettavuus, testiliuoksen lyhytaikainen stabiilisuus ja matriisin piikkien palautumistesti, suoritettiin analyyttisen luotettavuuden takaamiseksi.

2.4 Yhden tekijän parametrin seulontakokeet

Jokaiselle yhdistetylle prosessointireitille suoritettiin yksitekijätestaus kohtuullisten parametriikkunoiden rajaamiseksi ennen vastepinnan optimointia.

UHP + kuumailmakuivauskohortti: tutkittu paineen suuruusgradientti (100 MPa-500 MPa), paineen säilymisen kesto (5-25 min), kuumailmakuivauslämpötila (60-100 astetta), ottaen huomioon PhG-yhdisteiden kokonaispitoisuus arviointivasteena.

Höyrytys + kuumailmakuivauskohortti: testimuuttujat kattoivat höyrytyslämpötilan (60-100 astetta), höyrytyksen keston (10-50 min), kuumailmakuivauslämpötilan (60-100 astetta).

UHP + pakastekuivauskohortti: vaihtelevat gradientit sisälsivät työpaineen (100–500 MPa), paineenpitoajan (5–25 min), esijäädytyslämpötilan välillä 0–80 astetta.

Höyrytys + pakastekuivauskohortti: manipuloitu höyrytyslämpötila, höyrytyksen kesto ja esijäädytyslämpötila vastaavilla gradienttialueilla.

2.5 Box-Behnken Response - Surface Experimental Design

Yksitekijäisten seulontatestien tulosten perusteella Box-Behnkenin kolmen tekijän ja kolmen tason kokeellista asettelua sovellettiin jokaiseen neljästä käsittelytyönkulusta. Fenyylietanoliglykosidin kokonaispitoisuus määritettiin vastemuuttujaksi Y. Design-Expert-ohjelmistoalusta rakensi neliöllisen polynomiregression matemaattisia malleja. Teoreettiset optimaaliset valmistusparametrit luotiin mallilaskennan avulla; parametriarvot hienosäädettiin vastaamaan käytännön laitteiden toimintarajoituksia, minkä jälkeen suoritettiin fyysiset tarkastuskokeet.

2.6 UPLC-Q-TOF-MS/MS-aineenvaihduntaprofiilianalyysi

Neljästä optimoidusta käsittelyryhmästä saadut näyteuutteet suodatettiin 0,22 μm:n orgaanisen suodattimen läpi ja lähetettiin UPLC-Q-TOF-MS/MS-metaboliitin profilointimittaukseen. ESI-positiivisten ionien tunnistustila valittiin; massaskannausalue kattaa 50–2000 Da; törmäysenergia säädetty 30–40 V:n sisällä. Toissijaisten fragmenttien massaspektrometriasignaaleja verrattiin julkaistuun fytokemialliseen kirjallisuuteen fenyylietanoliglykosidityyppisten metaboliittien alustavaa tunnistamista varten.Cistanchekudosuutteet.

2.7 Kuivattujen viipaleiden varastointi-suorituskykyarvioinnin asetukset

KuivattuCistancheneljän optimoidun käsittelyn mukaisesti valmistetut viipaleet annosteltiin 10 g:ksi yksittäistä yksikköä kohti ja suljettiin PA/PE-monikerroksisiin tyhjiösuojapusseihin. Perustettiin neljä erillistä pakkausten käsittelykohorttia:

DP: puhdas tyhjiötiivistys, ei lisättyjä toiminnallisia pusseja;

DOP: tyhjiötiivistys rautajauhepohjaisella hapenpoistopussilla;

DHP: tyhjiötiivistys, johon on lisätty silikageeliä kosteutta imevä kuivausainepussi;

DOHP: komposiittityhjiöpakkaus, joka sisältää sekä happea poistavia että silikageelikuivauspusseja.

Näyteerät inkuboitiin huoneenlämpötilassa. Näytteenotto tapahtui 14 päivän välein moniindeksien analyyttistä mittausta varten. Määritettyihin indikaattoreihin sisältyivät kosteuspitoisuus (määritetty GB 5009.3-2016 suorakuivausprotokollan mukaisesti), fenoli-rikkihappo-spektrofotometrisella määrityksellä kvantifioitu kokonaissokeri, Coomassie brilliant-blue -kolorimetrisella menetelmällä mitattu liukoinen proteiini, fenyylietanoli-glykosidin kokonaismäärä GB-työstön mukaan. 4789.2-2022 mikrobitarkastusspesifikaatio. Mikrobien hyväksynnän vertailuarvo perustui NY 5184-2002 kuivattujen vihannesten teollisuuden kriteeriin, joka vaatii aerobisten pesäkkeiden kokonaismäärän lg (CFU/g) pienempi tai yhtä suuri kuin 5.

2.8 Nopeutettu säilyvyysajan ikääntymisen arviointi (ASLT) ja säilyvyysajan laskenta

DP yksinkertainen tyhjiöryhmästä ja DOHP-komposiittipakkausryhmästä peräisin olevia edustavia näyteeriä inkuboitiin termostaattisissa kaapeissa, joita pidettiin 50 asteessa ja 60 asteessa keinotekoisten kiihdytettyjen pilaantumiskokeiden suorittamiseksi. Näytteenottoaikavälit määriteltiin empiirisen Q10-arvon mukaan. Mikrobipesäkkeiden lukumäärän kynnys ja jäännös-PhG-pitoisuus toimivat yhdessä kriittisinä loppupisteindikaattoreina säilyvyyden arvioinnissa. Q10-kerroinkaava ja ASLT-säilyvyysajan laskentakaavat otettiin käyttöön ennustetun säilyvyysajan ekstrapoloimiseksi 20 asteen tavoitelämpötilassa.

2.9 Tilastot ja tietojenkäsittelymenetelmät

Excel 2019- ja SPSS Statistics 26 -ohjelmistot hoitivat raakatietojoukon lajittelun ja tilastollisen merkitsevyyden arvioinnin. Origin 2022:ta käytettiin tieteellisten hahmojen piirtämiseen. Design-Expert 13 suoritti vastepintamallin rakentamisen ja parametrien optimointilaskelman. Yksisuuntainen ANOVA-analyysi tuki usean ryhmän vertailevaa arviointia; P-arvo alle 0,05 tulkittiin tilastollisesti merkitseväksi eroksi. Kaikki mitatut koetulokset esitettiin muodossa keskiarvo ± keskihajonta.

 

3. Tulokset ja keskustelu

3.1 PhGs HPLC-kvantifiointityönkulun validointitulokset

Neljä fenyylietanoli-glykosidimerkkiyhdistettä saavuttivat suotuisan lineaarisen sovituskyvyn, ja määrityskerroin R² oli suurempi tai yhtä suuri kuin 0,9995. Instrumentin tarkkuustestaus palautti huippualueen RSD-arvot alle 2,3 %. Näytteen valmistuksen toistettavuustesti tuotti sisältöön perustuvia RSD-lukuja alle 3 %. Lyhyen aikavälin stabiliteettikokeet osoittivat, että näytetestiliuokset pysyivät vakaina vähintään 24 tuntia huoneenlämpötilassa. Neljän merkkiaineen matriisipiikkien palautumisasteet putosivat välillä 95,9–97,8 % vastaavan RSD:n kanssa< 2 %. Collectively these validation outputs confirm that the established HPLC quantitative workflow supplies precise, stable and accurate measurement capacity for phenylethanol‑glycoside marker compounds from processed Cistanche deserticolanäytteitä.

3.2 Havainnot yhden tekijän seulontakokeista

UHP plus kuumailmakuivauskohortissa fenyylietanoliglykosidipitoisuus osoitti yksimuotoista vaihtelua: metaboliitin pitoisuus ensin nousi ja sen jälkeen laski paineen suuruuden, paineen säilytysajan ja kuivauslämpötilan noustessa peräkkäin. Kun apuparametrit pidettiin vakiona, maksimi PhGs-saanto nousi lähelle 300 MPa:n työpainetta, 15 min säilytysaikaa ja kuivauslämpötilaksi asetettu 80 astetta. Keskitasoinen ultrakorkea hydrostaattinen paine häiritsee kasvisoluarkkitehtuuria, parantaa solukalvon läpäisevyyttä ja helpottaa solunsisäistä PhG-metaboliitin vapautumista. Liian korkea paine tai ylipitkät paineenpitoajat aiheuttavat haitallisia seurauksia: erilaisia ​​solunsisäisiä epäpuhtauksia vuotaa suuria määriä, lisäksi osa PhGs-molekyyleistä joutuu kosketuksiin murtuneiden solujen sisällä olevan jäännöshappen kanssa ja kärsii oksidatiivisesta hajoamisesta, mikä vähentää havaittavissa olevaa PhG-pitoisuutta. Liian korkea kuivauslämpötila laukaisee yrttiviipaleiden ihon pinnan kovettumisen, tukkii sisäiset veden diffuusiokanavat ja pidentää tehokasta kuivumisaikaa, mikä nopeuttaa entisestään lämpöherkkien PhGs-molekyylien lämpöhajoamista.

Höyrytys-kuuma-ilma-kuivauskokeellisessa putkilinjassa PhG-pitoisuudet osoittivat samalla tavalla nousu- ja laskusuuntausta, joka vastasi höyrytyksen keston, höyrytyslämpötilan ja kuivauslämpötilan muutoksiin. Optimaaliset yksitekijäiset käyttötasot keskittyvät noin 90 asteen höyrytyslämpötilaan, 20 minuutin höyrytyslämpötilaan ja 80 asteen kuivauslämpötilaan. Asianmukainen lämpöhöyrykäsittely denaturoi endogeeniset PPO- ja POD-hapettavat entsyymit ja toteuttaa suojaavan "inaktivoivan entsyymin glykosidin säilyttämiseksi" vaikutuksen ja estää fenyylietanoliglykosidi-aineosien entsymaattisen hydrolyyttisen hajoamisen. Liian korkea lämpöaltistus tai liian pitkä höyrytysaika vahingoittaa vakavasti soluseinän rakennetta aiheuttaen vesiliukoisten aktiivisten aineiden huuhtoutumishäviöitä kohdemarkkeriyhdisteiden termisen hajoamisen ohella.

Esikäsittelyssä yhdessä pakastekuivausryhmien kanssa UHP-paineen suuruuden, paineenpitoajan ja esijäädytyslämpötilan säädöt tuottivat myös unimodaalisia PhGs-vastekäyriä. PhGs-huipputeho oli noin 300 MPa:n paine, 15 minuutin pitoaika ja -40 asteen esijäädytysasetus. Esijäädytyslämpötilalla on merkittävä vaikutus lyofilisoitujen yrttiviipaleiden jääkiteiden morfologiaan ja lopulliseen mikrorakenteeseen. Kohtalaisen alhainen esijäädytyslämpötila luo löysää ja huokoista sisäistä kudosarkkitehtuuria, mikä hyödyttää myöhempää liuotinvälitteistä PhG:iden uuttamista. Riittämättömällä esijäädytyssyvyydellä ei voida saavuttaa täydellistä oksidaasi-entsyymin estoa; erittäin alhainen esijäädytyslämpötila luo kokoon painuneen ja kompaktin kudosrakenteen, mikä alentaa uutettavien PhG-yhdisteiden saantoa. Höyrytys-lyofilisointikohortti osoitti analogisen nousun ja laskun vastekuvion; suositeltavia yksitekijäparametreja olivat höyrytyslämpötila 90 astetta, höyrytyksen kesto 20 minuuttia ja esijäädytyslämpötila -40 astetta.

3.3 Response-Surface Optimization -ulostulot neljälle käsittelytyönkululle

Neljälle prosessointiliukulinjalle rakennetut kvadraattiset regressiomallit saavuttivat kaikki erittäin merkittävän mallin P-arvon (P< 0.0001), meanwhile lack‑of‑fit terms displayed non‑significant difference (P >0,05). Determinaatiokertoimen R²-arvot ylittivät arvon 0,98 jokaisessa mallissa, mikä osoittaa regressiomallin sopivuuden kokeelliseen tietoaineistoon ja luotettavan PhG-pitoisuuden ennustamiskyvyn tutkitussa parametritilassa.

Mallin ennustetut optimaaliset parametrit hienosäädettiin täyttämään todelliset laitteiden toimintarajoitukset, todetut käytännön valmistusparametrit on tiivistetty seuraavasti:

UHP yhdistettynä kuumailmakuivaukseen: käyttöpaine 296 MPa, paineenpito 16 min, kuumailmakuivauslämpötila 81 astetta. Käytännössä mitatut PhG-arvot = 5.12 mg/g·FW, ennustepoikkeama vain 1,98 %. Tämä työnkulku tuotti korkeimman PhGs-säilöntävaikutuksen neljästä putkilinjasta, merkkiainepitoisuus 1,8 kertaa korkeampi kuin vertailunäytteet, jotka kuivattiin suoraan kuumalla ilmalla ilman esikäsittelyä.

Höyrytys yhdistettynä kuumailmakuivaukseen: höyrytyslämpötila 94 astetta, höyrytyksen kesto 21 min, kuivauslämpötila 79 astetta. Mitatut PhG-arvot = 3.52 mg/g·FW, ennustepoikkeama 3,43 %. PhG-taso saavutti 1,1-kertaisen verrattuna käsittelemättömään kuumailmakuivaukseen vertailunäytteeseen.

UHP yhdistettynä tyhjökylofilisointiin: paine 295 MPa, pitoaika 16 min, esijäädytyslämpötila -43 astetta. Mitatut PhG:t = 4.08 mg/g·FW, ennustepoikkeama 1,33 %. PhGs-pitoisuus kasvoi 1,7-kertaiseksi verrattuna suoraan pakastekuivauskontrolliin.

Höyrytys yhdistettynä tyhjökylofilisointiin: höyrytyslämpötila 94 astetta, höyrytyksen kesto 21 min, esijäädytyslämpötila -43 astetta. Mitatut PhG:t = 2.87 mg/g·FW, ennustepoikkeama 3,53 %. PhG-taso oli 0,9 kertaa korkeampi kuin suoran kylmäkuivauksen vertailumateriaali.

Neljän optimoidun putkilinjan ristiinvertailu osoittaa, että ultrakorkeapaineisella ei-lämpökäsittelyllä saavutetaan ylivertainen PhGs-säilöntäsuoritus verrattuna tavanomaiseen lämpöhöyrytysinterventioon riippumatta siitä, yhdistetäänkö se kuumailmakuivaukseen tai lyofilisointiin. Tämä havainto vastaa UHP-teknologian ominaista voimaa suojata lämpöherkkiä pienimolekyylisiä fytokemikaaleja. UPLC-Q-TOF-MS/MS-metaboomiikan profilointi onnistui erottamaan yhdeksän fenyylietanoliglykosidiin liittyvää metaboliittiaCistancheotteita. Useat edustavat metaboliitit, kuten cistanosidi C ja geniposidiinihappo, rekisteröivät korkeamman massaspektrometrian vasteintensiteetin UHP:llä esikäsitellyillä kohorteilla verrattuna höyryllä esikäsitellyihin vastineisiin. Tämä ilmiö viittaa siihen, että UHP-hoidolla on erilaisia ​​moduloivia vaikutuksia fenyylietanoliglykosidi-metaboliittien eri alaluokille, ja taustalla oleva molekyylisäätelymekanismi ansaitsee syvemmän seurantatutkimuksen.

3.4 Säilytyslaadun kehitys kuivatuille viipaleille eri pakkauskokoonpanoissa

Täyden 70 päivän huonelämpötilan varastoinnin tarkkailuikkunan aikana moniindeksien laadun vaihtelutrendi pysyi yhtenäisenä kaikissa neljässä pakkauskohortissa: kosteuspitoisuus ja aerobisten pesäkkeiden kokonaismäärä nousivat asteittain; sokerin kokonaispitoisuus, liukoisen proteiinin määrä ja fenyylietanoliglykosidijäännöspitoisuus näyttivät jatkuvaa laskevaa suuntausta.

Kosteuden mittaustulokset osoittavat, että kuivausainepussilla (DHP ja DOHP) varustetuilla kohorteilla oli huomattavasti hitaampi kosteuden imeytymisnopeus verrattuna ryhmiin, joihin ei ollut lisätty kuivausainetta (DP, DOP). Se vahvistaa silikageelikuivausaineen tehokkuuden kuivattujen aineiden kosteuden imeytymisen estämisessäCistancheviipaleita. Kuumailmakuivatuissa viipaleissa on enemmän sokeria vastaavia aineita, jotka antavat vahvemman hygroskooppisen ominaisuuden; näin ollen kuumailmakuivattujen kohortien kosteuden lisäysnopeus ylitti lyofilisoitujen näyteryhmien.

Kokonaissokerin ja liukoisen proteiinin lukemat: hapenpoistopussilla (DOP, DOHP) varustetut kohortit hidastivat selvästi sokerin ja liukoisen proteiinin indikaattoreiden laskevaa nopeutta. Vähähappipitoinen mikroympäristö estää proteiinityyppisten aineiden oksidatiivisen hajoamisen ja vähentää sokerisubstraatin kulutusta, joka johtuu mikrobien aineenvaihdunnan jäännösaktiivisuudesta. Komposiitti DOHP-kohortti, joka integroi sekä kuivausaineen että hapenpoistoaineen, tarjosi optimaalisen suojatehon ravintoaineosille.

Fenyylietanoliglykosidit kuuluvat fenoliluokan bioaktiivisiin aineisiin, jotka ovat erittäin herkkiä hapettumiselle. Säilytysjaksojen aikana yhdistetty DOHP-tyhjiöpakkausryhmä säilytti tilastollisesti korkeamman PhG-jäännöspitoisuuden verrattuna yksinkertaiseen tyhjiö-DP-kohorttiin. Alhainen happipitoisuus yhdistettynä matalan kosteuden mikroilmastoon komposiittipakkauspussien sisällä hidastaa merkittävästi PhG-merkkiaineyhdisteiden oksidatiivisia hajoamisreittejä.

Mitä tulee aerobisten mikrobipesäkkeiden kokonaismäärään: jokaisen koeryhmän pesäkemäärä pysyi alle lg(CFU/g) alle tai yhtä suurena kuin 5, mikä noudattaa elintarviketurvallisuusvaatimuksia koko 70 päivän tarkkailujakson ajan. DOHP-yhdistelmäryhmä osoitti hitain mikrobien lisääntymisnopeuden, mikä johtui vähäkosteisen ja vähän happea varastoivan mikroympäristön yhteisistä kasvua hidastavista vaikutuksista.

3.5 Nopeutetun ikääntymisen säilyvyysaikaennusteen tulokset

Sääntelykynnyksen ylittävä mikrobipesäkemäärä hyväksyttiin säilyvyyden epäonnistumisen päätepisteeksi. Laskettu ASLT:n nopeutetun ikääntymisen tietojoukosta: yksinkertaisten tyhjiösaumattujen DP-näytteiden arvioitu säilyvyys ympäristön lämpötilassa (20 astetta) oli 256 päivää. Komposiitti DOHP-tyhjiöpakkaus, jossa on kaksi hapenpoistoainetta ja kuivausainepusseja, saavutti ennustetun säilyvyyden 663 päivään, mikä on noin 1,5-kertainen käyttöiän parannus tavalliseen tyhjiösaumaukseen verrattuna. Kokeilutulokset osoittavat, että yhdistettyjen hapenpoistoaine- ja kuivausainepussien lisääminen tyhjiösuljetuissa olosuhteissa on kustannustehokas käytännön tekninen vaihtoehto kuivattujen tuotteiden kaupallisen säilyvyyden pidentämiseksi.Cistanche deserticolaviipaleita.

4. Päätelmät ja tutkimusnäkymät

Sekä ultrakorkeapaineinen ei-lämpöesikäsittely että lämpöhöyrykäsittely pystyvät parantamaan merkittävästi keskeisten bioaktiivisten fenyylietanoliglykosidimerkkiaineiden retentiokykyä.Cistanche deserticola, verrattuna vertailunäytteisiin, jotka saivat suoran dehydratoinnin ilman esikäsittelyä. Neljästä yhdistetystä valmistustyönkulusta UHP-esikäsittely yhdistettynä kuumailmakuivaukseen saavutti parhaan PhGs-säilöntätuloksen. Sen käytännölliset optimoidut parametrit: paine 296 MPa, paineenkesto 16 min, kuumailmakuivauslämpötila 81 astetta; mitattu PhGs-pitoisuus 5,12 mg/g·FW, mikä saavutti 1,8 kertaa korkeamman arvon kuin suoraan kuumailmakuivauskontrollinäytteet. Neljälle prosessointiputkilinjalle rakennetuilla regressiomalleilla oli tyydyttävä sovituslaatu ja ennustekyky. Ei-terminen ultrakorkeapainetekniikka on lupaava esikäsittelyehdokas korkealaatuisille kaupallisille kuivatuilleCistanchevalmistus.

kuivatun sisälläCistancheViipaleiden säilytyskäytäntö, tyhjiösaumattu pakkaus yhdistettynä kaksitoimiseen hapenpoistoaineeseen ja kuivausainepusseihin voivat tehokkaasti hillitä kosteuden lisääntymistä, hidastaa kokonaissokerin, liukoisen proteiinin ja fenyylietanoliglykosidi-bioaktiivisten aineiden ehtymistä ja rajoittaa mikrobipesäkkeiden lisääntymistä. Nopeutetun ikääntymistestin mukaan tämä komposiittipakkausjärjestelmä voi pidentää säilyvyyttä ympäristön lämpötilassa jopa 663 päivään. Tämä tutkimus tarjoaa käytännön prosessiparametreja, jotka tukevat sadonkorjuun jälkeistä käsittelyä ja pitkäaikaista kaupallista säilytystä elintarvike- ja lääkehomologisilleCistanche deserticolavalmiita tavaroita.

Tutkimuksen rajoitukset ja tulevaisuuden näkymät: Nykyinen tutkimus keskittyi pääasiassa hyvin karakterisoitujen PhGs-merkkiaineen metaboliittien kvantitatiiviseen vaihteluun. Seurantatutkimus voi edelleen selvittää, kuinka erilaiset esikäsittelytoimenpiteet muuttavat valmiin tuotteen yleistä antioksidanttikapasiteettiaCistanchetuotteita ja kaivaa syvemmälle molekyylimittakaavan mekanismeihin, joiden kautta ultrakorkea paine muuttaa muunnos- ja hajoamisreittejä fenyylietanoliglykosidialatyypeille. Teollisten sovellusten näkökulmasta UHP-laitteiden laajamittainen käyttöönotto edellyttää kattavaa taloudellisten kustannusten arviointia massatuotantoskenaarioissa.

Viitteet

[1] Prosessoinnin ja fytokemiallisen tutkimuksen edistyminenCistanche deserticolatoiminnallisia yrttimateriaaleja.Journal of Herbal Resources Applied Research.

[2] Aavikon lääkeyrteistä johdettujen fenyylietanoliglykosidiuutteiden hapettumisenestovaikutuksen arviointi.Elintarvikekemian ja bioprosessoinnin raportit.

[3] Ei-terminen korkean hydrostaattisen paineen teknologian sovellus kasviperäisille elintarvike-yrttiraaka-aineille.Innovatiivisia elintarvikejalostusarvosteluja.

[4] Esikäsittelyn vaikutus juurakkotyyppisten lääkekasvien dehydraatiotehokkuuteen ja bioaktiivisten aineiden säilymiseen.Sadonkorjuun jälkeinen teknologiatiedote.

[5] Nopeutettu säilyvyysajan ennustusmenetelmä kuivatuille kasvitieteellisille elintarvikkeille.Elintarvikevakauden tutkimusviestintä.

[6] Tyhjiöpakkauksen apumateriaalit (hapenpoistoaine, kuivausaine) sovellus kuivattujen yrttihyödykkeiden säilöntään.Packaging Innovation Journal.

[7] Lyofilisointi verrattuna konvektiiviseen kuumailmakuivaukseen lämpöherkkien fytokemikaaleja sisältävien yrttiviipaleiden vertailu.Kuivaustekniikan edistyminen.

[8] Laadunvalvonta ja merkkiyhdisteiden HPLC-kvantifiointi elintarvike-lääke-homologisille aavikkoyrttivaroille.Luonnontuotteiden analyyttiset raportit.