Echdynnu Asidau Ffenolig, Flavonols, A Flafan â Chymorth Uwchsain O Grwyn a Hadau grawnwin Muscadine Gan Ddefnyddio Toddyddion Ewtectig Dwfn Naturiol A Modelu Rhagfynegol Trwy Rwydweithio Niwral Artiffisial
Feb 23, 2022
Cysylltwchoscar.xiao@wecistanche.comam fwy o wybodaeth
HaniaetholAmcan yr astudiaeth hon oedd ymchwilio i effeithlonrwydd echdynnu 9 toddydd ewtectig dwfn naturiol (NDES) gyda chymorth uwchsain ar gyferasidau ffenolig, flavonols, a flafan{0}}olau mewn crwyn grawnwin muscadine (Carlos) a hadau o gymharu â 75 y cant ethanol. Cymhwyswyd rhwydweithio niwral artiffisial (ANN) i wneud y gorau o gynnwys dŵr NDES, amser ultrasonication, cymhareb solid-i-doddydd, a thymheredd echdynnu i gyflawni'r cynnyrch echdynnu uchaf ar gyfer asid ellagic, catechin, ac epicatechin. Mae NDES (#1) sydd newydd ei ffurfio yn cynnwys colin clorid:asid levulinig: ethylene glycol 1:1:2 a 20 y cant o ddŵr a echdynnwyd y swm uchaf o asid ellagic yn y croen ar 22.1 mg/g. Roedd y cynnyrch hwn yn 1.73-plyg o hynny o 75 y cant ethanol. Echdynnwyd y swm uchaf o catechin (0.61 mg/g) ac epicatechin gan NDES wedi'i addasu (#3) yn cynnwys clorid colin: proline: asid malic 1:1:1 a 30 y cant o ddŵr (0.89 mg/g) yn y croen, a 2.77 mg/g a 0.37 mg/g yn yr hadau, yn y drefn honno. Y cynnyrch gorau posibl o asid ellagic yn y croen gan ddefnyddio NDES #1 oedd 25.3 mg/g (arsylwyd) a 25.3 mg/g (rhagwelwyd). Y cynnyrch gorau posibl o (catechin ynghyd ag epicatechin) mewn hadau gan ddefnyddio NDES #3 oedd 9.8 mg/g (arsylwyd) a 9.6 mg/g (rhagwelwyd). Dangosodd yr astudiaeth hon effeithlonrwydd echdynnu uchel NDES dethol ar gyfer polyphenolau o dan amodau optimaidd.
Rhagymadrodd
Mae toddyddion ewtectig dwfn naturiol (NDES) yn cael eu paratoi trwy gymysgu rhoddwyr bond hydrogen â derbynyddion bond hydrogen ar gymhareb molar briodol [1]. Dylai pwynt toddi un gydran fod yn is na phwynt toddi yr un arall [1]. Ar ôl gwresogi a chymysgu, mae'r cyfrwng hwn yn dod yn hylif ar dymheredd ystafell. Ychwanegir dŵr i sefydlogi a polareiddio'r cymysgedd. Mae ymchwil ym maes echdynnu ffytocemegol gan ddefnyddio NDES wedi ehangu oherwydd eu gallu i echdynnu a hydoddedd effeithiol. Serch hynny, mae ffactorau lluosog yn chwarae rhan arwyddocaol wrth gymharu NDES â thoddyddion organig, gan gynnwys cynnyrch, cost, adferiad a gwenwyndra. Ymchwiliodd ymchwil flaenorol i NDES ar echdynnu gwahanol polyffenolau o wahanol fatricsau bwyd. Er enghraifft, mae Bubalo et al. (2016) yn cymharu 5 NDES, dŵr, 70 y cant methanol (v/v), ac asideiddio 70 y cant methanol (v/v) i echdynnu anthocyaninau, catechin, a quercetin -3-O-glucoside o grwyn grawnwin coch. Canfuwyd mai NDES sy'n cynnwys clorid colin: asid ocsalaidd (1:1) gyda 25 y cant o ddŵr (v/v) oedd y toddydd echdynnu mwyaf effeithlon [2]. Mewn astudiaeth arall, mae Pani’c et al. (2019) wedi profi 8 NDES ac wedi asideiddio 70 y cant o ethanol a cholin clorid a arsylwyd: asid citrig (2: 1) gyda 30 y cant o ddŵr (v / v) fel yr NDES gorau i echdynnu anthocyaninau o pomace grawnwin [3]. Mae grawnwin muscadine ( Vitis rotundifolia ) yn frodorol i wladwriaethau'r de-ddwyrain a'r grawnwin gwyllt cyntaf wedi'i drin yn yr Unol Daleithiau [4] . Mae grawnwin Muscadine yn cael eu cynhyrchu mewn 12 talaith ac mae cyfanswm o tua 5000 erw [5]. Mae yna 100 o fathau o rawnwin muscadine ac mae pob un yn amrywio o ran nodweddion ffisegol, synhwyraidd neu gemegol [4]. Yn eu plith, mae Carlos yn rawnwin muscadine sydd wedi'i blannu'n eang oherwydd ei gynnyrch cnwd uchel a'i gysondeb cynyddol [4]. Mae grawnwin Carlos muscadine yn ganolig ei faint, efydd mewn lliw, yn fwy trwchus yn y croen ac yn cynnwys pedwar hedyn ar gyfartaledd [6]. Mae grawnwin Muscadine yn cynnwys symiau sylweddol opolyffenolauy gwyddys eu bod yn lleihau llid [7], yn atal twf tiwmor y prostad [8], ac yn gwella ymatebion metabolaidd diabetig [9]. Mae pomace grawnwin Muscadine, sgil-gynnyrch sudd grawnwin muscadine neu wneud gwin, yn cynnwys crwyn a hadau. Defnyddiodd astudiaeth ymchwil flaenorol aseton: dŵr: cymysgedd asid asetig (70: 29.7:0.3, v/v) i echdynnu cyfansoddion ffenolig o hadau, croen, a mwydion wyth cyltifar o rawnwin muscadine a dyfwyd yn Florida, gan gynnwys Carlos [10]. Fodd bynnag, roedd y defnydd o doddyddion organig fflamadwy a'u heffeithlonrwydd echdynnu isel yn rhwystro cymwysiadau ymarferol. Mae'r rhan fwyaf o'r pomace grawnwin muscadine yn dal i gael ei daflu fel gwastraff. Mae rhwydweithio niwral artiffisial (ANN) yn system fapio aflinol sy'n cynnwys amrywiol unedau prosesu sylfaenol wedi'u cysylltu gan gymdeithasau pwysol. Gelwir yr unedau prosesu hyn yn "niwronau" [11]. Mae rhwydweithio niwral artiffisial yn ddull dysgu peirianyddol i ragweld neu ragweld ymateb yn seiliedig ar fewnbynnau lluosog [11]. Mae ymchwil blaenorol wedi cymhwyso dulliau arwyneb ymateb (RSM) ar gyfer optimeiddio echdynnu a rhagfynegi. Fodd bynnag, ychydig o astudiaethau sydd wedi defnyddio ANN at yr un diben. Er enghraifft, mae Sinha et al. (2013) yn awgrymu bod gan ANN berfformiad rhagfynegi gwell na RSM ar echdynnu llifyn naturiol o hadau Bixa Orellana (Annatto) [12]. Mewn astudiaeth debyg, mae Ciric et al. (2020) fod model ANN yn well na RSM ar gyfer rhagweld echdynnu cyfansawdd ffenolig o garlleg [13]. Amcan yr ymchwil hwn oedd ymchwilio i effeithlonrwydd echdynnu 9 NDES ar gyfer asidau ffenolig, flavonols, a flafan-3-ols o gymharu â 75 y cant ethanol gyda chymorth uwchsain. Defnyddiwyd ANN i ragfynegi a gwneud y gorau o'r amodau echdynnu ar gynnyrch ffenolig. Y ddamcaniaeth oedd bod NDES â chyfansoddiadau penodol yn echdynnu symiau uwch o asidau ffenolig, flavonols, a flafan-3-ols na 75 y cant ethanol, a gellir cyflawni'r effeithlonrwydd echdynnu uchaf trwy fodelu rhagfynegol yn seiliedig ar ANN.
2. Defnyddiau a Dulliau 2.1. Cemegau ac adweithyddion Cafwyd clorid colin, asid levulinig, 1,2-propanediol, asid DL-malic, asid oxalig, asid hydroclorig, ac asid fformig gan Acros Organics (Morris Plains, NJ, UDA). Prynwyd asid lactig, glycol ethylene, glycin, acetonitrile gradd HPLC, methanol, ac ethanol gan Fishers Scientific (Waltham, Massachusetts, UDA). Prynwyd hydroclorid L-proline a betaine gan Alfa Aesar (Ward Hill, MA, UDA). Caffaelwyd safonau gradd HPLC o asid ellagic, asid galig, asid ferulic, ( ynghyd â )-catechin, (− )-epicatechin, myricetin, quercetin, a kaempferol gan Sigma Aldrich (St. Louis, MO, UDA).
2.2. Dyluniad NDESDyluniwyd NDES #1-2 yn Nhabl 1 yn ein hastudiaeth flaenorol [14]. Dewiswyd colin clorid yn NDES #1-2 fel derbynnydd hydrogen, tra dewiswyd dau roddwr hydrogen gwahanol ar gyfer pob NDES newydd. Pennwyd cymarebau molar rhwng rhoddwyr hydrogen a derbynnydd a chynnwys dŵr mewn arbrofion rhagarweiniol. Dewiswyd NDES #3-9 yn Nhabl 1 o'r llenyddiaeth gan fod astudiaethau blaenorol wedi eu penodi fel NDES effeithiol wrth echdynnu polyffenolau. Addaswyd cynnwys dŵr yn NDES #3 o'r llenyddiaeth a ddyfynnwyd. Defnyddiwyd dull gwresogi i baratoi'r NDES [15]. Yn gryno, cymysgwyd y derbynnydd bond hydrogen gyda phob un o'r cydrannau rhoddwr bond hydrogen mewn fflasgiau Erlenmeyer gyda bar troi. Cafodd y cymysgedd yn y fflasg ei gau a'i gynhesu ar 50 ◦C am tua 3{{{{{{{{{{{}}}} munud) neu hyd nes i hylif clir ffurfio ac aros yn sefydlog ar dymheredd ystafell. Cyfrifwyd y cynnwys dŵr yn Nhabl 1 yn ôl cyfaint terfynol cymysgeddau NDES. Mesurwyd pH NDES a restrir yn Nhabl 1 gan ddefnyddio mesurydd pH (AB15, Accumet, Fisher Scientific, Waltham, MA, UDA). 2.3. Paratoi sampl / Echdynnu gyda chymorth uwchsain Darparwyd crwyn a hadau grawnwin muscadine wedi'u rhewi (Vitis rotundifolia) (cyltifar: Carlos) gan Paulk Vineyards (Wray, Georgia, UDA). Ar ôl tynnu cyrff, dail, neu petioles, gwahanwyd pomace yn hadau a chroen. Yna sychwyd y samplau gan ddefnyddio popty dan wactod (Isotemp, Model 285A, Fisher Scientific, Waltham, Massachusetts, UDA) ar 60 ◦C a phwysedd gwactod yn is na − 3{0 yn.Hg. Nesaf, cafodd y samplau eu homogeneiddio i mewn i bowdwr mân gan ddefnyddio grinder chimerical (A1{{105}}00, RRH Inc., 2800 W, Zhejiang, China). Gan ddefnyddio cymhareb solet-i-doddydd cychwynnol o 1:20 (g: mL), cymysgwyd 0.50 go naill ai groen grawnwin neu hadau muscadine mewn NDES 10 ml neu 75 y cant ethanol mewn triphlyg. Yna gosodwyd y samplau mewn baddon dŵr (60 ◦C) a'u sonigeiddio (VCX 1500, Sonics & Materials Inc., 1500-Watt, 50/60 Hz, Y Drenewydd, CT, UDA) am 30 munud ar 100 y cant osgled am ddwy rownd (15 munud/rownd). Nesaf, cafodd y samplau eu centrifugio ar unwaith (Sorvall ST 8, Fisher Scientific, Suzhou, Tsieina) ar 3,260 g hyd nes y cafwyd supernatant clir. Yn olaf, casglwyd y supernatants a'u storio mewn rhewgell − 20 ◦C ar gyfer dadansoddiad HPLC o asidau ffenolig (asid ellagic, asid galig, asid fferulig), flavonols (myricetin, quercetin, a kaempferol), a flavan{{-3-ols). (catechin ac epicatechin). 2.4. Dadansoddiadau HPLC o asidau ffenolig, flavonols, a flafan{-3-olau Cafodd asidau ffenolig, flavonols, a flafan{-3-olau eu dadansoddi ar system HPLC (Agilent Technologies 1200, Waldbronn, yr Almaen) yn ôl y dull a ddisgrifir yn Sandhu a Gu (2013) [16]. Mae'r system HPLC yn cynnwys pwmp deuaidd, autosampler, adran colofn â thermostat, synhwyrydd arae deuod, a synhwyrydd fflworoleuedd. Roedd croen grawnwin neu ddarnau o hadau yn cael eu hydrolysu cyn y dadansoddiadau o asidau ffenolig a flavonols. Perfformiwyd yr hydrolysis trwy gymysgu 1 ml o'r echdyniad gyda 4 mL o hydoddiant hydrolysis (1.2 M HCI yn cynnwys 50 y cant methanol) a'i roi mewn baddon dŵr (Precision, Model 2837, 400 W, 50/60 Hz, Thermo Scientific, Marietta , OH, UDA) ar 90 ◦C am 80 munud. Nesaf, y samplau eu hoeri i lawr i 25 ◦C ddilyn gan sonication am 5 munud. Nid oedd angen hydrolysis y darn ar gyfer dadansoddi catechin ac epicatechin. Cafodd y darnau hydrolyzed a heb eu hydrolyzed eu hidlo trwy bilen polytetrafluoroethylene 0.45 μm (PTFE) cyn dadansoddi HPLC. Ar gyfer dadansoddi asid ellagic, asid galig, asid ferulic, myricetin, quercetin, kaempferol, catechin, ac epicatechin, chwistrellwyd 10 µL i mewn i golofn SB-C18 (4.6 × 250 mm, 5 µm, Zorbax, Agilent, Santa Clara, CA, UDA). Y cyfnodau symudol oedd (A) 0.5 y cant asid fformig a (B) 100 y cant acetonitrile. Y gyfradd llif oedd 1 ml/munud gyda graddiant wedi'i addasu am 25 munud fel a ganlyn: 0-5 munud, 10-30 y cant B; 5–10 mun, 30–40 y cant B; 10–20 mun, 40–50 y cant B; 20–25 mun, 50–10 y cant B; ac yna 5 munud o gydbwysedd. Gosodwyd tymheredd y golofn ar 30 ◦C. Y donfedd canfod oedd 260 nm ar gyfer asid ellagic, asid galig, ac asid ferulic a 360 nm ar gyfer myricetin, quercetin, a kaempferol ar synhwyrydd arae photodiode. Y cyffro a'r allyriad ar gyfer catechin ac epicatechin oedd 230 nm, 321 nm, yn y drefn honno, gan ddefnyddio synhwyrydd fflworoleuedd. Mesurwyd cyfansoddion polyphenol gan ddefnyddio cromliniau safonol o asid ellagic, asid galig, asid ferulic, myricetin, quercetin, kaempferol, catechin, ac epicatechin. Roedd gan bob cromlin safonol 7 pwynt a R2 > 0.99. 2.5. Dyluniad wedi'i deilwra ar gyfer rhwydweithio niwral artiffisial Pedwar newidyn echdynnu annibynnol gyda phedair lefel: cynnwys dŵr (15-60 y cant), amser ultrasonication (5-35 mun), cymhareb solid-i-doddydd (1:5-1:20), ac echdynnu tymheredd (30–60 ◦C) (Tabl S1) i wneud y gorau o'r cynnyrch echdynnu o asidau ffenolig, flavonols, a flafan-3-olau. Yn wahanol i'r dyluniadau clasurol megis y dyluniad arwyneb ymateb, nid oes angen ailadrodd rhediadau ar ddyluniad sy'n seiliedig ar ANN ac mae'n well ganddo strwythur data gwahanol. Yn ein hastudiaeth flaenorol [14], roedd ANN yn ddull mwy dibynadwy ar gyfer rhagweld cynnyrch echdynnu na RSM. Felly, dewiswyd ANN yn yr astudiaeth hon i ragfynegi cynnyrch echdynnu asid ellagic, catechin, ac epicatechin. Cynhyrchwyd dyluniad wedi'i deilwra gyda 40 rhediad (Tabl S2) ar JMP Pro (Fersiwn 14.2, SAS Institute Inc., Cary, NC, UDA) i ddarparu data yn benodol ar gyfer modelu rhagfynegol ANN. Cafodd y 40 rhediad eu rhoi ar hap i ddileu unrhyw ragfarn. Dangosir prif hafaliad ANN fel a ganlyn: y=∑jj=1 wh jpg plws bhk, k=1toK (1) lle mae h yn nifer y niwronau yn yr haen gudd, j a k yw nifer y newidynnau mewnbwn a niwronau cudd, yn y drefn honno, p yw'r newidyn mewnbwn, bh yw gogwydd yr haen gudd, a wh yw'r pwysau yn yr haen gudd. Dadansoddwyd cynnyrch echdynnu asid ellagic, catechin, ac epicatechin mewn perthynas â'r pedwar newidyn annibynnol gan ddefnyddio ANN trwy hyfforddi'r data yn gyntaf ac yna dewis y math actifadu gorau a nifer o niwronau sy'n arwain at ffit digonol o'r data. I werthuso llwyddiant modelau rhagfynegi, aseswyd tri gwerth: R-sgwâr, ail isradd y cyfeiliornad rhagfynegiad sgwar cymedrig (RASE) (hafaliad (2)), a'r cyfeiliornad absoliwt cyfartalog (AAE). RASE yw RASE=̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ SSE/n √ (2) Lle mae SSE yn rhoi ar gyfer sgwâr ac yn adio’r gwallau rhagfynegi (gwahaniaethau rhwng yr ymatebion gwirioneddol a'r ymatebion a ragwelir) ac n ar gyfer nifer o arsylwadau. Mae sgwâr R yn agos at 1 gyda RASE ac AAE yn agos at sero yn golygu bod y data'n ffitio'n uwch i'r model. 2.6. Ystadegau Cymharwyd cynnyrch echdynnu o asidau ffenolig, flavonols, a flafan-3-olau ag ANOVA unffordd ac yna prawf-t Myfyriwr ar p Llai na neu'n hafal i 0.05 gan ddefnyddio JMP Pro (Fersiwn 14.2, SAS Institute Inc., Cary, NC, UDA). Cymharwyd pob nde a 75 y cant ethanol gan ddefnyddio profion Dunnett ar p Llai na neu hafal i 0.05. Perfformiwyd dadansoddiad cydran egwyddorol (PCA) ar JMP Pro (Fersiwn 14.2, SAS Institute Inc., Cary, NC, UDA) ar gyfer y cyfansoddion ffenolig a dynnwyd o groen grawnwin a hadau muscadine. 3. Canlyniadau a Thrafodaeth 3.1. Polyffenolau a dynnwyd gan NDES o grwyn grawnwin muscadine Defnyddiwyd naw NDES a 75 y cant ethanol ar gyfer echdynnu polyffenolau o'r crwyn grawnwin muscadine. Mae Tabl 2 yn dangos cynnyrch echdynnu asid ellagic, asid galig, asid ferulic, myricetin, quercetin, kaempferol, catechin, ac epicatechin. Asid ellagig oedd y polyphenol echdynnu mwyaf niferus mewn croen grawnwin, ac yna asid galig ac asid ferulic, yn y drefn honno. Roedd y canfyddiad hwn yn gyson ag astudiaethau blaenorol [17,18]. Echdynnodd NDES #1, #8, #7, #3, #2 a #9 symiau sylweddol uwch o asid ellagic mewn croen grawnwin na 75 y cant o ethanol. Cyflawnwyd y cynnyrch echdynnu uchaf o asid ellagic gan NDES #1 ac yna NDES #8 ar 22.1 ± 2.2 mg/g a 21.3 ± 2.5 mg/g, yn y drefn honno (Tabl 2). Fodd bynnag, nid oedd gwahaniaeth arwyddocaol rhwng NDES #1 ac NDES #8 yn ôl prawf-t Myfyriwr. Yn ddiddorol, canfuwyd mai NDES #1 oedd y NDES lleiaf effeithiol i echdynnu anthocyaninau ohonynt
pomace llugaeron [14]. Roedd hyn yn awgrymu y gallai NDES #1 echdynnu asid ellagic neu ellagitannin yn ddetholus o fatrics bwyd sydd hefyd yn cynnwys anthocyanidins. Gellir priodoli detholusrwydd o'r fath i wahaniaethau yn y rhyngweithiadau moleciwlaidd rhwng yr NDES a dosbarthiadau ffenolig penodol. Mae Ffigur S1 (panel A) yn dangos cromatogram HPLC o asid galig, asid ellagic, ac asid ferulic wedi'i dynnu o groen grawnwin gan NDES #1 ac wedi'i ganfod ar 260 nm. Mae'r ethanol 75 y cant echdynnu 12.7 ± 1.2 mg o asid ellagic fesul gram o groen grawnwin. Gwelwyd y cynnyrch echdynnu isaf o asid ellagic yn NDES #4 ar 7.44 ± 0.6 mg/g. Roedd y cynnyrch echdynnu o asid galig gan NDES # 9, #8, #1, #4, #7, a #3 yn gymaradwy ac yn sylweddol uwch na 75 y cant ethanol. Echdynnwyd y swm uchaf o asid galig gan NDES #9 ar 10.4 ± 0.5 mg/g, a'r swm isaf o 5.55 ± {{4{0}} Tynnwyd .1 mg/g gan NDES #5. Echdynnwyd y swm uchaf o asid ferulig gan NDES #1 ar 6.32 ± 0.7 mg/g a chafodd y swm isaf ei echdynnu gan NDES #5 ar 3.11 ± {0.{{50. }}}} mg/g. Ar ben hynny, nid oedd gwahaniaeth arwyddocaol rhwng NDES #1 a'r 75 y cant ethanol wrth echdynnu asid ferulic (Tabl 2). Echdynnwyd y swm uchaf o catechin ac epicatechin gan NDES #3 ar 0.61 ± 0.1 mg/g a 0.89 ± {0.1 mg/ g, yn y drefn honno (Tabl 2). Yn y cyfamser, echdynnodd NDES #3 a #6 symiau sylweddol uwch o epicatechin na 75 y cant ethanol. Mae Ffigur S2 (panel A) yn dangos cromatogram HPLC o catechin ac epicatechin a dynnwyd gan NDES #3 o groen y grawnwin. Fodd bynnag, ni chanfuwyd catechin yn y dyfyniad ethanol 75 y cant. Echdynnwyd y symiau isaf o catechin (0.02 mg/g) ac epicatechin ({{90}.14 mg/g) gan NDES #2 a NDES # 5, yn y drefn honno. Myricetin oedd y flavonol mwyaf toreithiog a kaempferol oedd y lleiaf. Datgelodd prawf Dunnett fod NDEs a 75 y cant ethanol yn gymaradwy wrth echdynnu myricetin, quercetin, a kaempferol (Tabl 2). Echdynnwyd y swm myricetin uchaf gan NDES #1 (1.84 mg/g), ac yna 75 y cant ethanol (1.73 mg/g), ac yna NDES #8 (1.67 mg/g). Echdynnwyd y swm quercetin uchaf gan 75 y cant ethanol (0.41 mg/g), NDES #1 (0.40 mg/g), a NDES #8 ({ {143}}.38 mg/g). Mewn cyferbyniad, echdynnwyd y symiau isaf o myricetin a quercetin gan NDES #5 ar 0.87 mg/g a 0.27 mg/g, yn y drefn honno. Mae'r canfyddiad hwn yn pwysleisio ymhellach allu gwan cyffredinol NDES #5 i echdynnu polyffenolau o groen y grawnwin. Echdynnwyd y swm kaempferol uchaf gan 75 y cant ethanol (0.05 mg/g), a chafodd yr isaf ei dynnu gan NDES #5 a NDES#6 (0.03 mg/g). Mae Ffigur S1 (panel B) yn dangos cromatogram HPLC o myricetin, quercetin, a kaempferol a dynnwyd o groen grawnwin gan NDES #1 wedi'i ganfod ar 360 nm. Y swm uchaf o asidau ffenolig, flavonols, a flafan-3- ols oedd 40.7 mg/g wedi'i dynnu gyda NDES #1 ac yna 39.8 mg/g wedi'i dynnu gyda NDES #8, tra bod y swm isaf yn 18.4 mg/g wedi'i dynnu gan NDES #5 (Tabl 2). Roedd pH NDES yn amrywio rhwng 0.3 a 3.3 (Tabl 1). Rhestrwyd y gydberthynas Rsquared rhwng pH NDEs ac asidau ffenolig, flavonols, a flafan-3-olau yn Nhabl 2. Roedd y diffyg cydberthynas rhwng pH a chynnyrch echdynnu yn awgrymu nad oedd pH yn effeithio ar effeithlonrwydd echdynnu. 3.2. Polyffenolau a echdynnwyd gan NDES o hadau grawnwin muscadine Roedd cynnyrch echdynnu cyffredinol asidau ffenolig, flavonols, a flafan- 3-olau o hadau grawnwin yn amlwg yn is na'r rhai o grwyn (Tabl 3). Y polyffenolau echdynadwy mwyaf niferus yn yr hadau oedd catechin ac epicatechin, ond ni chanfuwyd kaempferol. Mae'r matrics hadau cymhleth sy'n cynnwys olew (13 y cant , w / w sylfaen sych) yn esboniad posibl o'r gallu i echdynnu isel cyfansoddion ffenolig o'r hadau grawnwin [19]. Echdynnwyd y swm uchaf o catechin gan NDES #3 ar 2.77 mg/g (Tabl 3). Roedd y cynnyrch hwn yn sylweddol uwch na'r holl NDES eraill a 75 y cant ethanol. Mae Ffigur S2 (panel B) yn dangos cromatogram HPLC o catechin ac epicatechin a dynnwyd gan NDES #3 o hadau grawnwin. Echdynnwyd y swm isaf o catechin gan NDES #5 ar 0.30 mg/g. Tynnodd pob NDES ond NDES #1, #2, a #9 symiau sylweddol uwch o epicatechin na 75 y cant ethanol (Tabl 3). Echdynnwyd y crynodiadau epicatechin uchaf gan NDES #4 (0.71 mg/g) a NDES #5 (0.68 mg/g), tra bod yr isaf wedi'i dynnu gan 75 y cant ethanol (0.11 mg/g). Asid galig oedd yr asid ffenolig echdynnu mwyaf helaeth yn yr hadau grawnwin, ac yna asid ferulic ac asid ellagic, yn y drefn honno. Echdynnwyd y swm uchaf o asid galig gan NDES #4 ar 0.45 mg/g, ac yna NDES #9 ac NDES #8. Echdynnodd yr NDEs hyn symiau sylweddol uwch o asid galig na 75 y cant ethanol. Echdynnwyd y swm isaf o asid galig (0.2 mg/g) gan NDES #3. Yr echdynnu uchaf
cafwyd cynnyrch asid ellagic gan NDES #9 (0.26 mg/g) ac yna NDES #6 (0.17 mg/g), a oedd yn sylweddol uwch na 75 y cant ethanol. Yn yr un modd, roedd NDEs #3 yn echdynnu'r swm asid ellagic isaf sef 0.05 mg/g. Yn ogystal, roedd NDES #6, #7, a #3 yn echdynnu symiau sylweddol uwch o asid ferulic na 75 y cant ethanol. Y cynnyrch echdynnu asid fferulig isaf oedd 0.5 mg/g erbyn NDES #5. At hynny, ni chanfuwyd asid ferulic yn echdyniad NDES #9. Roedd hyn yn debygol oherwydd bod hydoddedd asid ferulic yn is yn NDES #9 nag mewn NDEs eraill. Cafwyd y dyfyniad myricetin uchaf gan 75 y cant ethanol a NDES #7 ar 0.18 mg/g, a oedd yn uwch na'r holl NDEs. Roedd y cynnyrch echdynnu quercetin uchaf gan NDES #6 (0.14 mg/g) a NDES #3 (0.13 mg/g) ac roedd y ddau NDES yn well na 75 y cant ethanol. Yn yr un modd, nid oedd pH NDES yn dylanwadu ar y cnwd echdynnu fel y dangosir gan y cydberthynas isel (sgwâr R) rhwng pH NDEs a chynnyrch asidau ffenolig, flavonols, a flafan-3-olau a restrir yn Nhabl 3. 3.3 . Perfformiwyd dadansoddiad prif gydrannau (PCA) i gysylltu cynnyrch echdynnu o gyfansoddion ffenolig amrywiol mewn croen grawnwin a hadau gyda NDEs a 75 y cant ethanol (Ffig. 1). Perfformiwyd y PCA ar fatrics cydberthynas i ganfod detholedd posibl rhai NDEs tuag at echdynnu cyfansoddion neu grwpiau ffenolig penodol. Eglurwyd tua 85 y cant o amrywiant data croen gan brif gydrannau 1 a 2. Mae'r plot llwytho (Ffig. 1B) yn dangos cydberthynas uchel rhwng asidau ffenolig (asid ellagic, asid galig, asid ferulig) a flavonols (myricetin, quercetin, a kaempferol). Er mwyn echdynnu'r grwpiau hyn, y toddyddion gorau yw NDES # 1, # 8, #7, a 75 y cant ethanol fel y dangosir yn y plot sgôr (Ffig. 1 A). Yn y cyfamser, roedd yn ymddangos bod catechin ac epicatechin wedi'u gwahanu oddi wrth weddill y grwpiau ffenolig. Fel y dangosir yn Ffig. 1A, roedd NDES #3 yn ddewisol i dynnu catechin ac epicatechin o grwyn grawnwin. Roedd hwn yn arsylwad diddorol oherwydd roedd NDES # 3 ymhlith yr NDES lleiaf effeithiol i echdynnu proanthocyanidins, sef oligomers a pholymerau catechin ac epicatechin [14]. Roedd hyn yn awgrymu y gallai NDES #3 ddewis proanthocyanidins o feintiau moleciwlaidd llai. Roedd clystyru cyfansoddion ffenolig ar lain llwytho'r croen (Ffig. 1 B) yn wahanol i'r hadau (Ffig. 1D) waeth beth fo cynnyrch isel y cyfansoddion hyn yn yr hadau grawnwin. Roedd y prif gydrannau cyntaf a'r ail yn esbonio tua 73 y cant o'r amrywiad mewn data hadau. Quercetin, myricetin, ac asid ferulic eu echdynnu yn fwy effeithlon gan NDES # 6, #7, a 75 y cant ethanol, fel y dangosir yn y plot sgôr (Ffig. 1 C). Echdynnwyd asid ellagig ac asid galig yn fwy effeithiol gan NDES #9. Unwaith eto, echdynnwyd catechin gyda'r effeithlonrwydd uchaf gan NDES #3 a oedd yn debyg i'r hyn a welwyd gyda chrwyn grawnwin. Echdynnwyd Epicatechin gydag effeithlonrwydd uwch gan NDES #5, #4, a NDES #8.
3.4. Optimeiddio echdynnu asidau ffenolig a flavonols o grwyn grawnwin muscadine a modelu rhagfynegiad ANN Clorid colin: asid levulinig: ethylene glycol 1:1:2 (NDES #1) a ddangosodd y cynnyrch echdynnu uchaf ar gyfer asid ellagic, ac felly fe'i dewiswyd ar gyfer optimeiddio pellach a rhagfynegiad. Aseswyd effeithiau pedwar ffactor, gan gynnwys cynnwys dŵr, amser ultrasonication, cymhareb solid-i-doddydd, a thymheredd echdynnu ar gyfer echdynnu asidau ffenolig a flavonols. Ymhellach, defnyddiwyd pedair lefel ar gyfer pob ffactor echdynnu mewn cyfanswm o 40 rhediad ar hap. Dangosir cynnyrch echdynnu arbrofol asid ellagic, asid galig, asid ferulic, myricetin, a quercetin, ynghyd â swm y pump hyn, yn Nhabl 4. Yn gyffredinol, roedd ystod y gwahaniaeth cynnyrch echdynnu rhwng yr isaf a'r uchaf yn gymharol fawr ar gyfer asidau ffenolig. Er enghraifft, y cynnyrch isaf ar gyfer asid ellagic oedd 9.03 mg/g (rhediad #17) a'r uchaf oedd 25.3 mg/g (rhediad #15), a arweiniodd at wahaniaeth o 16.2 mg/g (rhedeg #17). At hynny, y swm isaf o gynnyrch oedd 20.7 mg/g, a'r uchaf oedd 71.5 mg/g. Mae hyn yn dangos effeithiau sylweddol gwahanol lefelau pob ffactor echdynnu ar gynnyrch echdynnu. Roedd rhediad #15 yn tynnu'r swm uchaf o asid ellagic. Cyflwr echdynnu rhediad #15 oedd 45 mL /10{{130}} mL cynnwys dŵr, 25 munud o ultrasonication, cymhareb solid-i-doddydd 1:10 (g: mL) , a thymheredd echdynnu o 60 ◦C. Mae Ffigur S3 yn dangos cromatogram HPLC o asidau ffenolig wedi'u optimeiddio a dynnwyd o groen grawnwin gan NDES #1 (rhedeg #15 yn Nhabl 4). Cyflawnwyd yr asid galig uchaf (18.7 mg/g) gan ddefnyddio'r amodau echdynnu yn rhediad #24 a'r isaf oedd 6.63 mg/g gan ddefnyddio rhediad #40. Ar gyfer asid ferulic, rhediad #22 echdynnwyd y swm uchaf ar 19.2 mg/g, tra na chanfuwyd asid ferulic yn rhediadau #14, #17, #29, a #34. Echdynnwyd rhediad #22 gyda chynnwys dŵr 60 ml / 100 ml, 5 munud o ultrasonication, 1:5 ar gyfer cymhareb solid-i-doddydd, a thymheredd echdynnu o 60 ◦C. Roedd rhediad #2 yn tynnu'r myricetin uchaf (10.1 mg/g) a quercetin (1.87 mg/g). Amodau echdynnu rhediad #2 oedd cynnwys dŵr 60 mL /100 mL, 35 munud o ultrasonication, 1:20 ar gyfer cymhareb solid-i doddydd, a thymheredd echdynnu o 60 ◦C. Echdynnwyd yr isaf fy nghynnyrch penodol (3.79 mg/g) gan rediad #40. Mae'r lleiniau cyfuchlin yn Ffig. 2 yn dangos effaith paramedrau echdynnu (X1, X2, X3, a X4) ar y cynnyrch a ragwelir o asid ellagic a echdynnwyd gan NDES #1 o groen y grawnwin. Defnyddiwyd y cynnyrch a ragfynegwyd o asid ellagic yn Nhabl 4 i lunio'r lleiniau cyfrif hyn. Mae pob panel yn dangos effaith 2 baramedr echdynnu. Mae'r cyfuchliniau wedi'u labelu â chynnyrch asid ellagic (mg/g). Y cynnwys dŵr gorau posibl a ragwelwyd oedd tua 35-45 ml/100 ml NDES, fel y dangosir yn Ffig. 2B a 2C. Cynyddodd amser ultrasonication hirach y cynnyrch o asid ellagic (Ffig. 2D a 2E), gan nodi rôl hanfodol sonication mewn echdynnu NDES. Yn ystod yr echdynnu, cyflwynodd cymysgu crwyn grawnwin neu hadau â NDES ronynnau a nwy, a ychwanegodd safleoedd cavitation acwstig ar gyfer uwchsain i gynhyrchu nifer o swigod bach yn yr NDES. Arweiniodd imploding y swigod hyn at dymheredd eithafol, gwahaniaeth pwysau, grym cneifio uchel, macro-gynnwrf, a micro-gymysgu, a oedd yn effeithiol cynhyrfu NDES i gyflymu trylediad màs a throsglwyddo. Pan imploded swigod cavitation ar wyneb hadau grawnwin neu ronynnau croen, y micro-jetiau canlyniadol a gwrthdrawiadau rhyng-gronynnau arwain at pilio wyneb, erydiad, dadansoddiad gronynnau, sonoporation, ac aflonyddwch celloedd [20]. Roedd yr holl effeithiau mecanyddol hyn o gavitation a achosir gan uwchsain yn dwysáu treiddiad NDEs i'r tu mewn i'r gell fel bod ffenolig rhynggellog o'r matrics bwyd yn cael ei drosglwyddo i doddyddion. Y gymhareb solid-i-doddydd optimwm oedd 1:10, fel y nodir yn Ffig. 2B, 2D, a 2F. Yn olaf, mae'n ymddangos bod tymereddau echdynnu uwch hyd at 60 ◦C yn cael effaith gadarnhaol ar y gallu i echdynnu asid ellagic fel y dangosir yn Ffig. 2C, 2E, a 2F. Mae hyn yn awgrymu perthynas uniongyrchol rhwng tymheredd echdynnu a chynnyrch asid ellagic a dynnwyd o groen y grawnwin. Dadansoddwyd cynnyrch echdynnu asid ellagig (Tabl 4) ar gyfer modelu rhagfynegi gan ddefnyddio rhwydweithio niwral artiffisial. Rhannwyd y data arbrofol ar hap yn set hyfforddi a set ddilysu. Y rheswm dros gynnwys set ddilysu gan y feddalwedd ystadegol yw atal gorffitio. Er mwyn rhagweld cynnyrch asid ellagic (Y), aseswyd yr un pedwar ffactor echdynnu annibynnol (X1, X2, X3, a X4), 1-2 haen gudd gyda nifer wahanol o niwronau, a thair swyddogaeth actifadu. Y swyddogaethau actifadu cymhwysol oedd tangiad hyperbolig, llinol a gaussian. Nesaf, hyfforddwyd y setiau data nes cyrraedd gwerth sgwar R uchel ar gyfer hyfforddi a dilysu. Cynhyrchwyd y data rhagfynegi a model. Dewiswyd y strwythur ANN gorau trwy ddadansoddi'r pedwar mewnbwn (X1, X2, X3, a X4) gydag un haen gudd gan ddefnyddio'r swyddogaeth Gaussian gyda deg niwron (Ffigur S5). Sgwâr R y setiau hyfforddi a dilysu oedd 0.99, tra bod RASE ac AAE y model yn 0.062 a 0.044, yn y drefn honno. Roedd R-sgwâr o ddilysiad ANN o asid ellagic yn yr astudiaeth hon (0.99) yn uwch na dilysiad ANN o procyanidins (0.95) ac anthocyanins (0.91) mewn astudiaeth flaenorol [14]. Fodd bynnag, gellir priodoli'r cynnydd hwn mewn R2 i'r cydweddiad model a gynhyrchwyd yn well o'r data yn yr astudiaeth hon, a allai fod oherwydd y gwallau arbrofol llai. Dangoswyd y modelau ANN rhagfynegol ar gyfer echdynnu asid ellagic gan ddefnyddio NDES #1 fel hafaliad 3–13:
Cistanche ar gyfer gwella imiwnedd
Casgliad
Cyflwynodd y canfyddiadau cyfredol dystiolaeth bellach ar effeithiolrwydd galluoedd NDES i echdynnu polyffenolau o sgil-gynhyrchion y diwydiant bwyd. Roedd y canlyniadau'n cefnogi'r ddamcaniaeth o echdyniad uwchsain o NDES dros 75 y cant ethanol gyda chymorth uwchsain. I bob pwrpas, mae NDES wedi echdynnu tri asid ffenolig, dau flavonol, a thair flafan o grwyn grawnwin a hadau. NDES #1 oedd yr NDES mwyaf effeithiol i echdynnu asid ellagic, tra bod NDES #3 yn arbennig o ddetholus tuag at echdynnu catechin ac epicatechin. Anfantais amlwg NDES yw eu gludedd uchel, sy'n cyflwyno heriau wrth drin ac adfer. Yn yr astudiaeth bresennol, dangosodd rhwydweithio niwral artiffisial, waeth beth fo'i gyfyngiadau canlyniad, ddull ymarferol o fodelu rhagfynegol. Mae NDEs yn gyfryngau cadarn i adennill ffytogemegau o systemau bwyd. Mae rhai NDEs hefyd yn cyflwyno toddydd llai gwenwynig i astudio'r ffytogemegau hyn mewn celloedd byw [21,22]. O'r diwedd, mae toddyddion ewtectig dwfn naturiol yn gyfryngau echdynnu amgen effeithiol i doddyddion organig.
Cyfeiriadau
[1] W. Bi, M. Tian, KH Row, Gwerthusiad o doddydd ewtectig dwfn yn seiliedig ar alcohol wrth echdynnu a phennuflavonoidaugyda optimeiddio methodoleg arwyneb ymateb, J. Chromatogr. A 1285 (2013) 22–30, https://doi.org/10.1016/j. croma.2013.02.041.
[2] M. Cvjetko Bubalo, N. ’Curko, M. Tomaˇsevi’c, K. Kovaˇcevi’c Ghani’s, I. Radojˇci’c Redovnikovi’c, Echdynnu gwyrdd o ffenoligau croen grawnwin trwy ddefnyddio toddyddion ewtectig dwfn, Food Chem. 200 (2016) 159–166, https://doi.org/10.1016/j. bwydchem.2016.01.040.
[3] M. Panic, V. Gunjevi’c, G. Cravotto, I. Radojˇci’c Redovnikovi’c, Technolegau galluogi ar gyfer echdynnu anthocyaninau grawnwin-pomace gan ddefnyddio toddyddion ewtectig dwfn naturiol mewn sypiau hyd at hanner litr echdynnu anthocyaninau grawnwin-pomace gan ddefnyddio 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, Prifysgol Talaith Gogledd Carolina, NC State Extension Publications, 2020 https://content. ces.ncsu.edu/muscadine-grape-production-guide (cyrchwyd 18 Ionawr 2021). [5] Cline, B. a C. Fisk, Trosolwg o erwau grawnwin muscadine, cyltifarau ac ardaloedd cynhyrchu yn yr Unol Daleithiau de-ddwyreiniol. Gweithdy grawnwin Muscadine ar gyfer Asiantau Ymestyn Cydweithredol, yng Nghonsortiwm Ffrwythau Bach Rhanbarth y De. 2006: Consortiwm Ffrwythau Bach Rhanbarth y De.
[6] PC Andersen A. Sarkhosh D. Huff J. Breman 2020 6 10.32473/edis-hs100-2020.
[7] P. Greenspan, et al., Priodweddau gwrthlidiol y grawnwin muscadine (Vitis rotundifolia), J. Agric. Bwyd. Cemeg. 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, Mae DK Hartle, JE Green, CA Brown, TS Hudson, dyfyniad croen grawnwin Muscadine yn atal celloedd canser y prostad trwy gymell arestiad cylchred celloedd a lleihau mudo trwy brotein sioc gwres 40, Heliyon 5 (1) (2019) e01128, https://doi .org/10.1016/j.heliyon.2019.e01128 .