Estrazzjoni assistita bl-ultrasound ta' aċidi fenoliċi, flavonoli, u flavan-3-ols minn qlud u żrieragħ ta' l-għeneb Muscadine bl-użu ta' solventi ewtektiċi fil-fond naturali u mmudellar ta' tbassir permezz ta' netwerking newrali artifiċjali

Jekk jogħġbok ikkuntattjaoscar.xiao@wecistanche.comgħal aktar informazzjoni

AstrattL-għan ta’ dan l-istudju kien li jinvestiga l-effiċjenza tal-estrazzjoni ta’ 9 solventi ewtektiċi fil-fond naturali (NDES) bl-għajnuna tal-ultrasound għalaċidi fenoliċi, flavonoli, u flavan-3-ols fil-ġlud u ż-żerriegħa tal-għeneb muscadine (Carlos) meta mqabbla ma' 75 fil-mija etanol. In-netwerking newrali artifiċjali (ANN) ġie applikat biex jottimizza l-kontenut ta 'ilma NDES, ħin ta' ultrasonikazzjoni, proporzjon solidu għal solvent, u temperatura ta 'estrazzjoni biex jinkisbu l-ogħla rendimenti ta' estrazzjoni għal aċidu ellagiku, catechin u epicatechin. NDES ifformulat ġdid (#1) jikkonsisti f'klorur tal-kolin:aċidu levuliniku: ethylene glycol 1:1:2 u 20 fil-mija ilma estratt l-ogħla ammont ta 'aċidu ellagiku fil-ġilda fi 22.1 mg/g. Dan ir-rendiment kien 1.73-darbiet minn dak b'75 fil-mija etanol. NDES modifikat (#3) li jikkonsisti f'klorur tal-kolin: proline: aċidu maliku 1:1:1 u 30 fil-mija ilma estratt l-ogħla ammont ta' catechin (0.61 mg/g) u epicatechin (0.89 mg/g) fil-ġilda, u 2.77 mg/g u 0.37 mg/g fiż-żerriegħa, rispettivament. Ir-rendiment ottimali ta 'aċidu ellagiku fil-ġilda bl-użu ta' NDES #1 kien 25.3 mg/g (osservat) u 25.3 mg/g (bassru). Ir-rendiment ottimali ta '(catechin plus epicatechin) fiż-żerriegħa bl-użu ta' NDES #3 kien 9.8 mg/g (osservat) u 9.6 mg/g (bassru). Dan l-istudju wera l-effiċjenza għolja ta 'estrazzjoni ta' NDES magħżula għal polifenoli taħt kundizzjonijiet ottimizzati.

Jekk jogħġbok ikklikkja hawn biex tkun taf aktar

Introduzzjoni

Solventi ewtektiċi fil-fond naturali (NDES) huma ppreparati billi jitħalltu donaturi ta’ bonds ta’ idroġenu ma’ aċċettaturi ta’ bonds ta’ idroġenu fi proporzjon molari xieraq [1]. Il-punt tat-tidwib ta 'komponent wieħed għandu jkun aktar baxx mill-punt tat-tidwib ta' l-ieħor [1]. Wara t-tisħin u t-taħlit, dan il-mezz isir likwidu f'temperatura tal-kamra. L-ilma huwa miżjud biex jistabbilizza u jippolarizza t-taħlita. Ir-riċerka fil-qasam tal-estrazzjoni fitokimika bl-użu tal-NDES espandiet minħabba l-estrazzjoni u s-solubilità effettiva tagħhom. Madankollu, fatturi multipli għandhom rwol sinifikanti meta jitqabblu l-NDES ma 'solventi organiċi, inklużi r-rendiment, l-ispiża, l-irkupru u t-tossiċità. Riċerka preċedenti investigat NDES dwar l-estrazzjoni ta 'polifenoli differenti minn diversi matriċi tal-ikel. Pereżempju, Bubalo et al. (2016) qabblu 5 NDES, ilma, 70 fil-mija metanol (v/v), u 70 fil-mija metanol aċidifikat (v/v) biex jiġu estratti anthocyanins, catechin, u quercetin -3-O-glukoside mill-qxur tal-għeneb aħmar. NDES li jikkonsisti f'klorur tal-kolin: aċidu ossaliku (1:1) b'25 fil-mija ta 'ilma (v/v) instab li huwa l-aktar solvent ta' estrazzjoni effiċjenti [2]. Fi studju ieħor, Pani´c et al. (2019) ittestja 8 NDES u aċidifika 70 fil-mija tal-etanol u osserva klorur tal-kolin: aċidu ċitriku (2: 1) bi 30 fil-mija ilma (v/v) bħala l-aħjar NDES biex jiġi estratt anthocyanins mill-pomace tal-għeneb [3]. Għeneb Muscadine (Vitis rotundifolia) huwa indiġenu għall-istati tax-Xlokk u l-ewwel għeneb selvaġġ ikkultivat fl-Istati Uniti [4]. Għeneb Muscadine huwa prodott fi 12-il stat u jammontaw għal madwar 5000 acres [5]. Hemm 100 varjetà ta 'għeneb muscadine u kull waħda tvarja f'karatteristiċi fiżiċi, sensorji jew kimiċi [4]. Fosthom, Carlos huwa għeneb muscadine mħawla b'mod wiesa 'minħabba r-rendiment għoli tiegħu u l-konsistenza li qed tikber [4]. L-għeneb ta’ Carlos muscadine huwa ta’ daqs medju, kulur il-bronż, eħxen fil-ġilda u fih erba’ żerriegħa bħala medja [6]. Għeneb Muscadine fih ammonti sinifikanti tapolifenolili huma magħrufa li jnaqqsu l-infjammazzjoni [7], jinibixxu t-tkabbir tat-tumur tal-prostata [8], u jtejbu r-risponsi metaboliċi tad-dijabetiċi [9]. Il-pomace tal-għeneb tal-muscadine, prodott sekondarju tal-meraq tal-għeneb tal-muscadine jew il-produzzjoni tal-inbid, jikkonsisti minn qxur u żrieragħ. Studju ta’ riċerka preċedenti uża aċetun: ilma: taħlita ta’ aċidu aċetiku (70:29.7:0.3, v/v) biex jiġi estratt komposti fenoliċi miż-żrieragħ, il-ġilda u l-polpa ta’ tmien kultivari ta’ għeneb muscadine imkabbar fi Florida, inkluż Carlos [10]. Madankollu, l-użu ta 'solventi organiċi li jaqbdu u l-effiċjenza ta' estrazzjoni baxxa tagħhom ixekklu l-applikazzjonijiet prattiċi. Il-biċċa l-kbira tal-pomace tal-għeneb tal-muscadine għadha tintrema bħala skart. In-netwerking newrali artifiċjali (ANN) huwa sistema ta 'mapping mhux lineari magħmula minn diversi unitajiet ta' pproċessar bażiċi konnessi minn assoċjazzjonijiet peżati. Dawn l-unitajiet tal-ipproċessar jissejħu "newroni" [11]. In-netwerking newrali artifiċjali huwa approċċ tat-tagħlim tal-magni biex ibassar jew ibassar rispons ibbażat fuq inputs multipli [11]. Riċerka preċedenti applikat metodi tal-wiċċ ta 'rispons (RSM) għall-ottimizzazzjoni u t-tbassir tal-estrazzjoni. Madankollu, ftit studji użaw l-ANN għall-istess għan. Per eżempju, Sinha et al. (2013) issuġġerixxa li ANN għandha prestazzjoni ta' tbassir aħjar minn RSM dwar l-estrazzjoni ta 'żebgħa naturali miż-żerriegħa ta' Bixa Orellana (Annatto) [12]. Fi studju simili, Ciric et al. (2020) irrappurtaw li l-mudell ANN kien aħjar minn RSM għat-tbassir ta 'estrazzjonijiet ta' komposti fenoliċi mit-tewm [13]. L-għan ta' din ir-riċerka kien li tinvestiga l-effiċjenza tal-estrazzjoni ta' 9 NDES għal aċidi fenoliċi, flavonols, u flavan-3-ols meta mqabbla ma' 75 fil-mija etanol bl-għajnuna tal-ultrasound. ANN ġie applikat biex ibassar u jottimizza l-kundizzjonijiet tal-estrazzjoni fuq ir-rendiment fenoliku. L-ipoteżi kienet li NDES b'kompożizzjonijiet speċifiċi estratt ammonti ogħla ta 'aċidi fenoliċi, flavonols, u flavan-3-ols minn 75 fil-mija etanol, u l-ogħla effiċjenza tal-estrazzjoni tista' tinkiseb permezz ta 'mudellar ta' tbassir ibbażat fuq ANN.

2. Materjali u Metodi 2.1. Kimiċi u reaġenti Klorur tal-kolin, aċidu levuliniku, 1,2-propandiol, aċidu DL-maliku, aċidu ossaliku, aċidu idrokloriku, u aċidu formiku nkisbu minn Acros Organics (Morris Plains, NJ, USA). Aċidu lattiku, ethylene glycol, glycine, aċetonitrile ta 'grad HPLC, metanol u etanol inxtraw minn Fishers Scientific (Waltham, Massachusetts, USA). L-proline u betaine hydrochloride inxtraw minn Alfa Aesar (Ward Hill, MA, USA). Standards ta 'grad HPLC ta' aċidu ellagiku, aċidu galliku, aċidu feruliku, ( plus )-catechin, (- )-epicatechin, myricetin, quercetin, u kaempferol ġew akkwistati minn Sigma Aldrich (St. Louis, MO, USA).

2.2. Disinn ta' NDESNDES #1–2 fit-Tabella 1 ġew iddisinjati fl-istudju preċedenti tagħna [14]. Il-klorur tal-kolin fl-NDES #1–2 intgħażel bħala aċċettatur tal-idroġenu, filwaqt li ġew magħżula żewġ donaturi tal-idroġenu differenti għal kull NDES ġdid. Il-proporzjonijiet molari bejn id-donaturi tal-idroġenu u l-aċċettatur u l-kontenut tal-ilma ġew determinati f'esperimenti preliminari. NDES #3–9 fit-Tabella 1 intgħażlu mil-letteratura peress li studji preċedenti ħatruhom bħala NDES effettivi fl-estrazzjoni tal-polifenoli. Il-kontenut tal-ilma fl-NDES #3 ġie modifikat mil-letteratura ċċitata. Ġie applikat metodu ta' tisħin biex jitħejja l-NDES [15]. Fil-qosor, l-aċċettatur tal-bonds tal-idroġenu ġie mħallat ma 'kull wieħed mill-komponenti donaturi tal-bonds tal-idroġenu fil-garafini Erlenmeyer b'bar li jħawwad. It-taħlita fil-flask ingħalqet u msaħħna f'50 ◦C għal madwar 30 min jew sakemm ifforma likwidu ċar u baqa' stabbli f'temperatura tal-kamra. Il-kontenuti tal-ilma fit-Tabella 1 ġew ikkalkulati skont il-volum finali tat-taħlitiet NDES. Il-pH ta 'NDES elenkat fit-Tabella 1 tkejjel bl-użu ta' miter tal-pH (AB15, Accumet, Fisher Scientific, Waltham, MA, USA). 2.3. Preparazzjoni tal-kampjun / Estrazzjoni assistita bl-ultrasound Ġlud u żrieragħ tal-għeneb muscadine iffriżat (Vitis rotundifolia) (cultivar: Carlos) ġew ipprovduti minn Paulk Vineyards (Wray, Georgia, USA). Wara li tneħħiet il-qxur, il-weraq, jew il-petioles, il-pomace kienet separata f'żerriegħa u ġilda. Il-kampjuni mbagħad ġew imnixxfa bl-użu ta 'forn vakwu (Isotemp, Mudell 285A, Fisher Scientific, Waltham, Massachusetts, USA) f'60 ◦C u pressjoni tal-vakwu inqas minn - 30 in.Hg. Sussegwentement, il-kampjuni ġew omoġenizzati fi trab fin bl-użu ta 'grinder kimeriku (A1{{105}}00, RRH Inc., 2800 W, Zhejiang, iċ-Ċina). Bl-użu ta 'proporzjon inizjali ta' solidu għal solvent ta '1:20 (g: mL), 0.50 g ta' jew ġilda ta 'għeneb muscadine jew żerriegħa tħalltu f'10 mL NDES jew 75 fil-mija etanol fi tliet kopji. Il-kampjuni mbagħad tpoġġew f'banju ta' l-ilma (60 ◦C) u ivvibrati (VCX 1500, Sonics & Materials Inc., 1500-Watt, 50/60 Hz, Newtown, CT, USA) għal 30 min f'100 fil-mija. amplitudni għal żewġ rawnds (15 min/round). Sussegwentement, il-kampjuni ġew ċentrifugati immedjatament (Sorvall ST 8, Fisher Scientific, Suzhou, iċ-Ċina) fi 3,260 g sakemm inkisbet supernatant ċar. Fl-aħħar nett, is-supernatanti nġabru u nħażnu fi friża - 20 ◦C għall-analiżi HPLC ta’ aċidi fenoliċi (aċidu ellagiku, aċidu galliku, aċidu ferulic), flavonoli (myricetin, quercetin, u kaempferol), u flavan-3-ols (catechin u epicatechin). 2.4. Analiżi HPLC ta' aċidi fenoliċi, flavonols, u flavan-3-ols Aċidi fenoliċi, flavonols, u flavan-3-ols ġew analizzati fuq sistema HPLC (Agilent Technologies 1200, Waldbronn, il-Ġermanja) skond il-metodu deskritt f' Sandhu u Gu (2013) [16]. Is-sistema HPLC tikkonsisti minn pompa binarja, autosampler, kompartiment tal-kolonna termostattat, ditekter ta 'array diode, u detector ta' fluworexxenza. Il-ġilda tal-għeneb jew l-estratti taż-żerriegħa ġew idrolizzati qabel l-analiżi tal-aċidi fenoliċi u l-flavonoli. L-idroliżi saret billi tħallat 1 ml tal-estratt ma '4 mL ta' soluzzjoni ta 'idroliżi (1.2 M HCI li fih 50 fil-mija metanol) u mqiegħda f'banju ta' l-ilma (Preċiżjoni, Mudell 2837, 400 W, 50/60 Hz, Thermo Xjentifiku, Marietta , OH, USA) f'90 ◦C għal 80 min. Sussegwentement, il-kampjuni tkessħu għal 25 ◦C segwiti minn ivvibrar għal 5 min. L-idroliżi tal-estratt ma kinitx meħtieġa għall-analiżi ta 'catechin u epicatechin. L-estratti idrolizzati u mhux idrolizzati ġew iffiltrati permezz ta 'membrana ta' 0.45 μm polytetrafluoroethylene (PTFE) qabel l-analiżi HPLC. Għall-analiżi ta' aċidu ellagiku, aċidu galliku, aċidu feruliku, myricetin, quercetin, kaempferol, catechin, u epicatechin, ġew injettati 10 µL f'kolonna SB-C18 (4.6 × 250 mm, 5 µm, Zorbax, Agilent, Santa Clara, CA, L-ISTATI UNITI). Il-fażijiet mobbli kienu (A) 0.5 fil-mija aċidu formiku u (B) 100 fil-mija acetonitrile. Ir-rata tal-fluss kienet ta '1 mL/min b'gradjent modifikat ta' 25 min kif ġej: 0-5 min, 10-30 fil-mija B; 5-10 min, 30-40 fil-mija B; 10-20 min, 40-50 fil-mija B; 20-25 min, 50-10 fil-mija B; segwit minn 5 min ta' ekwilibrazzjoni. It-temperatura tal-kolonna kienet issettjata għal 30 ◦C. Il-wavelength ta 'skoperta kien 260 nm għall-aċidu ellagiku, aċidu galliku u aċidu ferulic u 360 nm għal myricetin, quercetin, u kaempferol fuq detector ta' firxa ta 'photodiode. L-eċitazzjoni u l-emissjoni għal catechin u epicatechin kienu 230 nm, 321 nm, rispettivament, bl-użu ta 'ditekter tal-fluworexxenza. Il-komposti tal-polifenoli ġew ikkwantifikati bl-użu ta 'kurvi standard ta' aċidu ellagiku, aċidu galliku, aċidu ferulic, myricetin, quercetin, kaempferol, catechin u epicatechin. Il-kurvi standard kollha kellhom 7 punti u R2> 0.99. 2.5. Disinn personalizzat għal netwerking newrali artifiċjali Erba’ varjabbli ta’ estrazzjoni indipendenti b’erba’ livelli: kontenut ta’ ilma (15–60 fil-mija), ħin ta’ ultrasonikazzjoni (5–35 min), proporzjon solidu għal solvent (1:5–1:20), u estrazzjoni temperatura (30-60 ◦C) (Tabella S1) ġew applikati biex jottimizzaw ir-rendiment ta 'estrazzjoni ta' aċidi fenoliċi, flavonols, u flavan-3-ols. B'differenza mid-disinji klassiċi bħad-disinn tal-wiċċ ta 'rispons, disinn ibbażat fuq ANN ma jeħtieġx ġirjiet ripetuti u jippreferi struttura ta' data differenti. Fl-istudju preċedenti tagħna [14], ANN kien metodu aktar affidabbli biex ibassar ir-rendiment tal-estrazzjoni minn RSM. Għalhekk, ANN intgħażlet f'dan l-istudju biex tbassar ir-rendiment ta 'l-estrazzjoni ta' aċidu ellagiku, catechin u epicatechin. Ġie ġġenerat disinn personalizzat b'40 ġirja (Tabella S2) fuq JMP Pro (Verżjoni 14.2, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) biex tipprovdi data speċifikament għall-immudellar ta 'tbassir ANN. Ir-randomizzazzjoni tal-40 ġirja ġiet applikata biex telimina kwalunkwe preġudizzju. L-ekwazzjoni ewlenija ta' ANN tidher kif ġej: il-= ∑jj=1 wh jpg flimkien ma' bhk, k=1toK (1) fejn h huwa n-numru ta' newroni fis-saff moħbi, j u k huma n-numru ta 'varjabbli ta' input u newroni moħbija, rispettivament, p hija l-varjabbli ta 'input, bh hija l-preġudizzju tas-saff moħbi, u wh huwa l-piż fis-saff moħbi. Ir-rendimenti ta 'estrazzjoni ta' aċidu ellagiku, catechin u epicatechin fir-rigward tal-erba 'varjabbli indipendenti ġew analizzati bl-użu ta' ANN billi tħarreġ id-dejta l-ewwel u mbagħad agħżel l-aħjar tip ta 'attivazzjoni u numru ta' newroni li jirriżulta f'twaħħil adegwat tad-dejta. Biex jiġi evalwat is-suċċess tal-mudelli tat-tbassir, ġew evalwati tliet valuri: R-square, l-għerq kwadru tal-iżball medju ta' tbassir kwadrat (RASE) (ekwazzjoni (2)), u l-iżball assolut medju (AAE). RASE huwa RASE=̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅̅ SSE/n √ (2) Fejn SSE tagħti donazzjoni għal kwadru u somma l-iżbalji tat-tbassir (differenzi bejn it-tweġibiet attwali u t-tweġibiet imbassra) u n għal numru ta’ osservazzjonijiet. R-kwadru qrib 1 b'RASE u AAE qrib iż-żero tfisser dħul ogħla tad-dejta fil-mudell. 2.6. Statistika Ir-rendimenti ta' estrazzjoni ta' aċidi fenoliċi, flavonols, u flavan-3-ols tqabblu ma' ANOVA one-way segwit mit-test t ta' Student f'p Inqas minn jew ugwali għal 0.05 bl-użu ta' JMP Pro (Verżjoni 14.2, SAS Institute Inc., Cary, NC, l-Istati Uniti). Kull nde u 75 fil-mija etanol tqabblu bl-użu tat-testijiet ta 'Dunnett f'p Inqas minn jew ugwali għal 0.05. L-analiżi tal-komponent tal-prinċipju (PCA) saret fuq JMP Pro (Verżjoni 14.2, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) għall-komposti fenoliċi estratti mill-ġilda u ż-żerriegħa tal-għeneb muscadine. 3. Riżultati u Diskussjoni 3.1. Polifenoli estratti minn NDES minn qlud ta 'l-għeneb muscadine Disa' NDES u 75 fil-mija etanol ġew utilizzati għall-estrazzjoni ta 'polifenoli mill-qoxra ta' l-għeneb muscadine. Tabella 2 turi r-rendiment ta 'estrazzjoni ta' aċidu ellagiku, aċidu galliku, aċidu ferulic, myricetin, quercetin, kaempferol, catechin, u epicatechin. L-aċidu ellaġiku kien l-aktar polifenol estratt abbundanti fil-ġilda ta 'l-għeneb, segwit minn aċidu galliku u aċidu feruliku, rispettivament. Din is-sejba kienet konsistenti ma 'studji preċedenti [17,18]. NDES #1, #8, #7, #3, #2 u #9 estratt ammonti ogħla b'mod sinifikanti ta 'aċidu ellagiku fil-ġilda ta' l-għeneb minn 75 fil-mija etanol. L-ogħla rendiment ta 'estrazzjoni ta' aċidu ellagiku nkiseb minn NDES #1 segwit minn NDES #8 f'22.1 ± 2.2 mg/g u 21.3 ± 2.5 mg/g, rispettivament (Tabella 2). Madankollu, ma kien hemm l-ebda differenza sinifikanti bejn NDES #1 u NDES #8 skont it-test t tal-Istudent. Interessanti, l-NDES #1 instab li kien l-inqas NDES effettiv biex jiġi estratt l-antoċjani minn

pomace tal-cranberry [14]. Dan issuġġerixxa li NDES #1 jista 'jiġbed b'mod selettiv l-aċidu ellagic jew ellagitannins mill-matriċi tal-ikel li fihom ukoll anthocyanids. Tali selettività tista' tiġi attribwita għal differenzi fl-interazzjonijiet molekulari bejn l-NDES u klassijiet fenoliċi speċifiċi. Figura S1 (pannell A) turi l-kromatogramma HPLC ta' aċidu galliku, aċidu ellagiku, u aċidu feruliku estratti mill-qoxra ta' l-għeneb permezz ta' NDES #1 u misjuba f'260 nm. L-etanol ta '75 fil-mija estratt 12.7 ± 1.2 mg ta' aċidu ellagiku għal kull gramma ta 'ġilda ta' l-għeneb. L-inqas rendiment ta 'estrazzjoni ta' aċidu ellagiku kien osservat f'NDES #4 f'7.44 ± 0.6 mg/g. Ir-rendiment ta 'estrazzjoni ta' aċidu galliku minn NDES #9, #8, #1, #4, #7, u #3 kienu komparabbli u ogħla b'mod sinifikanti minn 75 fil-mija etanol. L-ogħla ammont ta' aċidu galliku ġie estratt minn NDES #9 f'10.4 ± 0.5 mg/g, filwaqt li l-inqas ammont ta' 5.55 ± {{40}} .1 mg/g ġie estratt minn NDES #5. L-ogħla ammont ta' aċidu feruliku ġie estratt minn NDES #1 f'6.32 ± 0.7 mg/g u l-inqas ammont ġie estratt minn NDES #5 f'3.11 ± 0.{{5{{52 }}}} mg/g. Barra minn hekk, ma kien hemm l-ebda differenza sinifikanti bejn NDES #1 u l-75 fil-mija etanol fl-estrazzjoni tal-aċidu feruliku (Tabella 2). L-ogħla ammont ta' catechin u epicatechin ġew estratti minn NDES #3 f'0.61 ± 0.1 mg/g u 0.89 ± 0.1 mg/ g, rispettivament (Tabella 2). Sadanittant, NDES #3 u #6 estratt ammonti sinifikanti akbar ta ' epicatechin minn 75 fil-mija etanol. Figura S2 (pannell A) turi l-kromatogramma HPLC ta 'catechin u epicatechin estratti minn NDES #3 mill-qoxra ta' l-għeneb. Madankollu, catechin ma nstabitx fl-estratt ta 'l-etanol ta' 75 fil-mija. L-inqas ammonti ta' catechin (0.02 mg/g) u epicatechin ({{9{0}}.14 mg/g) ġew estratti minn NDES #2 u NDES # 5, rispettivament. Myricetin kien l-aktar flavonol abbundanti u kaempferol kien l-inqas. It-test ta 'Dunnett wera li NDEs u 75 fil-mija etanol kienu komparabbli fl-estrazzjoni ta' myricetin, quercetin, u kaempferol (Tabella 2). L-ogħla ammont ta 'myricetin ġie estratt minn NDES #1 (1.84 mg/g), segwit minn 75 fil-mija etanol (1.73 mg/g), u mbagħad NDES #8 (1.67 mg/g). L-ogħla ammont ta' quercetin ġie estratt b'75 fil-mija etanol (0.41 mg/g), NDES #1 (0.4{0 mg/g), u NDES #8 (0}.40 mg/g) {143}}.38 mg/g). B'kuntrast, l-inqas ammonti ta 'myricetin u quercetin ġew estratti minn NDES #5 f'0.87 mg/g u 0.27 mg/g, rispettivament. Din is-sejba tkompli tenfasizza kapaċità dgħajfa ġenerali ta 'NDES #5 biex estratti polifenoli mill-qoxra ta' l-għeneb. L-ogħla ammont ta' kaempferol ġie estratt b'75 fil-mija etanol (0.05 mg/g), u l-inqas ġie estratt minn NDES #5 u NDES#6 (0.03 mg/g). Figura S1 (pannell B) turi l-kromatogramma HPLC ta 'myricetin, quercetin, u kaempferol estratti mill-ġilda ta' l-għeneb minn NDES #1 misjuba f'360 nm. L-ogħla ammont ta' aċidi fenoliċi, flavonols, u flavan-3- ols kien 40.7 mg/g estratt b'NDES #1 segwit minn 39.8 mg/g estratt b'NDES #8, filwaqt li l-inqas somma kienet 18.4 mg/g estratt minn NDES #5 (Tabella 2). Il-pH ta 'NDES varja bejn 0.3 u 3.3 (Tabella 1). Il-korrelazzjoni Rsquared bejn il-pH tal-NDEs u l-aċidi fenoliċi, flavonols, u flavan-3-ols ġew elenkati fit-Tabella 2. In-nuqqas ta 'korrelazzjoni bejn il-pH u r-rendimenti tal-estrazzjoni issuġġerixxa li l-pH ma kellux impatt fuq l-effiċjenza tal-estrazzjoni. 3.2. Polifenoli estratti minn NDES miż-żerriegħa tal-għeneb muscadine Ir-rendimenti ġenerali tal-estrazzjoni ta' aċidi fenoliċi, flavonols, u flavan- 3-ols miż-żerriegħa tal-għeneb kienu notevolment aktar baxxi minn dawk mill-ġlud (Tabella 3). L-aktar polifenoli estratti abbundanti fiż-żrieragħ kienu catechin u epicatechin, filwaqt li kaempferol ma nstabx. Il-matriċi kumplessa taż-żerriegħa li fiha ż-żejt (13 fil-mija, w/w bażi niexfa) hija spjegazzjoni possibbli tal-estrazzjoni baxxa ta 'komposti fenoliċi miż-żerriegħa tal-għeneb [19]. L-ogħla ammont ta 'catechin ġie estratt minn NDES #3 f'2.77 mg/g (Tabella 3). Dan ir-rendiment kien ogħla b'mod sinifikanti mill-NDES l-oħra kollha u 75 fil-mija etanol. Figura S2 (pannell B) turi l-kromatogramma HPLC ta 'catechin u epicatechin estratti minn NDES #3 miż-żerriegħa tal-għeneb. L-inqas ammont ta 'catechin ġie estratt minn NDES #5 f'0.30 mg/g. L-NDES kollha iżda NDES #1, #2, u #9 estratt ammonti ogħla b'mod sinifikanti ta' epicatechin minn 75 fil-mija etanol (Tabella 3). L-ogħla konċentrazzjonijiet epicatechin ġew estratti minn NDES #4 (0.71 mg/g) u NDES #5 (0.68 mg/g), filwaqt li l-aktar baxxi ġew estratti minn 75 fil-mija etanol (0.11 mg/g). L-aċidu galliku kien l-aċidu fenoliku estratt l-aktar abbundanti fiż-żerriegħa tal-għeneb, segwit minn aċidu feruliku u aċidu ellagiku, rispettivament. L-ogħla ammont ta 'aċidu galliku ġie estratt minn NDES #4 f'0.45 mg/g, segwit minn NDES #9 u NDES #8. Dawn l-NDEs estratt ammonti ogħla b'mod sinifikanti ta 'aċidu galliku minn 75 fil-mija etanol. L-inqas ammont ta 'aċidu galliku (0.2 mg/g) ġie estratt minn NDES #3. L-ogħla estrazzjoni

rendiment ta 'aċidu ellagiku nkisbet minn NDES #9 (0.26 mg/g) segwit minn NDES #6 (0.17 mg/g), li kienu ogħla b'mod sinifikanti minn 75 fil-mija etanol. Bl-istess mod, NDEs #3 estratt l-inqas ammont ta' aċidu ellagiku bi 0.05 mg/g. Barra minn hekk, NDES #6, #7, u #3 estratt ammonti ogħla b'mod sinifikanti ta 'aċidu ferulic minn 75 fil-mija etanol. L-inqas rendiment ta' estrazzjoni ta' aċidu feruliku kien 0.5 mg/g minn NDES #5. Barra minn hekk, l-aċidu feruliku ma ġiex skopert fl-estratt NDES #9. Dan kien probabbli minħabba li s-solubilità tal-aċidu feruliku kienet aktar baxxa f'NDES #9 milli f'NDEs oħra. L-ogħla estratt ta 'myricetin inkiseb minn 75 fil-mija etanol u NDES #7 f'0.18 mg/g, li kienu ogħla mill-NDEs kollha. L-ogħla rendiment ta 'estrazzjoni ta' quercetin kien minn NDES #6 (0.14 mg/g) u NDES #3 (0.13 mg/g) u ż-żewġ NDES kienu aħjar minn 75 fil-mija etanol. Bl-istess mod, il-pH ta' NDES ma influwenzax ir-rendiment ta' estrazzjoni kif indikat mill-korrelazzjoni baxxa (R-squared) bejn il-pH ta' NDEs u rendimenti ta' aċidi fenoliċi, flavonols, u flavan-3-ols elenkati fit-Tabella 3. 3.3 . Twettqet analiżi tal-komponenti prinċipali (PCA) biex tassoċja r-rendiment tal-estrazzjoni ta 'diversi komposti fenoliċi fil-ġilda tal-għeneb u ż-żerriegħa ma' NDEs u 75 fil-mija etanol (Fig. 1). Il-PCA twettqet fuq matriċi ta 'korrelazzjoni biex tiskopri selettività possibbli ta' xi NDEs lejn l-estrazzjoni ta 'komposti jew gruppi fenoliċi speċifiċi. Madwar 85 fil-mija tal-varjanza tad-dejta tal-ġilda ġiet spjegata mill-komponenti prinċipali 1 u 2. Il-plot tat-tagħbija (Fig. 1B) turi korrelazzjoni għolja bejn aċidi fenoliċi (aċidu ellagiku, aċidu galliku, aċidu feruliku) u flavonoli (myricetin, quercetin, u kaempferol). Biex jiġu estratti dawn il-gruppi, l-aħjar solventi huma NDES #1, #8, #7, u 75 fil-mija etanol kif muri fil-plott tal-punteġġ (Fig. 1A). Sadanittant, catechin u epicatechin dehru segregati mill-bqija tal-gruppi fenoliċi. Kif muri fil-Fig. 1A, NDES #3 kien selettiv biex jiġi estratt catechin u epicatechin mill-qxur tal-għeneb. Din kienet osservazzjoni interessanti minħabba li NDES#3 kien fost l-inqas NDES effettivi biex jiġu estratti proanthocyanidins, li huma oligomeri u polimeri ta 'catechin u epicatechin [14]. Dan issuġġerixxa li NDES #3 jista 'jkun selettiv għal proanthocyanidins ta' daqsijiet molekulari iżgħar. Ir-raggruppament ta 'komposti fenoliċi fuq il-plott tat-tagħbija tal-ġilda (Fig. 1B) kien differenti miż-żerriegħa (Fig. 1D) irrispettivament mir-rendiment baxx ta' dawn il-komposti fiż-żerriegħa tal-għeneb. L-ewwel u t-tieni komponenti prinċipali spjegaw madwar 73 fil-mija tal-varjanza tad-dejta taż-żerriegħa. Quercetin, myricetin, u ferulic acid ġew estratti b'mod aktar effiċjenti minn NDES #6, #7, u 75 fil-mija etanol, kif muri fil-plott tal-punteġġ (Fig. 1C). L-aċidu ellaġiku u l-aċidu galliku ġew estratti b'mod aktar effettiv minn NDES #9. Għal darb'oħra, il-katechina ġiet estratta bl-ogħla effiċjenza minn NDES #3 li kienet simili għal dik osservata bil-qxur tal-għeneb. Epicatechin ġie estratt b'effiċjenza ogħla minn NDES #5, #4, u NDES #8.

3.4. L-ottimizzazzjoni tal-estrazzjoni tal-aċidi fenoliċi u l-flavonoli mill-ġlud tal-għeneb muscadine u l-immudellar tal-previżjoni tal-ANN Klorur tal-kolin: aċidu levuliniku: ethylene glycol 1:1:2 (NDES #1) wera l-ogħla rendiment tal-estrazzjoni għall-aċidu ellagiku, u għalhekk intgħażlet għal aktar ottimizzazzjoni u tbassir. Impatti ta 'erba' fatturi, inkluż kontenut ta 'ilma, ħin ta' ultrasonikazzjoni, proporzjon solidu għal solvent, u temperatura ta 'estrazzjoni ġew ivvalutati għall-estrazzjoni ta' aċidi fenoliċi u flavonols. Barra minn hekk, erba' livelli għal kull fattur ta' estrazzjoni ġew applikati f'total ta' 40 ġirjiet randomised. Ir-rendiment sperimentali ta 'estrazzjoni ta' aċidu ellagiku, aċidu galliku, aċidu feruliku, myricetin u quercetin, flimkien mas-somma ta 'dawn il-ħamsa, huma murija fit-Tabella 4. B'mod ġenerali, il-firxa tad-differenza tar-rendiment tal-estrazzjoni bejn l-aktar baxx u l-ogħla kienet relattivament kbira għall-aċidi fenoliċi. Pereżempju, l-inqas rendiment għall-aċidu ellaġiku kien 9.03 mg/g (run #17) u l-ogħla kien 25.3 mg/g (run #15), li rriżulta f'differenza ta' 16.2 mg/g (ġirja #17). Barra minn hekk, l-inqas somma ta' produzzjoni kienet 20.7 mg/g, u l-ogħla kienet 71.5 mg/g. Dan juri l-impatti sinifikanti tal-livelli differenti ta' kull fattur ta' estrazzjoni fuq ir-rendiment tal-estrazzjoni. Run #15 estratt l-ogħla ammont ta 'aċidu ellagiku. Il-kundizzjoni ta' estrazzjoni tal-ġirja #15 kienet ta' 45 mL /10{{130}} kontenut ta' ilma, 25 min ta' ultrasonikazzjoni, proporzjon solidu għal solvent ta' 1:10 (g: mL) , u temperatura ta 'estrazzjoni ta' 60 ◦C. Figura S3 turi l-kromatogramma HPLC ta 'aċidi fenoliċi ottimizzati estratti mill-ġilda ta' l-għeneb permezz ta 'NDES #1 (run#15 fit-Tabella 4). L-ogħla aċidu galliku (18.7 mg/g) inkiseb bl-użu tal-kundizzjonijiet tal-estrazzjoni fil-ġirja #24 u l-inqas kien 6.63 mg/g bl-użu tal-ġirja #40. Għall-aċidu feruliku, il-ġirja #22 estratt l-ogħla ammont b'19.2 mg/g, filwaqt li ma nstab l-ebda aċidu feruliku fil-ġirjiet #14, #17, #29, u #34. Run #22 ġiet estratta b'kontenut ta 'ilma ta' 60 mL / 100 mL, 5 min ta 'ultrasonikazzjoni, 1:5 għal proporzjon solidu għal solvent, u temperatura ta' estrazzjoni ta '60 ◦C. Run #2 estratt l-ogħla myricetin (10.1 mg/g) u quercetin (1.87 mg/g). Il-kundizzjonijiet ta 'estrazzjoni ta' run #2 kienu 60 mL / 100 mL kontenut ta 'ilma, 35 min ta' ultrasonikazzjoni, 1:20 għal proporzjon solidu għal solvent, u temperatura ta 'estrazzjoni ta' 60 ◦C. L-inqas rendiment ċert tiegħi (3.79 mg/g) ġie estratt permezz ta 'run#40. Il-plots tal-kontorn fil-Fig. 2 juru l-effett tal-parametri tal-estrazzjoni (X1, X2, X3, u X4) fuq ir-rendiment previst tal-aċidu ellagiku estratt minn NDES #1 mill-qoxra tal-għeneb. Ir-rendimenti mbassra tal-aċidu ellagiku fit-Tabella 4 ġew utilizzati biex jinbnew dawn il-plots tal-għadd. Kull panel juri l-impatt ta '2 parametri ta' estrazzjoni. Il-linji tal-kontorn huma ttikkettjati bir-rendiment ta 'aċidu ellagiku (mg/g). L-aħjar kontenut ta 'ilma previst kien ta' madwar 35-45 mL/100 mL NDES, kif muri fil-Fig. 2B u 2C. Ħin itwal ta 'ultrasonikazzjoni żied ir-rendiment ta' aċidu ellagiku (Fig. 2D u 2E), li jindika rwol kritiku ta 'sonication fl-estrazzjoni NDES. Matul l-estrazzjoni, it-taħlit ta 'ġlud jew żerriegħa ta' l-għeneb ma 'NDES introduċa partiċelli u gass, li żiedu siti ta' cavitation akustiċi għall-ultrasounds biex jiġġeneraw bosta bżieżaq żgħar fl-NDES. L-imploding ta 'dawn il-bżieżaq wassal għal temperatura estrema, differenzjali ta' pressjoni, forza ta 'shear għolja, makro-turbulenzi, u mikro-taħlit, li effettivament aġitat NDES biex jaċċellera t-tixrid u t-trasferiment tal-massa. Meta l-bżieżaq tal-cavitation imploded fuq il-wiċċ taż-żerriegħa tal-għeneb jew il-partiċelli tal-ġilda, il-mikro-ġettijiet u l-ħabtiet bejn il-partiċelli li jirriżultaw wasslu għal tqaxxir tal-wiċċ, erożjoni, tqassim tal-partiċelli, sonoporazzjoni u tfixkil taċ-ċelluli [20]. Dawn l-effetti mekkaniċi kollha ta 'cavitation indotta mill-ultrasound intensifikaw il-penetrazzjoni ta' NDEs għall-intern taċ-ċellula sabiex il-fenoli interċellulari mill-matriċi tal-ikel ġew trasferiti f'solventi. L-aħjar proporzjon solidu-solvent kien 1:10, kif indikat minn Fig. 2B, 2D, u 2F. Fl-aħħar nett, temperaturi ogħla ta 'estrazzjoni sa 60 ◦C jidhru li għandhom effett pożittiv fuq l-estrazzjoni ta' l-aċidu ellagiku kif muri fil-Fig. 2C, 2E, u 2F. Dan jissuġġerixxi relazzjoni diretta bejn it-temperatura tal-estrazzjoni u r-rendiment tal-aċidu ellagiku estratt mill-qoxra tal-għeneb. Ir-rendimenti ta 'estrazzjoni ta' aċidu ellagiku (Tabella 4) ġew analizzati għall-immudellar ta 'tbassir bl-użu ta' netwerking newrali artifiċjali. Id-dejta sperimentali nqasmet b'mod każwali f'sett ta 'taħriġ u sett ta' validazzjoni. Ir-raġuni biex jiġi inkluż sett ta' validazzjoni mis-softwer statistiku hija li jrażżan it-twaħħil żejjed. Biex tbassar ir-rendiment ta 'aċidu ellagiku (Y), ġew evalwati l-istess erba' fatturi ta 'estrazzjoni indipendenti (X1, X2, X3, u X4), 1-2 saffi moħbija b'numru differenti ta' newroni, u tliet funzjonijiet ta 'attivazzjoni. Il-funzjonijiet ta 'attivazzjoni applikati kienu tanġent iperboliku, lineari u gaussian. Sussegwentement, is-settijiet tad-dejta ġew imħarrġa sakemm intlaħaq valur għoli ta 'R-squared kemm għat-taħriġ kif ukoll għall-validazzjoni. Id-dejta tat-tbassir u mudell ġew iġġenerati. L-aħjar struttura ANN intgħażlet billi ġew analizzati l-erba 'inputs (X1, X2, X3, u X4) b'saff wieħed moħbi bl-użu tal-funzjoni Gaussian b'għaxar newroni (Figura S5). L-R-squared ta 'settijiet ta' taħriġ u validazzjoni kienu 0.99, filwaqt li r-RASE u AAE tal-mudell kienu 0.062 u 0.044, rispettivament. L-R-squared tal-validazzjoni ANN ta 'aċidu ellagiku f'dan l-istudju (0.99) kien ogħla mill-validazzjoni ANN ta' procyanidins (0.95) u anthocyanins (0.91) fi studju preċedenti [14]. Madankollu, din iż-żieda fl-R2 tista 'tiġi attribwita għall-adattament tal-mudell iġġenerat aħjar tad-dejta f'dan l-istudju, li jista' jkun dovut għall-iżbalji sperimentali iżgħar. Il-mudelli ta' tbassir ANN għall-estrazzjoni ta' aċidu ellagiku bl-użu ta' NDES #1 intwerew bħala ekwazzjoni 3-13:

Cistanche għat-titjib tal-immunità

Konklużjoni

Is-sejbiet attwali ppreżentaw aktar evidenza dwar l-effettività tal-kapaċitajiet tal-NDES biex jiġu estratti polifenoli minn prodotti sekondarji tal-industrija tal-ikel. Ir-riżultati appoġġaw l-ipoteżi ta 'estrazzjoni superjuri assistita bl-ultrasound ta' NDES aktar minn 75 fil-mija etanol. NDES estratt b'mod effettiv tliet aċidi fenoliċi, żewġ flavonols, u tliet flavan-3-ols mill-qxur u ż-żerriegħa tal-għeneb. NDES #1 kien l-aktar NDES effettiv biex jiġi estratt l-aċidu ellagiku, filwaqt li NDES #3 kien partikolarment selettiv lejn l-estrazzjoni tal-catechin u l-epicatechina. Żvantaġġ notevoli ta 'NDES huwa l-viskożità għolja tagħhom, li tippreżenta sfidi waqt l-immaniġġjar u l-irkupru. Fl-istudju preżenti, in-netwerking newrali artifiċjali, irrispettivament mil-limitazzjonijiet tar-riżultat tiegħu, wera approċċ prattiku għall-immudellar ta 'tbassir. L-NDEs huma mezzi robusti biex jirkupraw il-fitokimiċi mis-sistemi tal-ikel. Xi NDEs jippreżentaw ukoll solvent inqas tossiku biex jistudjaw dawn il-fitokimiċi fiċ-ċelloli ħajjin [21,22]. Fl-aħħar, solventi ewtektiċi fil-fond naturali huma medja ta 'estrazzjoni alternattiva effettiva għal solventi organiċi.

Referenzi

[1] W. Bi, M. Tian, ​​KH Row, Evalwazzjoni ta’ solvent ewtektiku fond ibbażat fuq l-alkoħol fl-estrazzjoni u d-determinazzjoni ta’flavonojdibl-ottimizzazzjoni tal-metodoloġija tal-wiċċ tar-rispons, J. Chromatogr. A 1285 (2013) 22–30, https://doi.org/10.1016/j. chroma.2013.02.041.
[2] M. Cvjetko Bubalo, N. ´ Curko, M. Tomaˇsevi´c, K. Kovaˇcevi´c Ghani's, I. Radojˇci´c Redovnikovi´c, Estrazzjoni ħadra ta' fenoliċi tal-qoxra tal-għeneb bl-użu ta' solventi ewtektiċi fil-fond, 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, Teknoloġiji abilitanti għall-estrazzjoni ta' anthocyanins tal-fdal tal-għeneb bl-użu ta' solventi ewtektiċi fil-fond naturali f'lottijiet ta' sa nofs litru. estrazzjoni ta 'anthocyanins tal-pomace tal-għeneb bl-użu ta' 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, Pubblikazzjonijiet ta’ Estensjoni tal-Istat ta’ NC, 2020 https://content. ces.ncsu.edu/muscadine-grape-production-guide (aċċessat fit-18 ta' Jannar 2021). [5] Cline, B. u C. Fisk, Ħarsa ġenerali tal-qisien tal-għeneb muscadine, kultivari u żoni ta 'produzzjoni fix-Xlokk tal-Istati Uniti. Workshop tal-Għeneb Muscadine għal Aġenti Koperattivi ta' Estensjoni, fir-Reġjun tan-Nofsinhar Konsorzju tal-Frott Żgħir. 2006: Konsorzju tal-Frott Żgħir tar-Reġjun tan-Nofsinhar.
[6] PC Andersen A. Sarkhosh D. Huff J. Breman 2020 6 10.32473/edis-hs100-2020.
[7] P. Greenspan, et al., Proprjetajiet antiinfjammatorji tal-għeneb muscadine (Vitis rotundifolia), J. Agric. Ikel. Chem. 53 (22) (2005) 8481–8484, https://doi.org/ 10.1021/jf058015.
[8] DN Ignacio, KD Mason, EC Hackett-Morton, C. Albanese, L. Ringer, WD Wagner, PC Wang, MA Carducci, SK Kachhap, CJ Paller, J. Mendonca, L. Li Ying Chan, Bo Lin, DK Hartle, JE Green, CA Brown, TS Hudson, l-estratt tal-ġilda tal-għeneb Muscadine jinibixxi ċ-ċelloli tal-kanċer tal-prostata billi jinduċi l-arrest taċ-ċiklu taċ-ċelluli u jnaqqas il-migrazzjoni permezz tal-proteina tax-xokk tas-sħana 40, Heliyon 5 (1) (2019) e01128, https://doi .org/10.1016/j.heliyon.2019.e01128.