Optimering af ekstraktionsprocesmodellen for æterisk olie fra Changshan Pomelo Peel, undersøgelse af kemisk sammensætning og antioxidantaktivitet

Changshan huyou (Citrus aurantium Changshan huyou) er en citrusplante i Rutaceae-familien, som hovedsageligt produceres i Changshan County i Zhejiang-provinsen. Den vokser i områder med rød jord, der er tolerante over for goldhed, kulde, lave bakker og bløde skråninger. Dens dyrknings- og avlshistorie har været over hundrede år. Som medicinsk og spiselig plante kan skrællen og frugten af Changshan Hu-pomelo bruges som medicinske dele. Ifølge Compendium of Materia Medica har pomelo en sur og kold lugt, er ugiftig og har funktionerne fordøjelse, frisk alkoholtoksicitet, behandling af dårlig ånde efter at have drukket alkohol, fjernelse af gastrointestinal ond qi, behandling af graviditetsfremkaldt kvalme og opkastning og reduktion af oral svaghed. Som det vigtigste produktionsområde for Changshan-pomelo i Kina producerer Changshan County i Zhejiang-provinsen den bedste kvalitet og gode effekt af Changshan-pomelo. Changshan-pomelo er også populær i drikkevare- og fødevareindustrien på grund af dens rige ernæringskomponenter som aminosyrer, sukker og vitaminer, ud over at den er en frugt. Det vigtigste biprodukt fra produktionen og forarbejdningen af Changshan Huyou pomelo er Changshan Huyou peridap (Citrus × aurantium Changshan huyou peridap, CP), som udgør ca. 50% af den samlede vægt af Changshan Huyou pomelo. Det meste af det bliver behandlet som affald og er ikke blevet udnyttet fuldt ud. Undersøgelser har vist, at skallen på Changshan Huyou-pomelo indeholder masser af flygtige oliekomponenter, der udgør ca. 0,5% til 2,0% af skallens friske vægt. Disse flygtige komponenter har betydelige antiinflammatoriske, antibakterielle og antioxidante virkninger og kan bruges som kilder til fødevaretilsætningsstoffer, krydderier, essenser og naturlige konserveringsmidler. Derfor er dybdegående forskning og udvikling af CP af stor betydning.
Ekstraktionsmetoden for traditionel kinesisk medicin er drivkraften bag udviklingen af den kinesiske medicinindustri. De traditionelle udvindingsmetoder for flygtige planteolier omfatter dampdestillation, mikrobølgeekstraktion, organisk opløsningsmiddelekstraktion, presning, superkritisk CO2-ekstraktion, subkritisk væskeekstraktion, enzymatisk hydrolyse osv. På nuværende tidspunkt bruges dampdestillation ofte til at udvinde æteriske olier fra CP, hvilket er billigt, nemt at betjene og forureningsfrit. Det er den mest anvendte udvindingsmetode til æteriske olier fra CP. Ifølge eksisterende forskningsresultater har det vist sig, at ekstraktionshastigheden for æterisk olie fra CP ved dampdestillation er ca. 0,4% til 1,28%, hvilket er relateret til Changshan Huyous sort, oprindelse og ekstraktionsbetingelser. Dampdestillationsmetoden er blevet brugt i vid udstrækning til udvinding af æteriske planteolier og er den foretrukne metode til udvinding af flygtige olier fra medicinske og spiselige planter. Derudover har et lille antal undersøgelser brugt metoder som presning, organisk opløsningsmiddelekstraktion og superkritisk CO2-ekstraktion til at udvinde CP-æterisk olie, hvoraf presning har en lang driftscyklus og lavt olieudbytte; Selvom den organiske opløsningsmiddelekstraktionsmetode har en høj ekstraktionshastighed, er det vanskeligt at adskille organiske opløsningsmidler fra æteriske olier, hvilket resulterer i lav renhed af æteriske olier. Derudover har organiske opløsningsmidler generelt lave kogepunkter og ekstremt høje risikofaktorer; Superkritisk CO2-ekstraktionsmetode er dyr.
I denne undersøgelse blev CP brugt som råmateriale, og den æteriske CP-olie blev udvundet ved dampdestillation. Gennem enkeltfaktoreksperimenter blev responsoverflademetodologi (RSM) og kunstigt neuralt netværk (ANN) anvendt til at optimere udvindingsprocessen for æterisk olie, og gaskromatografi-massespektrometri (GC-MS) blev brugt til at analysere dens kemiske sammensætning. Formålet er at skabe et teoretisk grundlag for udvinding og anvendelse af æterisk CP-olie og at skabe et teknisk og teoretisk grundlag for undersøgelse af dens fysisk-kemiske egenskaber og omfattende udvikling og ressourceudnyttelse.

Denne artikel udvinder systematisk æteriske oliekomponenter fra CP ved hjælp af dampdestillation og optimerer udvindingsprocessen. For det første blev den optimale pulverpartikelstørrelse og forbehandlingsbetingelserne for udvinding af æterisk olie screenet, og der blev udført enkeltfaktor-screeningseksperimenter på tre faktorer, der har en betydelig indvirkning på udvindingshastigheden af CP-æterisk olie: ekstraktionstid, ekstraktionstemperatur og væske-faststof-forhold. Baseret på resultaterne af enkeltfaktorscreeningen blev to forskellige metoder, RSM og ANN, brugt til yderligere at optimere udvindingsbetingelserne. RSM-analysen viste, at væske-faststof-forholdet har en betydelig indvirkning på ekstraktionshastigheden af æterisk CP-olie. Et for lille væske-faststof-forhold er ikke befordrende for tilstrækkelig kontakt mellem materialet og opløsningsmidlet, hvilket resulterer i et fald i ekstraktionshastigheden; Overdreven væske-faststof-forhold kan let føre til ressourcespild, som ikke kan nå målet om lavenergi og højeffektiv ekstraktion og ikke er egnet til praktiske anvendelser. Tilpasningsgraden af forskellige data i ANN-modellen har nået et højt niveau, og der er en god sammenhæng mellem de eksperimentelle værdier og de forudsagte værdier i modellen. De forudsagte resultater er rimelige og pålidelige. Ved at sammenligne de forudsagte værdier for de to metoder med de eksperimentelle værdier blev det konstateret, at forskellen mellem de forudsagte værdier for ANN og de eksperimentelle værdier var mindre og mere overlegen. Baseret på dette blev de optimale ekstraktionsbetingelser for ANN-modellen bestemt som følger: partikelstørrelse på 24 mesh, iblødsætning i destilleret vand i 1 time, væske-faststof-forhold på 34,86 mL/g, ekstraktionstemperatur på 300,00 ° C, ekstraktionstid på 166,21 minutter og CP-ekstraktionshastighed for æterisk olie på 0,82%. GC-MS-analyseresultaterne af CP's æteriske olie viste, at den indeholder rigelige terpenoider, hovedsageligt sammensat af D-limonen med et relativt indhold på 47,56%, efterfulgt af β-kuban og γ-terpinen. Desuden viser analysen af fysisk-kemiske egenskaber og antioxidantaktivitet, at den essentielle CP-olie, der er udvundet ved dampdestillation, har god stabilitet og antioxidantaktivitet og kan bruges som en naturlig kilde til antioxidanter og konserveringsmidler.
På baggrund af landets kraftige udvikling af traditionel kinesisk medicin er den unikke variant af Changshan Huyou endnu ikke blevet fuldt udforsket og udviklet. CP, som er det vigtigste biprodukt fra forarbejdningen og produktionen af Changshan Huyou, indeholder masser af æteriske oliekomponenter og har en vigtig udviklings- og brugsværdi. Denne undersøgelse har til formål at optimere udvindingsprocessen af æterisk CP-olie og undersøge dens kemiske sammensætning og fysisk-kemiske egenskaber. Det kan give en ny tilgang til rationel udnyttelse af affaldsressourcer fra Changshan-pomelo og er af stor betydning for at fremme den dybtgående udvikling af naturlige aktive ingredienser i skrællen fra Changshan-pomelo. Forskningsresultaterne blev offentliggjort i det 7. nummer af Natural Product Research and Development i 2024.