Box Benhnken responsoverflademetode baseret på fingeraftryksspektrum kombineret med BP neuralt netværk til multiindeksoptimering af sort peber-ekstraktionsprocessen
Peber er den tørrede, næsten modne eller modne frugt af Piper nigrum L., en plante i Piperaceae-familien. Den høstes fra det sene efterår til næste forår, når frugten bliver mørkegrøn, og tørres i solen for at producere sort peber. Den har en opvarmende og kuldespredende virkning, sænker qi og fjerner slim og bruges mod maveforkølelse, opkast, mavesmerter og diarré. Peber bruges i kombination med andre lægemidler i en række traditionelle kinesiske patentlægemidler og enkle præparater, såsom Qingyu Piwen Pill, Qiya Tiantengzi Pill, Pazhu Pill, Compound Geqing Tablet, Huoxue Zhitong Cream osv. og bruges også som et separat lægemiddel, såsom Xiaoer Fuxin Zhixie Powder. Sort peber indeholder adskillige alkaloider med forskellige farmakologiske aktiviteter som smertelindring, antiinflammatoriske og antioxidante egenskaber. Piperin er en repræsentativ komponent og en kvalitetsindikator for peber. I 2020-udgaven af den kinesiske farmakopé bruges indholdet af piperin ofte som en kvalitetsvurderingsindikator for medicinske urter eller præparater som peber og sort peber eller for recepter lavet med peber. Den eksisterende litteratur om ekstraktionsmetoder for peber bruger for det meste piperin som en enkelt evalueringsindikator uden at overveje ekstraktionsprocessernes indvirkning på indholdet af andre alkaloider i peber. Fingeraftryk for kinesisk medicin er en omfattende og kvantificerbar kvalitetsevalueringsmetode til at identificere de iboende egenskaber ved traditionel kinesisk medicin. Det er blevet anvendt til kvalitetskontrol af traditionel kinesisk medicin siden 2010-udgaven af den kinesiske farmakopé, hovedsageligt gennem HPLC kemisk fingeraftryk, som effektivt kan overvinde begrænsningerne ved et enkelt evalueringsindeks. Optimeringen af eksisterende ekstraktionsprocesser bruger hovedsageligt responsoverfladeoptimering og ortogonale eksperimenter, men responsoverfladeoptimeringseksperimenter har ofte begrænsninger, og den valgte løsning er ikke nødvendigvis den bedste løsning. BP-neurale netværk simulerer funktionen og tænkemåden i den menneskelige hjernes neurale netværk og bruger backpropagation til at justere netværkets vægte og tærskler til at håndtere komplekse ikke-lineære problemer for at opnå ideelle resultater. Til dette formål har denne undersøgelse til hensigt at bruge BP neuralt netværk kombineret med traditionel kinesisk medicin fingeraftryk og optimere virkningerne af faktorer som ethanolkoncentration, fast-væske-forhold og ultralydstid på sort peberudvindingsproces gennem Box Benhnken responsoverflademetodologi. Procesparametrene for ekstraktion af sort peber vil blive afklaret for at give reference til efterfølgende produktion af relaterede formuleringer.

 

 

Traditionel kinesisk medicin udøver farmakologiske virkninger gennem koordinering af flere komponenter, men den eksisterende litteratur om udvindingsprocessen af piperin fra peber evaluerer den for det meste baseret på en enkelt indikator, nemlig piperin, og resultaterne af udvindingsprocessen er vanskelige at afspejle den iboende karakter af den traditionelle kinesiske medicins komplekse multikomponentkarakter. Denne undersøgelse brugte flere indikatorer (indholdet af piperin, dvs. forholdet mellem piperintopområdet og det samlede topområde, indholdet af fælles komponenter i sort peber, dvs. forholdet mellem det fælles topområde i sort peber-ekstrakt og det samlede topområde, og ligheden mellem fingeraftryksspektre) til at evaluere udvindingsprocessen af piperin i sort peber, hvilket bedre afspejler den iboende karakter af den synergistiske effekt af flere komponenter i traditionel kinesisk medicin. Den tager ikke kun hensyn til den vigtigste kvalitetsmarkør for sort peber, piperin, men også andre ukendte komponenter, fokuserer på individuelle og overordnede overvejelser, er mere videnskabelig og pålidelig og kan give mere videnskabelig teoretisk og teknisk støtte til udvinding af piperin i peber.
2020-udgaven af den kinesiske farmakopé og relateret litteratur anvendte HPLC-metode til kvantitativ analyse af piperin med methanolvand som den mobile fase, UV-detektor som detektor og detektionsbølgelængde på 343 nm. Efter scanning af hele bølgelængden af piperin blev det konstateret, at der også er en absorptionstop ved 240 nm bølgelængde, og absorbansværdien kan opfylde analysekravene. Samtidig kan kravene til bestemmelse af andre alkaloider også opfyldes ved 240 nm bølgelængde. Derfor blev bestemmelsesbølgelængden for fingeraftryksspektret i denne undersøgelse valgt som 240 nm. Efter ændring af den mobile fase fra methanolvand til acetonitril 0,1% vandig myresyreopløsning blev separationseffektiviteten mellem komponenterne væsentligt forbedret.
Der er litteraturrapporter. Blandt dem brugte Wang et al. ortogonalt eksperimentelt design til at opnå den optimale ekstraktionsproces af piperin fra sort peber ved hjælp af ultralydsekstraktionsmetode, som var ethanolkoncentration på 80%, fast-væskeforhold på 1:20, ultralydseffekt på 700W og ultralydstid på 80min. Wang et al. designet ved hjælp af responsoverflademetodologi og opnåede de optimale ekstraktionsprocesparametre for piperin i hvid peber ved hjælp af refluksekstraktionsmetode, som var et materiale til væskeforhold på 1:12, 3 ekstraktioner og 2,0 timer hver gang. Derudover kan udvinding af piperin fra peber også opnås ved hjælp af metoder som superkritisk CO2-ekstraktion, enzymassisteret superkritisk CO2-ekstraktion og enzymatisk ekstraktion. Denne undersøgelse overvejede brugen af vandfri ethanol som ekstraktionsopløsningsmiddel og ultralydsekstraktion som ekstraktionsmetode til yderligere forskning. Selvom responsoverflademetodik og ortogonalt eksperimentelt design ofte bruges til at optimere ekstraktionsprocesser, har de ofte begrænsninger i optimering af eksperimenter, og den valgte løsning er ikke nødvendigvis den bedste løsning. BP-neurale netværk kan udnytte neurale netværks selvlæringsevne til at kompensere for manglerne i tidligere optimeringseksperimenter og give nye løsninger til optimering af udvindingsmetoder. Denne undersøgelse er baseret på fingeraftryksteknologi fra traditionel kinesisk medicin og bruger Box Benhnken response surface methodology kombineret med BP neural network til at optimere udvindingsprocessen for sort peber. Resultaterne viser, at den ekstraktionsproces, der opnås med BP-neuralt netværk, er bedre og mere stabil end den, der opnås med responsoverfladeoptimering.