Optimierung des Extraktionsverfahrens für ätherisches Öl aus der Schale der Changshan-Pomelo, Untersuchung der chemischen Zusammensetzung und der antioxidativen Aktivität
Changshan huyou (Citrus aurantium Changshan huyou) ist eine Zitruspflanze aus der Familie der Rutaceae, die hauptsächlich im Kreis Changshan in der Provinz Zhejiang angebaut wird. Sie wächst in Gebieten mit roten Böden, die tolerant gegenüber Unfruchtbarkeit, Kälte, niedrigen Hügeln und sanften Hängen sind. Ihr Anbau und ihre Zucht haben eine über hundertjährige Geschichte. Die Schale und die Früchte der Changshan-Hu-Pomelo sind sowohl als Heil- als auch als Nahrungspflanze verwendbar. Nach dem Compendium of Materia Medica hat die Pomelo einen säuerlichen und kalten Geruch, ist ungiftig und hat die Funktionen der Verdauung, der frischen Alkoholtoxizität, der Behandlung von schlechtem Atem nach Alkoholkonsum, der Beseitigung des bösen Qi des Magen-Darm-Trakts, der Behandlung von schwangerschaftsbedingter Übelkeit und Erbrechen und der Verringerung der Mundschwäche. Das Hauptanbaugebiet der Changshan-Pomelo in China ist der Kreis Changshan in der Provinz Zhejiang, der die beste Qualität und die beste Wirksamkeit der Changshan-Pomelo produziert. Die Changshan-Pomelo ist auch in der Getränke- und Lebensmittelindustrie beliebt, da sie nicht nur eine Frucht ist, sondern auch reich an Nährstoffen wie Aminosäuren, Zucker und Vitaminen. Das wichtigste Nebenprodukt der Produktion und Verarbeitung der Changshan-Huyou-Pomelo ist die Changshan-Huyou-Peridap (Citrus × aurantium Changshan huyou peridap, CP), die etwa 50% des Gesamtgewichts der Changshan-Huyou-Pomelo ausmacht. Der größte Teil davon wird als Abfall behandelt und nicht vollständig verwertet. Studien haben gezeigt, dass die Schale der Changshan-Huyou-Pomelo reichlich flüchtige Ölkomponenten enthält, die etwa 0,5% bis 2,0% des Frischgewichts der Schale ausmachen. Diese flüchtigen Bestandteile haben eine bedeutende entzündungshemmende, antibakterielle und antioxidative Wirkung und können als Lebensmittelzusatzstoffe, Gewürze, Essenzen und natürliche Konservierungsmittel verwendet werden. Daher ist eine eingehende Erforschung und Entwicklung von CP von großer Bedeutung.
Die Extraktionsmethode der traditionellen chinesischen Medizin ist die treibende Kraft für die Entwicklung der chinesischen Medizinindustrie. Zu den traditionellen Extraktionsmethoden für pflanzliche ätherische Öle gehören die Wasserdampfdestillation, die Mikrowellenextraktion, die Extraktion mit organischen Lösungsmitteln, das Pressen, die überkritische CO2-Extraktion, die unterkritische Flüssigkeitsextraktion, die enzymatische Hydrolyse usw. Gegenwärtig wird die Wasserdampfdestillation häufig zur Extraktion ätherischer Öle aus CP verwendet, da sie kostengünstig, einfach zu handhaben und umweltfreundlich ist. Es ist die am häufigsten verwendete Extraktionsmethode für ätherische Öle aus CP. Nach den bisherigen Forschungsergebnissen liegt die Extraktionsrate von ätherischem CP-Öl durch Wasserdampfdestillation zwischen 0,4% und 1,28%, was mit der Sorte, dem Ursprung und den Extraktionsbedingungen von Changshan Huyou zusammenhängt. Die Wasserdampfdestillation ist eine weit verbreitete Methode zur Gewinnung ätherischer Öle aus Pflanzen und die bevorzugte Methode zur Gewinnung ätherischer Öle aus Heil- und Nahrungspflanzen. Darüber hinaus wurden in einigen wenigen Studien Methoden wie das Pressen, die Extraktion mit organischen Lösungsmitteln und die überkritische CO2-Extraktion zur Gewinnung von ätherischem CP-Öl angewandt, wobei das Pressen einen langen Arbeitszyklus und eine geringe Ölausbeute mit sich bringt; die Extraktionsmethode mit organischen Lösungsmitteln hat zwar eine hohe Extraktionsrate, aber es ist schwierig, die organischen Lösungsmittel von den ätherischen Ölen zu trennen, was zu einer geringen Reinheit der ätherischen Öle führt. Darüber hinaus haben organische Lösungsmittel im Allgemeinen niedrige Siedepunkte und extrem hohe Risikofaktoren; die überkritische CO2-Extraktionsmethode ist kostspielig.
In dieser Studie wurde CP als Rohstoff verwendet und das ätherische CP-Öl durch Wasserdampfdestillation gewonnen. Zur Optimierung des Extraktionsprozesses des ätherischen Öls wurden Einzelfaktorexperimente, Response Surface Methodology (RSM) und künstliche neuronale Netze (ANN) angewandt, und die chemische Zusammensetzung des Öls wurde mit Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) analysiert. Ziel ist es, eine theoretische Grundlage für die Gewinnung und Anwendung von ätherischem CP-Öl zu schaffen und eine technische und theoretische Basis für die Untersuchung seiner physikalisch-chemischen Eigenschaften und eine umfassende Entwicklung und Ressourcennutzung bereitzustellen.
In diesem Artikel werden systematisch ätherische Ölkomponenten aus CP durch Wasserdampfdestillation extrahiert und der Extraktionsprozess optimiert. Zunächst wurden die optimale Partikelgröße des Pulvers und die Vorbehandlungsbedingungen für die Extraktion des ätherischen Öls ermittelt. Außerdem wurden Screening-Experimente zu drei Faktoren durchgeführt, die einen wesentlichen Einfluss auf die Extraktionsrate des ätherischen Öls von CP haben: Extraktionszeit, Extraktionstemperatur und Flüssigkeits-Feststoff-Verhältnis. Auf der Grundlage der Ergebnisse des Einzelfaktor-Screenings wurden zwei verschiedene Methoden, RSM und ANN, zur weiteren Optimierung der Extraktionsbedingungen eingesetzt. Die RSM-Analyse ergab, dass das Flüssigkeits-Feststoff-Verhältnis einen erheblichen Einfluss auf die Extraktionsrate des ätherischen CP-Öls hat. Ein zu kleines Flüssigkeits-Feststoff-Verhältnis ist nicht förderlich für einen ausreichenden Kontakt zwischen dem Material und dem Lösungsmittel, was zu einer Verringerung der Extraktionsrate führt; ein zu großes Flüssigkeits-Feststoff-Verhältnis kann leicht zu einer Ressourcenverschwendung führen, wodurch das Ziel einer energiearmen und hocheffizienten Extraktion nicht erreicht werden kann, und ist für praktische Anwendungen nicht geeignet. Der Anpassungsgrad der verschiedenen Daten im ANN-Modell hat ein hohes Niveau erreicht, und es besteht eine gute Korrelation zwischen den experimentellen Werten und den vorhergesagten Werten des Modells. Die vorhergesagten Ergebnisse sind angemessen und zuverlässig. Vergleicht man die vorhergesagten Werte der beiden Methoden mit den experimentellen Werten, so stellt man fest, dass der Unterschied zwischen den vorhergesagten Werten von ANN und den experimentellen Werten kleiner und besser ist. Auf dieser Grundlage wurden die optimalen Extraktionsbedingungen für das ANN-Modell wie folgt festgelegt: Partikelgröße von 24 Mesh, Einweichen in destilliertem Wasser für 1 Stunde, Flüssigkeits-Feststoff-Verhältnis von 34,86 mL/g, Extraktionstemperatur von 300,00 ° C, Extraktionszeit von 166,21 Minuten und CP ätherisches Öl Extraktionsrate von 0,82%. Die Ergebnisse der GC-MS-Analyse des ätherischen Öls von CP zeigten, dass es reichlich Terpenoide enthält, die hauptsächlich aus D-Limonen mit einem relativen Gehalt von 47,56% bestehen, gefolgt von β-Cuban und γ-Terpinen. Darüber hinaus zeigt die Analyse der physikalisch-chemischen Eigenschaften und der antioxidativen Aktivität, dass das durch Wasserdampfdestillation extrahierte ätherische CP-Öl eine gute Stabilität und antioxidative Aktivität aufweist und als natürliche Quelle für Antioxidantien und Konservierungsmittel verwendet werden kann.
Vor dem Hintergrund der starken Entwicklung der traditionellen chinesischen Medizin in China ist die einzigartige Sorte des Changshan Huyou noch nicht vollständig erforscht und entwickelt worden. CP, das Hauptnebenprodukt, das bei der Verarbeitung und Produktion von Changshan Huyou anfällt, enthält reichlich ätherische Ölkomponenten und hat einen hohen Entwicklungs- und Nutzungswert. Diese Studie zielt darauf ab, den Extraktionsprozess des ätherischen Öls von Changshan Huyou zu optimieren und seine chemische Zusammensetzung und physikochemischen Eigenschaften zu untersuchen. Sie kann einen neuen Ansatz für die rationelle Nutzung der Abfallressourcen der Changshan-Pomelo bieten und ist von großer Bedeutung für die Förderung der eingehenden Entwicklung natürlicher Wirkstoffe in der Schale der Changshan-Pomelo. Die Forschungsergebnisse wurden in der siebten Ausgabe von Natural Product Research and Development im Jahr 2024 veröffentlicht.