Optimierung der Frischschneide- und Verarbeitungstechnologie für Alisma orientalis auf der Grundlage der Response-Surface-Methode in Kombination mit einer Gesamtbewertungsnormalisierungsmethode
Das chinesische pflanzliche Arzneimittel Alisma orien tale (Sam.) Juzep. oder Alisma plantago aquatica Linn. ist eine getrocknete Knolle der Pflanze Alisma orien tale (Sam.) aus der Familie der Alismataceae. Sie ist in der Ausgabe 2020 des Arzneibuchs der Volksrepublik China (nachstehend "Chinesisches Arzneibuch" genannt) enthalten und wirkt wasser- und feuchtigkeitsfördernd, hitzelösend und reduziert Trübungen und Cholesterin. Es wird hauptsächlich bei Harnbeschwerden, Ödemen und Völlegefühl, Durchfall und Oligurie, schleimbedingtem Schwindel, hitzebedingten Schmerzen, Hyperlipidämie usw. eingesetzt.

Das traditionelle Verarbeitungsverfahren für chinesische Heilkräuter und Abkochungen von Alisma umfasst Reinigung, Trocknung, Entfernung von Verunreinigungen, wiederholte Trocknung und Verarbeitung zu Heilkräutern, gefolgt von Einweichen, Befeuchten, Schneiden in dicke Scheiben und anschließendem Trocknen zu Abkochungen. Der gesamte Prozess erfordert wiederholtes Eintauchen und zwei Trocknungsschritte, die mühsam, zeitaufwendig und arbeitsintensiv sind. Es basiert hauptsächlich auf traditioneller manueller Erfahrung, ist stark subjektiv, wenig mechanisiert und schwer zu kontrollieren, was der industriellen Entwicklung nicht förderlich ist. Die Antwort des Comprehensive Department of the National Medical Products Administration über die Beschaffung und Verarbeitung von chinesischen pflanzlichen Arzneimitteln (Frischschnitt) durch Unternehmen, die chinesische pflanzliche Arzneimittel im Produktionsgebiet herstellen (Drug Administration Comprehensive Drug Administration Letter [2021] No. 367), besagt eindeutig, daß "Frischschnitt eine der Verarbeitungsmethoden im Produktionsgebiet ist, die die geernteten frischen chinesischen pflanzlichen Arzneimittel in Scheiben, Segmente, Blöcke, Blütenblätter usw. schneidet. Obwohl es die Form der chinesischen pflanzlichen Arzneimittel verändert, ändert es nicht ihre Eigenschaften und reduziert die Verarbeitungsschritte des Trocknens, Einweichens, Schneidens und erneuten Trocknens chinesischer pflanzlicher Arzneimittel bis zu einem gewissen Grad, was der Sicherung der Qualität chinesischer pflanzlicher Arzneimittel förderlich ist". Es ist ersichtlich, dass die Erforschung der Frischschnitt-Verarbeitungstechnologie für Alisma und ihre weitere Anwendung in der industriellen Produktion in hohem Maße dem Trend einer qualitativ hochwertigen Entwicklung der chinesischen Kräutermedizinindustrie entspricht. Allerdings gibt es derzeit keine einschlägigen Forschungsberichte.

Es gibt viele Faktoren, die die Qualität der traditionellen chinesischen Medizin beeinflussen, und die chemische Zusammensetzung ist komplex. Die Prüfung von ein oder zwei Wirkstoffen kann deren Qualität und Gesamtwirksamkeit nicht vollständig widerspiegeln. Neben Alisol B 23-Acetat (23-AB) und Alisol C 23-Acetat (23-AC), die derzeit im chinesischen Arzneibuch aufgeführt sind, sind 24-Acetyl-Alisol A (24-AA), Alisol B (AB) und Alisol-Polysaccharide ebenfalls wichtige Wirkstoffe in der traditionellen chinesischen Medizin Alisma. Ausgehend von den Qualitätsbewertungsindikatoren wie Eigenschaften, alkohollösliche Extrakte (ASE), Gesamtgehalt an 23-AB und 23-AC, die im chinesischen Arzneibuch für Alisma spezifiziert sind, wurde in dieser Studie zum ersten Mal auch der Gehalt an Alismata-Rhizoma-Triterpenoiden (ART), Alismata-Rhizoma-Polysacchariden (ARP), 24-AA, AB usw. in die Bewertungsindikatoren einbezogen, mit dem Ziel, die Qualität der Alisma-Arzneimittel umfassender zu erfassen.

Ausgehend von der Klärung der Haupteinflussfaktoren der Alisma-Verarbeitungstechnologie in der Anfangsphase bestimmt dieser Artikel den Parameterbereich jedes Faktors durch Einzelfaktor-Experimente, verwendet die Response Surface Methodik in Kombination mit der Gesamtbewertungsnormalisierungsmethode, um die Frischschnitt-Verarbeitungstechnologie von Alisma weiter zu optimieren, und vergleicht sie mit der traditionellen Verarbeitungsmethode, um eine bessere Verarbeitungsmethode für die Alisma-Produktionsgebiete zu erhalten, eine Referenz für die standardisierte und groß angelegte Entwicklung der Alisma-Verarbeitungsindustrie zu bieten und die Qualität der Alisma-Produkte zu verbessern.

Die Verarbeitung am Herkunftsort und die Verarbeitung von Abkochungen wirken sich direkt auf die Qualität der traditionellen chinesischen Medizin aus und beeinträchtigen darüber hinaus die Herstellung und klinische Anwendung von traditionellen chinesischen Patentarzneimitteln und einfachen Zubereitungen. Was die derzeitige Produktion und Verarbeitung von Alisma officinalis-Arzneimitteln in den Produktionsgebieten anbelangt, so macht die Jahresproduktion zwar mehr als 80% der nationalen Alisma officinalis-Arzneimittel aus, aber es gibt viele Probleme wie verstreute Verarbeitungsstandorte, kleiner Maßstab, Mechanisierung und geringe Standardisierung. Der große Bedarf an der Verarbeitung von Alisma officinalis in kurzer Zeit steht in starkem Konflikt mit der traditionellen, wenig effizienten Verarbeitung in Werkstätten, was zu einer ungleichmäßigen Qualität von Alisma officinalis führt und die klinische Medikation beeinträchtigt. Daher führte das Forschungsteam eine vorläufige Machbarkeitsstudie über die Verarbeitung von frisch geschnittenen Alisma-Blättern durch. Die Untersuchungen ergaben, dass die Qualität der frisch geschnittenen Alisma-Blätter im Vergleich zur Qualität traditioneller geschnittener medizinischer Stücke gleichbleibend ist, und dass die Qualität bei einigen Indikatoren besser ist: In Bezug auf die Eigenschaften ist die Schnittfläche der Alisma-Blätter weißer, die Scheiben sind gleichmäßiger, und die Ausfallrate der gekräuselten und zerknitterten Scheiben ist geringer als die der traditionellen geschnittenen medizinischen Stücke; Aus der Perspektive der medizinischen Substanzbasis ist der Gehalt an pharmakopöischen Qualitätskontrollindikatoren wie ASE, 23-AB und 23-AC höher als der der traditionellen verarbeiteten Abkochungsstücke und stabiler. Dieses Ergebnis wird auch in der "2.4 Validierungsexperiment und Prozessvergleichsstudie" dieses Artikels erneut bestätigt. Gleichzeitig zeigt die vorläufige Feldforschung und Analyse der Forschungsgruppe, dass die Technologie des frischen Schneidens und Verarbeitens von Alisma nicht nur die sekundären Infiltrations- und Trocknungsschritte der traditionellen Verfahren reduziert, was Zeit und Mühe spart, sondern auch moderne automatisierte Verarbeitungsanlagen für die Produktion in großem Maßstab einführt, was die Brennstoff- und Arbeitskosten effektiv reduziert und die Produktionseffizienz im Vergleich zu den traditionellen medizinischen Materialien und der Verarbeitung von Abkochungen verbessert. Durch das frische Schneiden und Verarbeiten von Alisma kann eine intensive und standardisierte Produktion erreicht werden, und es werden günstige Bedingungen für die Einrichtung eines Rückverfolgbarkeitssystems für Alisma-Arzneimittel geschaffen, wodurch die Stabilität der Qualität von Alisma-Arzneimitteln und Abkochungen gewährleistet wird, was den Anforderungen an eine qualitativ hochwertige Entwicklung der gesamten Industriekette der traditionellen chinesischen Medizin in China besser gerecht wird. Außerdem ist Alisma eine wichtige Heilpflanze und ein berühmtes authentisches Kraut in Sichuan. Mehr als 80% der jährlichen Produktion konzentrieren sich auf das Minjiang-Flussbecken, wie die Städte Meishan und Leshan in Sichuan. Die Konzentration der Anbaugebiete bietet gute Voraussetzungen für die Entwicklung einer groß angelegten Industrie für den Frischschnitt und die Verarbeitung von Alisma. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die umfassende Analyse der Verbesserung der Qualität von Alisma-Produkten, der Vereinfachung der Produktionsprozesse, der Senkung der Produktionskosten, der Entwicklung einer intensiven, standardisierten und groß angelegten Verarbeitungsindustrie und der Einrichtung eines Systems zur Rückverfolgbarkeit der Alisma-Qualität zeigt, dass es möglich ist, Alisma zu schneiden und zu verarbeiten, solange sie frisch ist, und dass diese Entwicklung vorangetrieben werden sollte.
Es ist erwähnenswert, dass das Material während des Trocknungsprozesses eine Volumenverringerung und eine Faltenbildung an der Oberfläche erfährt, da die Zellen ihre Wasserfüll- und Stützfunktionen verlieren. Verschiedene Materialien weisen jedoch aufgrund ihrer eigenen Eigenschaften und verschiedener Einflussfaktoren erhebliche Unterschiede bei den Strukturveränderungen auf. Um sicherzustellen, dass Alisma-Proben mit unterschiedlichem Feuchtigkeitsgehalt einen relativ einheitlichen Ausgangszustand aufweisen, wenn sie in das Optimierungsexperiment eingehen, wurde die Trocknungsvorbehandlung der Proben bei einer niedrigen Temperatur von 40 ℃ durchgeführt, basierend auf den Ergebnissen der vorangegangenen Beobachtungen. Bei dieser Temperatur verlieren die Zellen der getrockneten Alisma-Wurzelknollen nur langsam Wasser und verändern ihre Struktur nur langsam, ohne dass in kurzer Zeit signifikante Veränderungen beobachtet werden. Die Ergebnisse des Einfaktor-Experiments zeigten, dass der Wassergehalt von Alisma-Rhizomen mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 30% bis 50% im Allgemeinen einheitlich in Aussehen und Struktur war. Daher wurde der Bereich des Wassergehalts für die Untersuchung des optimierten Versuchs mit Alisma-Rhizom auf 30% bis 50% festgelegt. Denn bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 60% tritt an der Schnittfläche weißer Saft aus; bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 20% ist die äußere Oberfläche relativ hart, lässt sich nur schwer schneiden und neigt zur Bildung von Lücken und Ablagerungen.
Die Trocknungstemperatur beeinflusst die Geschwindigkeit der Feuchtigkeitsverdunstung in den Materialien. Je höher die Trocknungstemperatur ist, desto schneller verdunstet die Feuchtigkeit und desto kürzer ist die Gesamttrocknungszeit. Bei dünnen Scheiben diffundiert die Feuchtigkeit im Inneren des Materials während des Trocknungsprozesses schnell nach außen, was zu einer kurzen Gesamttrocknungszeit führt; bei dicken Scheiben ist die Diffusionsrate der Feuchtigkeit im Inneren des Materials während des Trocknungsprozesses jedoch langsam, was zu einer längeren Trocknungszeit führt. In dieser Studie betrug der Feuchtigkeitsgehalt der Alisma-Wurzelknollen 40%, die Scheibendicke 4mm und die Trocknungstemperaturen 40, 50 und 60 ℃. Die Gesamtverarbeitungszeit betrug 20-22, 10-12 bzw. 7-8 Stunden. Das heißt, wie die Trocknungstemperatur erhöht, die Verarbeitungszeit verkürzt, aber zur gleichen Zeit, die Farbe der Querschnitt der Alisma Wurzel Scheiben allmählich vertieft; Wenn der Feuchtigkeitsgehalt der Alisma Rhizom ist 40%, die Trocknungstemperatur 50 ℃, und die Dicke der Scheibe ist 3, 4, und 5 mm, die gesamte Verarbeitungszeit ist 7-8, 10-12, und 18-20 Stunden, jeweils. Das heißt, mit zunehmender Scheibendicke verlängert sich die Verarbeitungszeit. Die vorläufigen Ergebnisse der Vorversuche zeigen, dass bei einer Scheibendicke von 2 mm die Trocknungszeit extrem kurz ist (3-4 Stunden), es aber zu schwerwiegenden Phänomenen wie Verformung und Zersplitterung kommt. Bei einer Scheibendicke von 6 mm ist nicht nur die Trocknungszeit lang (30-32 Stunden), sondern die Dicke nach dem Trocknen übersteigt die Norm des chinesischen Arzneibuchs (4 mm).
Nach modernen Forschungsergebnissen ist der Gehalt an den Wirkstoffen 23-AB und 23-AC in Alisma officinalis, das bei hohen Temperaturen von 80 ℃ und mehr getrocknet wird, deutlich geringer als bei niedrigen Temperaturen von 60 ℃ und weniger. Es wird spekuliert, dass es zwei Umwandlungswege für 23-AB während des Hochtemperatur-Trocknungsprozesses gibt: einer besteht darin, den Ring zu oxidieren und zu öffnen, um Alisol A 23-Acetat (23-AA) zu erzeugen, das dann strukturell umgeordnet wird, um 24-AA zu erzeugen, und weiter deacetyliert wird, um Alisol A (AA) zu erzeugen; der andere besteht darin, zuerst zu deacetylieren, um AB zu erzeugen, und dann den Ring zusammen mit AB im ursprünglichen Alisma officinalis zu oxidieren und zu öffnen, um AA zu erzeugen. Die 23-AC-Struktur ist ihr ähnlich und hat möglicherweise den gleichen Umwandlungsweg. Es wird vermutet, dass dies eng mit der unsachgemäßen Kontrolle der Verarbeitungstemperatur zusammenhängt, die zur Umwandlung und Reduzierung der medizinischen Inhaltsstoffe führt. Voruntersuchungen haben ergeben, dass einige Werkstätten hauptsächlich manuell betrieben werden und die Trocknungstemperatur zu hoch angesetzt wird, um die Verarbeitungszeit zu kontrollieren und die Kosten zu senken. Der Frischschneideprozess von Alisma wurde durch wissenschaftliche Experimente validiert, und die Kombination aus wissenschaftlicher Trocknungsvorbehandlung, geeignetem Feuchtigkeitsgehalt, Scheibendicke und Verarbeitungstemperatur hat dieses Problem wirksam gelöst.
Daher wird in diesem Artikel auf der Grundlage früherer Forschungsarbeiten die Methode der Reaktionsoberfläche in Kombination mit der Methode der Gesamtbewertungsnormalisierung angewandt, um die Optimierung der Verarbeitungstechnologie für frisch geschnittene Alisma zu untersuchen. Die zentralen Punkte, die sich auf die Verarbeitungstechnologie von frisch geschnittener Alisma auswirken, wurden durch Einfaktoren-Experimente ermittelt, wobei das Aussehen und der Energieverbrauch von Alisma als Bewertungsindikatoren dienten. Der Feuchtigkeitsgehalt von frischer Alisma betrug 40%, die Scheibendicke 4mm und die Trocknungstemperatur 50 ℃. Auf dieser Grundlage wurde unter Verwendung des OD des internen Qualitätsbewertungskriteriums von Alisma als Reaktionswert der Reaktionsflächenmethodik ein hochsignifikantes multiples binomiales Regressionsmodell mit guter Anpassung durch Analyse mit der Software Design Expert 8.0.6 erhalten. Die Ergebnisse der Varianzanalyse und der Response-Surface-Methode deuten darauf hin, dass die ausgewählte Prozessmethode zuverlässig ist. Die endgültige Verarbeitungstechnologie für den Frischschnitt von Alisma wurde mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 37,01%, einer Schnittdicke von 4,50 mm und einer Trocknungstemperatur von 49,36 ℃ bestimmt. Auf der Grundlage der tatsächlichen industriellen Produktionsanforderungen wurde die optimale Verarbeitungstechnologie für das frische Schneiden von Alisma wie folgt bestimmt: Der Feuchtigkeitsgehalt beträgt 40%, die Schnittdicke 4 mm und die Trocknungstemperatur 50 ℃. Um die Zuverlässigkeit der Verarbeitungstechnologie für den frischen Aufschnitt zu überprüfen, wurden in diesem Artikel drei wiederholte Versuche auf der Grundlage der optimalen Verarbeitungstechnologie für den frischen Aufschnitt durchgeführt, und die Ergebnisse bewiesen, dass die Technologie stabil und zuverlässig ist. Die bevorzugte Verarbeitungstechnologie für den frischen Aufschnitt von Alisma ist das Vortrocknen bei 40 ℃ in der Anfangsphase und das anschließende Trocknen bei 50 ℃ für 10-12 Stunden nach dem Aufschneiden, um einen Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 12,0% zu erreichen. Auf diese Weise werden die hohe Temperatur und die lange Trocknungszeit bei der traditionellen Verarbeitung vermieden, die Umwandlung der Triterpenoid-Bestandteile wird minimiert und die Wirkstoffe bleiben erhalten. Daher ist die innere Qualität von frisch geschnittenen Alisma-Blättern besser als die von traditionell verarbeiteten medizinischen Teilen. Die Technologie zum Schneiden und Verarbeiten frischer Alisma-Blätter wird eine wissenschaftliche Methode für die standardisierte, groß angelegte und qualitativ hochwertige Entwicklung der gesamten Industriekette der Alisma-Heilmittel und der Industrie zur Verarbeitung von Abkochungen in China bieten und so bald wie möglich eine solide technische Grundlage schaffen.