Optimización del proceso de extracción y análisis de los componentes del aceite esencial de fruta de la hierba
Amomum tsao ko es una planta herbácea perenne de la familia del jengibre y del género del cardamomo. Es una planta medicinal y comestible tradicional en China, distribuida principalmente en Yunnan, Guizhou, Sichuan y Guangxi occidental. La fragancia de la hierba y el fruto se ha utilizado repetidamente en las recetas de prevención de epidemias en los últimos años, ya que ayuda a limpiar el cuerpo, disipar la humedad y vigorizar el bazo. En el plan de tratamiento de MTC de Diagnóstico y plan de tratamiento de la nueva neumonía por coronavirus, las prescripciones ligeras, ordinarias y pesadas tienen todas la aplicación de Caoguo. La tasa de uso de la prescripción clínica inicial alcanzó 46,43%, y la tasa de uso de la prescripción clínica a medio plazo alcanzó 24,00%, por lo que es uno de los medicamentos con alta frecuencia de uso. El fruto de la hierba es rico en diversos componentes químicos con efectos farmacológicos, principalmente aceites volátiles, así como fenoles, esteroides, etc. El aceite esencial volátil de la fruta de la hierba, como principal sustancia activa de la fruta de la hierba, incluye principalmente compuestos como fenilpropanoides, sesquiterpenos, monoterpenos y ácidos grasos, que tienen efectos farmacológicos como antioxidante, antibacteriano, antitumoral, antiviral, antiasmático y expectorante.

Los métodos más comunes para extraer el aceite esencial de la fruta de la hierba incluyen la extracción asistida por microondas, la extracción con dióxido de carbono supercrítico, la extracción con disolventes orgánicos, la extracción asistida por ultrasonidos, la destilación al vapor, etc. El método de extracción asistido por microondas más representativo es el método de extracción sin disolventes por microondas, que optimiza el proceso de extracción del aceite esencial de la fruta de la hierba examinando condiciones como la potencia de las microondas, el tiempo de radiación de las microondas y la temperatura de extracción. Aunque este método tiene las ventajas de un corto tiempo de extracción y un bajo consumo de energía, también tiene el problema de la dificultad para lograr su industrialización. La extracción supercrítica de CO2 suele requerir la consideración de factores como la presión de extracción, la temperatura de extracción, el tiempo de extracción, el caudal de CO2, etc., y tiene elevados requisitos de equipamiento. El método de destilación por vapor es el más utilizado para extraer aceite esencial de la fruta de la hierba, ya que es sencillo, seguro y adecuado para extraer componentes volátiles con altos puntos de ebullición que son insolubles o ligeramente solubles en agua. El método ultrasónico asistido suele combinarse con el método de extracción con disolventes orgánicos, conocido como método ultrasónico (asistido) de extracción con disolventes orgánicos. Los parámetros óptimos del proceso se seleccionan examinando el tipo de disolvente de extracción, la potencia ultrasónica, el tiempo de extracción y la temperatura de extracción. Para determinar las condiciones óptimas de extracción, se suelen utilizar diversos métodos de optimización en la investigación. En los últimos años, el modelo de metodología de superficie de respuesta (RSM) ha sido el más utilizado, y se ha obtenido una gran cantidad de datos mediante el diseño experimental y el funcionamiento práctico. Las condiciones óptimas se determinan ajustando la función y estableciendo el modelo mediante múltiples ecuaciones de regresión lineal cuadrática. Con el desarrollo de algoritmos, los modelos de redes neuronales artificiales de retropropagación (BP-ANN) se han convertido en potentes herramientas para optimizar los procesos de extracción debido a su excelente capacidad de ajuste, precisión y predicción. Este modelo puede manejar bien datos ruidosos y ausentes y puede aprender de datos experimentales. El modelo BP-ANN tiene una gran precisión en la predicción de las tasas de extracción y una gran capacidad de optimización en el ajuste de los datos experimentales; tiene ventajas incomparables sobre los modelos RSM en experimentos de optimización multi-factor y multi-nivel. Mediante la combinación del algoritmo genético (GA), se puede lograr una optimización global para obtener las condiciones óptimas del proceso. Los estudios anteriores rara vez han utilizado el método BP-ANN para optimizar el proceso de extracción del aceite esencial de la fruta de la hierba. Este método de optimización puede proporcionar una referencia teórica para posteriores trabajos relacionados.

En este estudio se utilizó la destilación por vapor y el método ultrasónico con disolventes orgánicos para extraer aceites esenciales de la fruta de la hierba. En este experimento, se mejoró el extractor de aceites esenciales utilizado para extraer los aceites esenciales de la fruta de la hierba por destilación al vapor para reducir la temperatura de la parte de condensación durante el proceso de extracción. Mediante la realización de experimentos de un solo factor, la optimización de las condiciones de extracción utilizando RSM y BP-ANN, y la comparación de los modelos optimizados, se obtuvieron los parámetros óptimos del proceso para proporcionar datos de apoyo para la extracción eficiente y la aplicación precisa del aceite esencial de la fruta de la hierba; Mediante el análisis de la composición del aceite esencial de Caoguo utilizando cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS), la exploración de su base de sustancias farmacológicas, y la promoción de la aplicación moderna de la medicina tradicional china Caoguo.

Se utilizaron y compararon el método de destilación al vapor y el método de disolvente orgánico ultrasónico para extraer el aceite esencial de la fruta de la hierba. Las condiciones de extracción del aceite esencial de hierba de la fruta se optimizaron mediante factor único, RSM y BP-ANN. Los parámetros de proceso óptimos para la destilación por vapor y el método de disolvente orgánico ultrasónico fueron: tiempo de remojo de 53,00min, tiempo de destilación de 72,00min, relación líquido-sólido de 11,00mL/g, potencia ultrasónica de 150W, tiempo ultrasónico de 27min, relación líquido-sólido de 6,3mL/g. En estas condiciones, las tasas de extracción del aceite esencial de la fruta de la hierba fueron de 1,59% y 3,70%, respectivamente. Los resultados experimentales muestran que, en comparación con el modelo RSM, el modelo BP-ANN tiene un mejor rendimiento tanto en la capacidad de optimización como en la precisión de la predicción, y puede mejorar significativamente la capacidad de predicción y la estabilidad. Tiene una alta viabilidad y ventajas obvias en el manejo de problemas de múltiples factores.
Los componentes del aceite esencial de la fruta de la hierba extraídos por destilación al vapor y método ultrasónico de disolvente orgánico fueron identificados y comparados por GC-MS, con 34 y 43 tipos, respectivamente. Entre ellos, se encontró que el 1,8-eucaliptol tenía un mayor contenido, así como α - carvaceno, 4-propilbenzaldehído, trans citral, trans-2-decenal, α - terpineol, cis citral, β - pineno, trans geraniol, cis geraniol, acetato geraniol, (-) -4-terpineol, etc. Su principal componente, el 1,8-eucaliptol, puede ser una base importante de sus efectos farmacológicos, como los efectos antibacterianos, antitumorales y antivirales. Su alto contenido en aceite esencial de fruto de la hierba tiene un gran potencial de desarrollo. La investigación ha demostrado que el aceite esencial de la fruta de la hierba puede interactuar con la proteína RBD de la espiga del SARS-CoV-2 en aerosoles, bloquear la interacción entre RBD y hACE2, inhibir su unión a los receptores, cortar las vías de transmisión y tener un gran potencial en el bloqueo de la transmisión del virus en aerosol. Este estudio puede aportar nuevas ideas para el ulterior desarrollo y utilización del aceite esencial de la fruta de la hierba, promover la innovación de su aplicación y ampliar su camino hacia la modernización de la medicina tradicional china.