Método de superficie de respuesta de Box Benhnken basado en el espectro de huellas dactilares combinado con una red neuronal BP para la optimización multiíndice del proceso de extracción de pimienta negra
La pimienta es el fruto seco casi maduro o maduro de Piper nigrum L., una planta de la familia de las Piperáceas. Se recolecta desde finales de otoño hasta la primavera siguiente, cuando el fruto adquiere un color verde oscuro, y se seca al sol para producir pimienta negra. Tiene los efectos de calentar y dispersar el frío, bajar el qi y eliminar la flema, y se utiliza para el frío estomacal, los vómitos, el dolor abdominal y la diarrea. La pimienta se utiliza en combinación con otros medicamentos en una variedad de medicinas tradicionales chinas patentadas y preparaciones sencillas, como la píldora Qingyu Piwen, la píldora Qiya Tiantengzi, la píldora Pazhu, la tableta Geqing compuesta, la crema Huoxue Zhitong, etc., y también se utiliza como medicamento independiente, como el polvo Xiaoer Fuxin Zhixie. La pimienta negra contiene numerosos alcaloides con diversas actividades farmacológicas, como propiedades analgésicas, antiinflamatorias y antioxidantes. La piperina es un componente representativo y un indicador de calidad de la pimienta. En la edición de 2020 de la Farmacopea China, el contenido de piperina se utiliza a menudo como indicador de evaluación de la calidad de hierbas medicinales o preparados como la pimienta y la pimienta negra, o de recetas elaboradas con pimienta. La bibliografía existente sobre los métodos de extracción de la pimienta utiliza mayoritariamente la piperina como único indicador de evaluación, sin tener en cuenta el impacto de los procesos de extracción en el contenido de otros alcaloides de la pimienta. La huella dactilar de la medicina china es un método de evaluación de la calidad completo y cuantificable para identificar las características intrínsecas de la medicina tradicional china. Se ha aplicado al control de calidad de la medicina tradicional china desde la edición de 2010 de la Farmacopea China, principalmente a través de la huella química HPLC, que puede superar eficazmente las limitaciones de un único índice de evaluación. La optimización de los procesos de extracción existentes utiliza principalmente la optimización de superficie de respuesta y experimentos ortogonales, pero los experimentos de optimización de superficie de respuesta a menudo tienen limitaciones, y la solución seleccionada puede no ser necesariamente la mejor solución. La red neuronal BP simula la función y el modo de pensamiento de la red neuronal del cerebro humano, y utiliza la retropropagación para ajustar los pesos y los umbrales de la red con el fin de manejar problemas no lineales complejos para lograr resultados ideales. Para ello, este estudio pretende utilizar la red neuronal BP combinada con la huella dactilar de la medicina tradicional china, y optimizar los efectos de factores como la concentración de etanol, la proporción sólido-líquido y el tiempo de ultrasonido en el proceso de extracción de la pimienta negra mediante la metodología de superficie de respuesta de Box Benhnken. Los parámetros del proceso de extracción de pimienta negra se aclararán para proporcionar una referencia para la posterior producción de formulaciones relacionadas.

 

 

La medicina tradicional china ejerce sus efectos farmacológicos mediante la coordinación de múltiples componentes, pero la bibliografía existente sobre el proceso de extracción de la piperina de la pimienta lo evalúa en su mayor parte basándose en un único indicador, a saber, la piperina, y los resultados del proceso de extracción difícilmente reflejan la naturaleza inherente del complejo carácter multicomponente de la medicina tradicional china. Este estudio utilizó múltiples indicadores (el contenido de piperina, es decir, la relación entre el área del pico de piperina y el área del pico total, el contenido de componentes comunes en la pimienta negra, es decir, la relación entre el área del pico común del extracto de pimienta negra y el área del pico total, y la similitud de los espectros de huellas dactilares) para evaluar el proceso de extracción de piperina en la pimienta negra, que refleja mejor la naturaleza inherente del efecto sinérgico de múltiples componentes en la medicina tradicional china. No sólo tiene en cuenta el principal marcador de calidad de la pimienta negra, la piperina, sino también otros componentes desconocidos, se centra en consideraciones individuales y globales, es más científico y fiable, y puede proporcionar un apoyo teórico y técnico más científico para la extracción de piperina en la pimienta.
La edición 2020 de la Farmacopea China y la literatura relacionada utilizaron el método HPLC para el análisis cuantitativo de la piperina, con agua metanol como fase móvil, detector UV como detector, y longitud de onda de detección de 343nm. Después de escanear toda la longitud de onda de la piperina, se encontró que también hay un pico de absorción a 240nm de longitud de onda, y el valor de absorbancia puede cumplir con los requisitos de análisis. Al mismo tiempo, los requisitos de determinación de otros alcaloides también pueden cumplirse a una longitud de onda de 240 nm. Por lo tanto, la longitud de onda de determinación del espectro de huellas dactilares en este estudio se seleccionó como 240 nm. Tras cambiar la fase móvil de metanol agua a solución acuosa de acetonitrilo 0,1% ácido fórmico, la eficacia de separación entre los componentes mejoró significativamente.
Existen informes en la literatura. Entre ellos, Wang et al. utilizaron un diseño experimental ortogonal para obtener el proceso óptimo de extracción de piperina de la pimienta negra mediante el método de extracción por ultrasonidos, que fue una concentración de etanol de 80%, una relación sólido-líquido de 1:20, una potencia ultrasónica de 700W y un tiempo de ultrasonidos de 80min. Wang et al. diseñaron utilizando la metodología de superficie de respuesta y obtuvieron los parámetros óptimos del proceso de extracción para la piperina en la pimienta blanca utilizando el método de extracción por reflujo, que fueron una relación material-líquido de 1:12, 3 extracciones y 2,0 horas cada vez. Además, la extracción de piperina de la pimienta también puede lograrse mediante métodos como la extracción con CO2 supercrítico, la extracción con CO2 supercrítico asistida por enzimas y la extracción enzimática. Este estudio consideró el uso de etanol anhidro como disolvente de extracción y la extracción ultrasónica como método de extracción para futuras investigaciones. Aunque la metodología de superficie de respuesta y el diseño experimental ortogonal se utilizan comúnmente para optimizar los procesos de extracción, a menudo tienen limitaciones en la optimización de experimentos, y la solución seleccionada puede no ser necesariamente la mejor solución. La red neuronal BP puede utilizar la capacidad de autoaprendizaje de las redes neuronales para compensar las deficiencias de los experimentos de optimización anteriores y proporcionar nuevas soluciones para optimizar los métodos de extracción. Este estudio se basa en la tecnología de huellas dactilares de la medicina tradicional china y utiliza la metodología de superficie de respuesta de Box Benhnken combinada con la red neuronal BP para optimizar el proceso de extracción de la pimienta negra. Los resultados muestran que el proceso de extracción obtenido mediante la red neuronal BP es superior al obtenido mediante la optimización de superficie de respuesta y más estable.