Optimización del Modelo de Proceso de Extracción del Aceite Esencial de la Cáscara de Pomelo Changshan, Estudio de la Composición Química y de la Actividad Antioxidante
El Changshan huyou (Citrus aurantium Changshan huyou) es una planta cítrica de la familia Rutaceae, producida principalmente en el condado de Changshan, provincia de Zhejiang. Crece en zonas de tierra roja que toleran la esterilidad, el frío, las colinas bajas y las pendientes suaves. Su historia de cultivo y cría se remonta a más de cien años. Como planta medicinal y comestible, la cáscara y el fruto del pomelo Changshan Hu pueden utilizarse como partes medicinales. Según el Compendio de Materia Médica, el pomelo tiene un olor agrio y frío, no es tóxico y tiene las funciones de digestión, toxicidad fresca del alcohol, tratamiento del mal aliento después de beber alcohol, eliminación del qi maligno gastrointestinal, tratamiento de las náuseas y vómitos inducidos por el embarazo y reducción de la debilidad oral. Como principal zona de producción de pomelo de Changshan en China, el condado de Changshan, en la provincia de Zhejiang, produce la mejor calidad y buena eficacia del pomelo de Changshan. El pomelo de Changshan también es popular en las industrias de elaboración de bebidas y alimentos debido a sus ricos componentes nutricionales, como aminoácidos, azúcares y vitaminas, además de ser una fruta. El principal subproducto de la producción y transformación del pomelo Changshan Huyou es el peridap Changshan Huyou (Citrus × aurantium Changshan huyou peridap, CP), que representa alrededor de 50% del peso total del pomelo Changshan Huyou. La mayor parte se trata como residuo de desecho y no se ha aprovechado totalmente. Los estudios han demostrado que la cáscara del pomelo Changshan Huyou contiene abundantes componentes volátiles de aceite, que representan alrededor de 0,5% a 2,0% del peso fresco de la cáscara. Estos componentes volátiles tienen importantes efectos antiinflamatorios, antibacterianos y antioxidantes, y pueden utilizarse como fuentes de aditivos alimentarios, especias, esencias y conservantes naturales. Por lo tanto, la investigación en profundidad y el desarrollo de la PC son de gran importancia.
El método de extracción de la medicina tradicional china es la fuerza motriz del desarrollo de la industria de la medicina china. Los métodos tradicionales de extracción de aceites volátiles de plantas incluyen la destilación al vapor, la extracción por microondas, la extracción con disolventes orgánicos, el prensado, la extracción con CO2 supercrítico, la extracción con fluidos subcríticos, la hidrólisis enzimática, etc. En la actualidad, la destilación por vapor se utiliza comúnmente para extraer aceites esenciales de la PC, ya que es de bajo costo, fácil de operar y no contamina. Es el método de extracción más utilizado para los aceites esenciales de PC. De acuerdo con los resultados de la investigación existente, se ha encontrado que la tasa de extracción de aceite esencial de PC por destilación al vapor es de aproximadamente 0,4% a 1,28%, que está relacionado con la variedad, el origen y las condiciones de extracción de Changshan Huyou. El método de destilación al vapor ha sido ampliamente utilizado para extraer aceites esenciales de plantas y es el método preferido para extraer aceites volátiles de plantas medicinales y comestibles. Además, un pequeño número de estudios han utilizado métodos como el prensado, la extracción con disolventes orgánicos y la extracción con CO2 supercrítico para extraer el aceite esencial de PC, entre los cuales el prensado tiene un ciclo operativo largo y un bajo rendimiento de aceite; Aunque el método de extracción con disolventes orgánicos tiene una alta tasa de extracción, es difícil separar los disolventes orgánicos de los aceites esenciales, lo que resulta en una baja pureza de los aceites esenciales. Además, los disolventes orgánicos suelen tener puntos de ebullición bajos y factores de riesgo extremadamente altos; El método de extracción con CO2 supercrítico es costoso.
En este estudio se utilizó CP como materia prima y se extrajo aceite esencial de CP por destilación al vapor. Mediante experimentos de un solo factor, se aplicaron la metodología de superficie de respuesta (RSM) y la red neuronal artificial (ANN) para optimizar el proceso de extracción del aceite esencial, y se utilizó la cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS) para analizar su composición química. El objetivo es proporcionar una base teórica para la extracción y aplicación del aceite esencial de PC, y proporcionar una base técnica y teórica para el estudio de sus propiedades fisicoquímicas y el desarrollo integral y la utilización de los recursos.
En este artículo se extraen sistemáticamente los componentes del aceite esencial de la PC mediante destilación al vapor y se optimiza el proceso de extracción. En primer lugar, se examinaron el tamaño óptimo de las partículas de polvo y las condiciones de pretratamiento para la extracción de aceite esencial, y se realizaron experimentos de cribado de factor único sobre tres factores que tienen un impacto significativo en la tasa de extracción de aceite esencial de PC: tiempo de extracción, temperatura de extracción y relación líquido-sólido. Basándose en los resultados del cribado de factor único, se utilizaron dos métodos diferentes, RSM y ANN, para optimizar aún más las condiciones de extracción. El análisis RSM reveló que la relación líquido-sólido tiene un impacto significativo en la tasa de extracción del aceite esencial de PC. Una relación líquido-sólido demasiado pequeña no favorece un contacto suficiente entre el material y el disolvente, lo que resulta en una disminución de la tasa de extracción; una relación líquido-sólido excesiva puede conducir fácilmente al desperdicio de recursos, lo que no puede alcanzar el objetivo de una extracción de baja energía y alta eficiencia, y no es adecuado para aplicaciones prácticas. El grado de ajuste de diversos datos en el modelo RNA ha alcanzado un alto nivel, y existe una buena correlación entre los valores experimentales y los valores predichos del modelo. Los resultados predichos son razonables y fiables. Al comparar los valores predichos de los dos métodos con los valores experimentales, se observó que la diferencia entre los valores predichos de la RNA y los valores experimentales era menor y superior. En base a esto, las condiciones óptimas de extracción para el modelo ANN se determinaron como sigue: tamaño de partícula de 24 mallas, remojo en agua destilada durante 1 hora, relación líquido-sólido de 34,86 mL/g, temperatura de extracción de 300,00 ° C, tiempo de extracción de 166,21 minutos, y tasa de extracción de aceite esencial de CP de 0,82%. Los resultados del análisis GC-MS del aceite esencial de CP mostraron que contiene abundantes terpenoides, compuestos principalmente de D-limoneno con un contenido relativo de 47,56%, seguido de β - cubano y γ - terpineno. Además, el análisis de las propiedades fisicoquímicas y la actividad antioxidante muestra que el aceite esencial de CP extraído por destilación al vapor tiene buena estabilidad y actividad antioxidante, y puede utilizarse como fuente natural de antioxidantes y conservantes.
En el contexto del vigoroso desarrollo de la medicina tradicional china en el país, la variedad única de Changshan Huyou aún no se ha investigado y desarrollado plenamente. El CP, como principal subproducto generado a partir del procesamiento y la producción de Changshan Huyou, contiene abundantes componentes de aceite esencial y tiene un importante valor de desarrollo y utilización. Este estudio pretende optimizar el proceso de extracción del aceite esencial de CP e investigar su composición química y sus propiedades fisicoquímicas. Puede proporcionar un nuevo enfoque para la utilización racional de los recursos residuales del pomelo de Changshan y es de gran importancia para promover el desarrollo en profundidad de ingredientes activos naturales en la cáscara del pomelo de Changshan. Los resultados de la investigación se publicaron en el número 7 de la revista Natural Product Research and Development en 2024.