Optimisation du processus d'extraction et analyse des composants de l'huile essentielle de fruit de l'herbe
L'Amomum tsao ko est une plante herbacée vivace de la famille du gingembre et du genre cardamome. Il s'agit d'une plante médicinale et comestible traditionnelle en Chine, principalement répartie dans le Yunnan, le Guizhou, le Sichuan et l'ouest du Guangxi. Ces dernières années, le parfum de l'herbe et du fruit a été utilisé à maintes reprises dans les prescriptions de prévention des épidémies, car il contribue à nettoyer le corps, à dissiper l'humidité et à revigorer la rate. Dans le plan de traitement MTC du diagnostic et du plan de traitement de la nouvelle pneumonie à coronavirus, les prescriptions légères, ordinaires et lourdes comportent toutes l'application de Caoguo. Le taux d'utilisation de la prescription clinique initiale a atteint 46,43%, et le taux d'utilisation de la prescription clinique à moyen terme a atteint 24,00%, ce qui en fait l'un des médicaments à haute fréquence d'utilisation. Les fruits de l'herbe sont riches en divers composants chimiques ayant des effets pharmacologiques, principalement des huiles volatiles, ainsi que des phénols, des stéroïdes, etc. L'huile essentielle volatile du fruit de l'herbe, principale substance active du fruit de l'herbe, comprend principalement des composés tels que des phénylpropanoïdes, des sesquiterpènes, des monoterpènes et des acides gras, qui ont des effets pharmacologiques tels qu'antioxydants, antibactériens, antitumoraux, antiviraux, antiasthmatiques et expectorants.

Les méthodes courantes d'extraction de l'huile essentielle des fruits de l'herbe comprennent l'extraction assistée par micro-ondes, l'extraction par dioxyde de carbone supercritique, l'extraction par solvant organique, l'extraction assistée par ultrasons, la distillation à la vapeur, etc. La méthode d'extraction assistée par micro-ondes la plus représentative est la méthode d'extraction sans solvant par micro-ondes, qui optimise le processus d'extraction de l'huile essentielle d'herbe en examinant les conditions telles que la puissance des micro-ondes, le temps de rayonnement des micro-ondes et la température d'extraction. Bien que cette méthode présente les avantages d'un temps d'extraction court et d'une faible consommation d'énergie, elle présente également le problème de la difficulté à parvenir à l'industrialisation. L'extraction du CO2 supercritique nécessite généralement la prise en compte de facteurs tels que la pression d'extraction, la température d'extraction, le temps d'extraction, le débit de CO2, etc. et requiert un équipement important. La méthode de distillation à la vapeur est la plus couramment utilisée pour extraire l'huile essentielle des fruits de l'herbe. Elle est simple, sûre et adaptée à l'extraction des composants volatils à point d'ébullition élevé qui sont insolubles ou légèrement solubles dans l'eau. La méthode assistée par ultrasons est généralement combinée à la méthode d'extraction par solvant organique, connue sous le nom de méthode d'extraction par solvant organique (assistée) par ultrasons. Les paramètres optimaux du processus sont sélectionnés en examinant le type de solvant d'extraction, la puissance des ultrasons, la durée et la température de l'extraction. Pour déterminer les conditions d'extraction optimales, diverses méthodes d'optimisation sont souvent utilisées dans la recherche. Ces dernières années, le modèle de la méthodologie de la surface de réponse (RSM) a été le plus couramment utilisé, et une grande quantité de données a été obtenue par le biais de la conception expérimentale et de l'exploitation pratique. Les conditions optimales sont déterminées en ajustant la fonction et en établissant le modèle à l'aide de multiples équations de régression linéaire quadratique. Avec le développement des algorithmes, les modèles de réseaux neuronaux artificiels à rétropropagation (BP-ANN) sont devenus des outils puissants pour l'optimisation des processus d'extraction en raison de leur excellente adaptation, de leur précision et de leur capacité de prédiction. Ce modèle peut bien gérer les données bruyantes et manquantes et peut apprendre à partir de données expérimentales. Le modèle BP-ANN a une grande précision dans la prédiction des taux d'extraction et une forte capacité d'optimisation dans l'ajustement des données expérimentales ; il présente des avantages inégalés par rapport aux modèles RSM dans les expériences d'optimisation multi-facteurs et multi-niveaux. En combinant l'algorithme génétique (GA), l'optimisation globale peut être réalisée pour obtenir les conditions optimales du processus. Les études précédentes ont rarement utilisé la méthode BP-ANN pour optimiser le processus d'extraction de l'huile essentielle de fruit de l'herbe. Cette méthode d'optimisation peut servir de référence théorique pour les travaux connexes ultérieurs.

Cette étude a utilisé la distillation à la vapeur et la méthode du solvant organique ultrasonique pour extraire les huiles essentielles des fruits de l'herbe. Dans cette expérience, l'extracteur d'huile essentielle utilisé pour extraire les huiles essentielles des fruits de l'herbe par distillation à la vapeur a été amélioré pour abaisser la température de la partie de condensation pendant le processus d'extraction. En menant des expériences à facteur unique, en optimisant les conditions d'extraction à l'aide de RSM et de BP-ANN, et en comparant les modèles optimisés, les paramètres optimaux du processus ont été obtenus pour fournir des données à l'appui de l'extraction efficace et de l'application précise de l'huile essentielle de fruit de l'herbe ; en analysant la composition de l'huile essentielle de Caoguo à l'aide de la chromatographie en phase gazeuse et de la spectrométrie de masse (GC-MS), en explorant la base de sa substance pharmacologique, et en promouvant l'application moderne de la médecine traditionnelle chinoise Caoguo.

La méthode de distillation à la vapeur et la méthode de solvant organique ultrasonique ont été utilisées et comparées pour extraire l'huile essentielle de fruit de l'herbe. Les conditions d'extraction de l'huile essentielle de fruit de l'herbe ont été optimisées par un facteur unique, RSM et BP-ANN. Les paramètres optimaux pour la distillation à la vapeur et la méthode du solvant organique ultrasonique étaient les suivants : temps de trempage de 53,00 minutes, temps de distillation de 72,00 minutes, rapport liquide-solide de 11,00mL/g, puissance ultrasonique de 150W, temps ultrasonique de 27 minutes, rapport liquide-solide de 6,3mL/g. Dans ces conditions, les taux d'extraction de l'huile essentielle de fruit de l'herbe étaient respectivement de 1,59% et de 3,70%. Les résultats expérimentaux montrent que, comparé au modèle RSM, le modèle BP-ANN est plus performant en termes de capacité d'optimisation et de précision de prédiction, et qu'il peut améliorer de manière significative la capacité de prédiction et la stabilité. Il présente une grande faisabilité et des avantages évidents dans le traitement des problèmes multifactoriels.
Les composants de l'huile essentielle d'herbe extraite par distillation à la vapeur d'eau et par solvant organique ultrasonique ont été identifiés et comparés par GC-MS, avec 34 et 43 types, respectivement. Parmi eux, le 1,8-eucalyptol s'est avéré avoir une teneur plus élevée, de même que l'α-carvacène, le 4-propylbenzaldéhyde, le trans-citral, le trans-2-décénal, l'α-terpinéol, le cis-citral, le β-pinène, le trans-géraniol, le cis-géraniol, l'acétate-géraniol, le (-) -4-terpinéol, etc. Son principal composant, le 1,8-eucalyptol, peut constituer une base importante pour ses effets pharmacologiques tels que les effets antibactériens, antitumoraux et antiviraux. La teneur en huile essentielle de fruit de l'herbe est élevée et son potentiel de développement est important. La recherche a montré que l'huile essentielle de fruit de l'herbe peut interagir avec la protéine de pointe RBD du SRAS-CoV-2 dans les aérosols, bloquer l'interaction entre RBD et hACE2, inhiber leur liaison aux récepteurs, couper les voies de transmission et avoir un grand potentiel dans le blocage de la transmission du virus par aérosol. Cette étude peut fournir de nouvelles idées pour le développement et l'utilisation de l'huile essentielle de fruit de l'herbe, promouvoir l'innovation dans son application et élargir sa voie vers la modernisation de la médecine traditionnelle chinoise.