Méthode de surface de réponse de Box Benhnken basée sur le spectre des empreintes digitales combinée à un réseau neuronal BP pour l'optimisation multi-index du processus d'extraction du poivre noir
Le poivre est le fruit séché, proche de la maturité, de Piper nigrum L., une plante de la famille des Pipéracées. Il est récolté de la fin de l'automne au printemps suivant, lorsque le fruit devient vert foncé, et séché au soleil pour produire du poivre noir. Il a pour effet de réchauffer et de disperser le froid, d'abaisser le qi et d'éliminer les mucosités. Il est utilisé en cas de refroidissement de l'estomac, de vomissements, de douleurs abdominales et de diarrhée. Le poivre est utilisé en association avec d'autres médicaments dans une variété de médicaments traditionnels chinois brevetés et de préparations simples, tels que la pilule Qingyu Piwen, la pilule Qiya Tiantengzi, la pilule Pazhu, la tablette Compound Geqing, la crème Huoxue Zhitong, etc. Le poivre noir contient de nombreux alcaloïdes aux activités pharmacologiques variées, telles que le soulagement de la douleur, les propriétés anti-inflammatoires et antioxydantes. La pipérine est un composant représentatif et un indicateur de qualité du poivre. Dans l'édition 2020 de la pharmacopée chinoise, la teneur en pipérine est souvent utilisée comme indicateur d'évaluation de la qualité des herbes médicinales ou des préparations telles que le poivre et le poivre noir, ou des prescriptions à base de poivre. La littérature existante sur les méthodes d'extraction du poivre utilise principalement la pipérine comme indicateur d'évaluation unique, sans tenir compte de l'impact des processus d'extraction sur la teneur en autres alcaloïdes du poivre. L'empreinte digitale de la médecine chinoise est une méthode d'évaluation de la qualité complète et quantifiable permettant d'identifier les caractéristiques intrinsèques de la médecine traditionnelle chinoise. Elle a été appliquée au contrôle de la qualité de la médecine traditionnelle chinoise depuis l'édition 2010 de la pharmacopée chinoise, principalement par le biais de l'empreinte chimique HPLC, qui permet de surmonter efficacement les limites d'un indice d'évaluation unique. L'optimisation des processus d'extraction existants utilise principalement l'optimisation de la surface de réponse et les expériences orthogonales, mais les expériences d'optimisation de la surface de réponse ont souvent des limites, et la solution sélectionnée n'est pas nécessairement la meilleure. Le réseau neuronal BP simule la fonction et le mode de pensée du réseau neuronal du cerveau humain et utilise la rétropropagation pour ajuster les poids et les seuils du réseau afin de traiter des problèmes non linéaires complexes et d'obtenir des résultats idéaux. À cette fin, cette étude entend utiliser le réseau neuronal BP combiné à l'empreinte digitale de la médecine traditionnelle chinoise et optimiser les effets de facteurs tels que la concentration d'éthanol, le rapport solide-liquide et la durée des ultrasons sur le processus d'extraction du poivre noir par le biais de la méthodologie de la surface de réponse de Box Benhnken. Les paramètres du processus d'extraction du poivre noir seront clarifiés afin de servir de référence pour la production ultérieure de formulations connexes.

 

 

La médecine traditionnelle chinoise exerce des effets pharmacologiques grâce à la coordination de multiples composants, mais la littérature existante sur le processus d'extraction de la pipérine du poivre l'évalue principalement sur la base d'un seul indicateur, à savoir la pipérine, et les résultats du processus d'extraction reflètent difficilement la nature inhérente de la médecine traditionnelle chinoise, qui est complexe et composée de plusieurs éléments. Cette étude utilise des indicateurs multiples (la teneur en pipérine, c'est-à-dire le rapport entre la surface de pic de la pipérine et la surface de pic totale, la teneur en composants communs du poivre noir, c'est-à-dire le rapport entre la surface de pic commune de l'extrait de poivre noir et la surface de pic totale, et la similarité des spectres d'empreintes digitales) pour évaluer le processus d'extraction de la pipérine dans le poivre noir, ce qui reflète mieux la nature inhérente de l'effet synergique des composants multiples de la médecine traditionnelle chinoise. Elle prend en compte non seulement le principal marqueur de qualité du poivre noir, la pipérine, mais aussi d'autres composants inconnus, se concentre sur des considérations individuelles et globales, est plus scientifique et plus fiable, et peut fournir un soutien théorique et technique plus scientifique pour l'extraction de la pipérine dans le poivre.
L'édition 2020 de la pharmacopée chinoise et la littérature connexe ont utilisé la méthode CLHP pour l'analyse quantitative de la pipérine, avec du méthanol et de l'eau comme phase mobile, un détecteur UV comme détecteur et une longueur d'onde de détection de 343 nm. Après avoir balayé toute la longueur d'onde de la pipérine, il a été constaté qu'il y avait également un pic d'absorption à la longueur d'onde de 240nm, et la valeur d'absorbance peut répondre aux exigences de l'analyse. En même temps, les exigences de détermination des autres alcaloïdes peuvent également être satisfaites à la longueur d'onde de 240 nm. Par conséquent, la longueur d'onde de détermination du spectre d'empreintes digitales dans cette étude a été choisie à 240 nm. Après avoir changé la phase mobile du méthanol à l'eau à l'acétonitrile 0,1% solution aqueuse d'acide formique, l'efficacité de la séparation entre les composants a été considérablement améliorée.
Il existe des rapports bibliographiques. Parmi eux, Wang et al. ont utilisé un plan expérimental orthogonal pour obtenir le processus d'extraction optimal de la pipérine du poivre noir par la méthode d'extraction par ultrasons, à savoir une concentration d'éthanol de 80%, un rapport solide-liquide de 1:20, une puissance ultrasonique de 700W et une durée d'ultrasons de 80 minutes. Wang et al. ont utilisé la méthodologie de la surface de réponse et ont obtenu les paramètres optimaux du processus d'extraction de la pipérine dans le poivre blanc en utilisant la méthode d'extraction à reflux, à savoir un rapport matière/liquide de 1:12, 3 extractions et 2,0 heures à chaque fois. En outre, l'extraction de la pipérine du poivre peut également être réalisée par des méthodes telles que l'extraction au CO2 supercritique, l'extraction au CO2 supercritique assistée par enzyme et l'extraction enzymatique. Cette étude a envisagé l'utilisation de l'éthanol anhydre comme solvant d'extraction et l'extraction par ultrasons comme méthode d'extraction pour des recherches ultérieures. Bien que la méthodologie de la surface de réponse et le plan d'expérience orthogonal soient couramment utilisés pour optimiser les processus d'extraction, ils présentent souvent des limites dans l'optimisation des expériences, et la solution sélectionnée n'est pas nécessairement la meilleure. Le réseau neuronal BP peut utiliser la capacité d'auto-apprentissage des réseaux neuronaux pour compenser les lacunes des expériences d'optimisation précédentes et fournir de nouvelles solutions pour l'optimisation des méthodes d'extraction. Cette étude est basée sur la technologie des empreintes digitales de la médecine traditionnelle chinoise et utilise la méthodologie de surface de réponse de Box Benhnken combinée au réseau neuronal BP pour optimiser le processus d'extraction du poivre noir. Les résultats montrent que le processus d'extraction obtenu par le réseau neuronal BP est supérieur à celui obtenu par l'optimisation de la surface de réponse et plus stable.