Az édesgyökér poliszacharid alkoholos kicsapási folyamatának optimalizálása TOPSIS modellel és BPNN modellezéssel kombinált, továbbfejlesztett entrópia-súly módszerrel kombinálva
Az irodalmi jelentések szerint az édesgyökér poliszacharidok az édesgyökér egyik fő hatóanyaga, amelynek élettani hatásai közé tartozik a daganatellenes, gyulladáscsökkentő, vírusellenes és immunszabályozó hatás. Ezek váltak az édesgyökér farmakológiai hatóanyagainak feltárása szempontjából a kutatás egyik forró pontjává. Jelenleg az édesgyökér poliszacharidok kutatása elsősorban az extrakciós eljárásokra, tisztítási technikákra és a farmakológiai aktivitás vizsgálatára összpontosít. A kutatások kimutatták, hogy a vízben oldódó édesgyökér poliszacharidok többkomponensű, erősen elágazó és fehérjéhez kötött heteropoliszacharidok. A farmakológiai kutatások megállapították, hogy a tisztított poliszacharidok farmakológiai aktivitása alacsonyabb, mint a nyers poliszacharidoké. A feltételezések szerint a kémiai reagensek hozzáadása, a bonyolult tisztítási lépések és a fehérjeveszteség a fő okok. Ez a cikk az édesgyökérben lévő vízben oldódó komponensek, az édesgyökér poliszacharidok alkoholos kicsapási folyamatának optimalizálására összpontosít.

Az információs entrópia elméletet, mint objektív súlyozási módszert, széles körben használják a hagyományos kínai gyógyászat és a vegyes formulák kivonási folyamatában részt vevő több mutató optimalizálási kutatásában. Ha azonban a hagyományos entrópia-súlyozási módszer entrópiasúlya nagyobb, mint 0,5, az egyes adatok változásai a súly megduplázódását okozzák, ami befolyásolja a folyamatparaméterek meghatározását. Ezért ez a cikk egy továbbfejlesztett entrópiasúly-módszert alkalmaz, hogy hatékonyan leküzdje annak hiányosságait, javítsa a döntéshozatal pontosságát, megbízhatóbb adatokat kapjon, és az eredményeket tudományosabbá és ésszerűbbé tegye. A TOPSIS módszer a kísérleti terveket az értékelési tárgy és az idealizált cél közötti közelség alapján rangsorolja, és több mutatót átfogó mutatókká alakít át. Ez egy többmutatós döntéselemzési módszer, amely képes tükrözni a minta általános helyzetét. Az elmúlt években a tudósok a TOPSIS-módszert az entrópia súlyozási módszerrel kombinálták, hogy súlyokat rendeljenek az értékelési mutatókhoz, ezáltal átfogóan értékelve a kísérleti terveket. Ez a módszer hatékonyan el tudja kerülni az emberi tényezők szubjektív beavatkozását a kísérleti eredményekbe, így az értékelési eredmények objektívebbé és átfogóbbá válnak. Ezt a módszert széles körben alkalmazták a hagyományos kínai gyógyászat minőségének átfogó értékelésében, és alkalmas a jelen tanulmányban szereplő folyamatoptimalizálási problémára. A BP neurális hálózat (BPNN) képes áttörni a hagyományos kísérleti tervek, például az ortogonális tervezés és a csillagpontos tervezés korlátait az optimális paraméterek előre meghatározott szinten történő optimalizálásában. Az emberi agyi idegrendszer komplex információfeldolgozásának szimulálásával matematikai modell hozható létre a komplex nemlineáris összefüggések tanulmányozására.

Az irodalmi áttekintés során megállapították, hogy az alkoholos kicsapási idő, az etanol térfogatfrakciója és a koncentrált oldat relatív sűrűsége jelentős hatással van a poliszacharidok alkoholos kicsapási hatására. Ezért kutatócsoportunk értékelési mutatóként az édesgyökér poliszacharidokat, monoszacharidokat, az összes cukortartalmat és az extrakció mennyiségét használta, a kísérleti adatokat a továbbfejlesztett entrópiasúly módszerrel és az entrópiasúly TOPSIS módszerrel dolgozta fel, tanulmányozta az édesgyökér poliszacharidok alkoholos kicsapásának fő tényezőit, összehasonlította a két elemzési módszer alkalmazhatóságát ortogonális tervezésben, meghatározta az optimális alkoholos kicsapási folyamatot, majd BP neurális hálózati modellezést használt a szimulációs optimalizáláshoz, hogy megkeresse az optimális alkoholos kicsapási folyamat paramétereit az édesgyökér poliszacharidok számára, annak érdekében, hogy stabil és megvalósítható alkoholos kicsapási folyamatot válasszon az édesgyökér poliszacharidok előállításához, és tudományos alapot biztosítson a további fejlesztéshez, felhasználáshoz és átfogó minőségellenőrzéshez.

 

A hagyományos kínai gyógyászat farmakológiai hatásai több összetevő összehangolt hatásának eredményei, és a hagyományos kínai gyógyászati kivonatokban található vegyes összes cukor együttesen biztosítja, hogy a poliszacharidok jobban kifejtsék farmakológiai hatásukat. Az iparágban az a nézet uralkodik, hogy "minél tisztábbak a poliszacharidok, annál kisebb a hatásuk". Az édesgyökérben lévő poliszacharidok extrakciós és alkoholos kicsapási folyamatával foglalkozó korábbi szakirodalom elsősorban az extrakciós mennyiséget és a poliszacharidtartalmat (vagy hozamot) értékelte mutatóként, és az optimalizálási eredmények nehezen tükrözik a poliszacharidok összetett inherens természetét. A meglévő kutatások többnyire édesgyökérport használnak extrakciós nyersanyagként, és a későbbi szakaszban kapott nyers poliszacharidokat Savage-módszerrel, éterrel, acetonnal, metanollal és más kémiai reagensekkel kell tisztítani. A tisztítási folyamatban használt reagensek viszonylag károsak az emberi szervezetre. A korai zúzási kezelés, az etanolos vagy éteres zsírtalanítási eljárások nemcsak a termelési költségeket és az időt növelik, hanem súlyosan veszélyeztetik a kezelők fizikai és mentális egészségét is. Ráadásul a szennyeződések eltávolítására és a zsírtalanításra használt kémiai reagensek többnyire tilosak a hagyományos kínai gyógyszerkészítmények gyártásában. Ezért az édesgyökér poliszacharidok alkoholos kicsapási folyamatának optimalizálása érdekében ez a tanulmány az édesgyökér főzetdarabokat tekinti kutatási tárgynak. Az egytényezős kísérletek alapján a fő tényezőket, mint a koncentráció aránya, az alkoholos kicsapási idő és az etanol térfogatfrakciója, és az édesgyökér poliszacharidokat, az összes cukrot, a monoszacharidtartalmat és az extrakció mennyiségét értékelési mutatóként használják. Az ortogonális kísérleti adatok feldolgozására a TOPSIS-modell módszerrel kombinált, továbbfejlesztett entrópia-súly módszerét, a folyamatoptimalizáláshoz pedig BPNN modellező szimulációt használunk. Összehasonlítva a javított entrópiasúly módszer önmagában és a javított entrópiasúly kombinált TOPSIS módszer használatának eredményeit, megállapítást nyert, hogy a javított entrópiasúly TOPSIS módszer teljes mértékben ki tudja használni az eredeti adatinformációkat, átfogóan értékeli az ortogonális kísérleti eredményeket az optimális paraméterkombináció elérése érdekében, hatékonyan elkerüli a szubjektív tényezőket az optimalizálási folyamatban, javítja a döntéshozatal pontosságát és tudományosságát, és megbízhatóbbá teszi az eredményeket. Végül az édesgyökér poliszacharidok optimális alkoholos kicsapási folyamatát úgy határoztuk meg, hogy az extrakciós oldatot 2,5 ml/g-ra koncentráljuk, az etanol térfogatfrakcióját 70%-re állítsuk be, és 20 órán keresztül kicsapjuk.
Az ortogonális kísérletek alapján a Matlab 12.0 szoftver segítségével egy BP neurális hálózati modellt építettünk. Az ortogonális kísérleti adatok megtanulásával és képzésével jó pontosságú, stabil és megbízható hálózati modellt kaptunk. A szim-funkció szimulációs optimalizálásával az optimális folyamatot a következőképpen kaptuk meg: az extrakciós oldatot 2,0 ml/g-ra koncentráljuk, az etanol térfogatfrakcióját 67%-re állítjuk, és 24 órán keresztül alkohollal kicsapjuk. A folyamat validálása után megállapítást nyert, hogy a BPNN modellezés optimalizálási eredményének átfogó pontszáma kissé alacsonyabb volt, mint az átfogó pontozási módszer és a továbbfejlesztett entrópiasúlyú TOPSIS módszeré, de az RSD értéke kicsi volt. A BP neurális hálózat erős öntanulási képességgel rendelkezik, és a kapott folyamat stabilabb. Ezért a BPNN modellezés optimalizálási eredményét az édesgyökér poliszacharid alkohol kicsapásához optimális eljárásnak határozták meg.

Ez a kísérlet egytényezős vizsgálaton keresztül meghatározta az édesgyökér poliszacharidok alkoholos kicsapódását befolyásoló tényezők szintjét, ortogonális tervezéssel szervezte meg a kísérletet, és a kísérleti adatokat egy továbbfejlesztett entrópiasúly-módszerrel dolgozta fel, hogy kiküszöbölje a hagyományos entrópiasúly-módszerek hiányosságait, ahol egy bizonyos mutató entrópiasúlyának kismértékű változása megfelelő súlyduplázódást okoz. Több mutatót választottak ki átfogó értékelésre az édesgyökér poliszacharidok alkoholos kicsapási folyamatának optimalizálása érdekében. Az átfogó pontozási módszer és a továbbfejlesztett entrópiasúly TOPSIS módszer eredményeinek összehasonlításával meghatározták az édesgyökér-poliszacharidok alkoholos kicsapódását befolyásoló tényezők fontosságát. Az ortogonális paramétertanulást egy B neurális hálózat segítségével képeztük ki a szimulációs optimalizáláshoz. A nemlineáris problémákat a kísérletek számának növelése nélkül modellezték és optimalizálták, pótolva a korábbi optimalizálási kísérletek hiányosságait. A kapott folyamatparaméterek tudományosabbak és megbízhatóbbak voltak, objektív alapot biztosítva az édesgyökér-poliszacharidok további fejlesztéséhez, kutatásához és nagyüzemi előállításához, valamint új ötleteket adva a kapcsolódó folyamatoptimalizálási kérdésekhez.