A Changshan Pomelo héjból származó illóolaj extrakciós folyamat modelljének optimalizálása, a kémiai összetétel és az antioxidáns aktivitás vizsgálata

A Changshan huyou (Citrus aurantium Changshan huyou) a Rutaceae családba tartozó citrusféle, amelyet főként Csangshan megyében, Zhejiang tartományban termesztenek. A kopárságot, hideget, alacsony dombokat és enyhe lejtőket tűrő vörös talajokon terem. Termesztése és nemesítése több mint százéves múltra tekint vissza. Gyógy- és ehető növényként a Changshan Hu pomelo héja és termése gyógyászati részként használható. A Compendium of Materia Medica szerint a pomelo savanyú és hideg szagú, nem mérgező, és az emésztés, a friss alkoholmérgezés, az alkoholfogyasztás utáni rossz lehelet kezelése, a gyomor-bélrendszeri rossz qi eltávolítása, a terhesség okozta hányinger és hányás kezelése, valamint a szájüregi gyengeség csökkentése a funkciója. Mivel a Changshan pomelo fő termőterülete Kínában, a Zhejiang tartománybeli Changshan megye termeli a legjobb minőségű és jó hatékonyságú Changshan pomelót. A Changshan pomelo az ital- és élelmiszer-feldolgozó iparban is népszerű, mivel gazdag táplálkozási összetevői, például aminosavak, cukrok és vitaminok, amellett, hogy gyümölcs. A Changshan Huyou pomelo termelésének és feldolgozásának fő mellékterméke a Changshan Huyou peridap (Citrus × aurantium Changshan huyou peridap, CP), amely a Changshan Huyou pomelo teljes tömegének mintegy 50%-jét teszi ki. Ennek nagy részét hulladékként kezelik, és nem hasznosították teljes mértékben. Tanulmányok kimutatták, hogy a Changshan Huyou pomelo héja bőségesen tartalmaz illóolaj-komponenseket, amelyek a héj friss tömegének körülbelül 0,5%-2,0%-jét teszik ki. Ezek az illékony összetevők jelentős gyulladáscsökkentő, antibakteriális és antioxidáns hatással rendelkeznek, és élelmiszer-adalékanyagok, fűszerek, esszenciák és természetes tartósítószerek forrásaként használhatók. Ezért a CP alapos kutatása és fejlesztése nagy jelentőséggel bír.
A hagyományos kínai orvoslás kivonási módszere a kínai gyógyszeripar fejlődésének hajtóereje. A növényi illóolajok hagyományos extrakciós módszerei közé tartozik a vízgőzdesztilláció, a mikrohullámú extrakció, a szerves oldószeres extrakció, a préselés, a szuperkritikus CO2 extrakció, a szubkritikus fluid extrakció, az enzimatikus hidrolízis stb. Jelenleg az illóolajok CP-ből történő kivonására általában a vízgőz-desztillációt használják, amely olcsó, könnyen üzemeltethető és környezetszennyezés-mentes. Ez a CP illóolajok leggyakrabban alkalmazott extrakciós módszere. A meglévő kutatási eredmények szerint megállapították, hogy a CP illóolaj vízgőzdesztillációval történő kivonási aránya körülbelül 0,4% és 1,28% között van, ami a Changshan Huyou fajtájával, eredetével és kivonási körülményeivel függ össze. A vízgőzdesztillációs módszert széles körben alkalmazzák növényi illóolajok kivonására, és ez az előnyben részesített módszer a gyógy- és étkezési növényekből származó illóolajok kivonására. Ezen túlmenően kevés tanulmányban használtak olyan módszereket, mint a préselés, a szerves oldószeres extrakció és a szuperkritikus CO2 extrakció a CP illóolaj kivonására, amelyek közül a préselés hosszú működési ciklussal és alacsony olajhozammal jár; bár a szerves oldószeres extrakciós módszer magas extrakciós rátával rendelkezik, a szerves oldószereket nehéz elválasztani az illóolajoktól, ami az illóolajok alacsony tisztaságát eredményezi. Ezenkívül a szerves oldószerek általában alacsony forráspontúak és rendkívül magas kockázati tényezőkkel rendelkeznek; a szuperkritikus CO2 extrakciós módszer költséges.
Ebben a tanulmányban CP-t használtak nyersanyagként, és a CP illóolajat vízgőz-desztillációval nyerték ki. Egytényezős kísérleteken keresztül válaszfelület-módszertant (RSM) és mesterséges neurális hálózatot (ANN) alkalmaztak az illóolaj-kivonási folyamat optimalizálására, és gázkromatográfia-tömegspektrometriát (GC-MS) használtak a kémiai összetétel elemzésére. A cél az, hogy elméleti alapot biztosítsunk a CP illóolaj kinyeréséhez és alkalmazásához, valamint technikai és elméleti alapot biztosítsunk a fizikai-kémiai tulajdonságainak tanulmányozásához, valamint az átfogó fejlesztéshez és az erőforrások hasznosításához.

Ez a cikk szisztematikusan kivonja az illóolaj-komponenseket a CP-ből vízgőzdesztillációval, és optimalizálja a kivonási folyamatot. Először is, az illóolaj-kivonáshoz optimális porszemcseméretet és előkezelési körülményeket vizsgáltunk, és egytényezős szűrési kísérleteket végeztünk három olyan tényezőre, amelyek jelentős hatással vannak a CP illóolaj kivonási sebességére: a kivonási idő, a kivonási hőmérséklet és a folyadék-szilárdság arány. Az egytényezős szűrés eredményei alapján két különböző módszert, az RSM-et és az ANN-t használtuk az extrakciós feltételek további optimalizálására. Az RSM-elemzés megállapította, hogy a folyadék-szilárdság arány jelentős hatással van a CP illóolaj extrakciós sebességére. A túl kicsi folyadék-szilárdság arány nem segíti elő az anyag és az oldószer közötti megfelelő érintkezést, ami az extrakciós sebesség csökkenéséhez vezet; a túlzott folyadék-szilárdság arány könnyen erőforrás-pazarláshoz vezethet, ami nem képes elérni az alacsony energiájú és nagy hatékonyságú extrakció célját, és nem alkalmas a gyakorlati alkalmazásra. A különböző adatok illeszkedési foka az ANN-modellben magas szintet ért el, és jó korreláció van a kísérleti értékek és a modell előre jelzett értékei között. Az előre jelzett eredmények ésszerűek és megbízhatóak. A két módszer előre jelzett értékeit a kísérleti értékekkel összehasonlítva megállapítható, hogy az ANN előre jelzett értékei és a kísérleti értékek közötti különbség kisebb és jobb volt. Ennek alapján az ANN-modell optimális extrakciós feltételeit a következőképpen határoztuk meg: 24 szemcseméret, 1 órás áztatás desztillált vízben, 34,86 ml/g folyadék-szilárdság arány, 300,00 ° C extrakciós hőmérséklet, 166,21 perc extrakciós idő és 0,82% CP illóolaj extrakciós arány. A CP illóolaj GC-MS analízisének eredményei azt mutatták, hogy bőséges terpenoidokat tartalmaz, amelyek főként D-limonénből állnak 47,56% relatív tartalommal, amelyet β-kubán és γ-terpinen követ. Ezenkívül a fizikai-kémiai tulajdonságok és az antioxidáns aktivitás elemzése azt mutatja, hogy a vízgőz-desztillációval kivont CP illóolaj jó stabilitással és antioxidáns aktivitással rendelkezik, és az antioxidánsok és tartósítószerek természetes forrásaként használható.
Az ország hagyományos kínai orvoslásának erőteljes fejlődése mellett a Changshan Huyou egyedülálló fajtáját még nem kutatták és fejlesztették ki teljes mértékben. A CP, mint a Changshan Huyou feldolgozásából és előállításából származó fő melléktermék, bőséges illóolaj-komponenseket tartalmaz, és fontos fejlesztési és felhasználási értékkel bír. E tanulmány célja a CP illóolaj kivonási folyamatának optimalizálása, valamint kémiai összetételének és fizikai-kémiai tulajdonságainak vizsgálata. Ez új megközelítést nyújthat a Changshan pomelo hulladékforrásainak ésszerű felhasználásához, és nagy jelentőséggel bír a Changshan pomelo héjában lévő természetes hatóanyagok mélyreható fejlesztésének előmozdítása szempontjából. A kutatási eredményeket a Natural Product Research and Development 2024-es 7. számában tették közzé.